vol. 4 5/2015 Inżynier i Fizyk Medyczny
276
artykuł
\
article
ultrasonografia
\
ultrasonography
wiązki (np. wykonywanie pomiarówobwodówgłówki w celu okre-
ślenia dojrzałości płodu [3]). Wynik wskaźnika temperaturowego
jest bardzo dobrym parametrem określającym różne zagrożenia
związane z przegrzaniem tkanek płodu w trakcie badania. W1992
roku AIUM (
The American Institute of Ultrasound in Medicine
) wy-
dał oświadczenie:
Nie zanotowano termicznych efektów dla wiązek
nieogniskowanych o natężeniu I
SPTA
< 100 mW/cm
2
wiązek ognisko-
wanych o natężeniu I
SPTA
< 1W/cm
2
dla wskaźnika termicznego TI < 2.
Można zatem stwierdzić, że dla częstotliwości 0,5-10 MHz nie zauwa-
żono szkodliwego działania ultradźwięków dla natężenia szczytowe-
go w przestrzeni i uśrednionego w czasie I
SPTA
< 100 mW/cm
2
.
Amerykańska organizacja FDA ogranicza natężenie ultra-
dzwiekow do poziomu uzależnionego od rodzaju badania.
Aby ułatwić osobom wykonującym badanie ultrasonograficz-
ne zorientowanie się, jak duże jest zagrożenie przegrzaniem
tkanek, wprowadzono pojęcie wskaźnika temperaturowego TI
Tabela 1
Przykładowe badania
Rodzaj badania
I
SPPA
[W/cm
2
]
I
SPTA
[mW/cm
2
]
Dorośli
Kończyny i naczynia obwodowe
350
1500
Kardiologiczne
350
730
Brzuszne, neurologiczne
350
180
Oftalmologiczne
110
68
Dzieci i dzieci nienarodzone
350
180
Źródło: [4].
Tabela 2
Natężenia wytwarzane przez współczesne ultrasonografy
Rodzaj badania
Moc akust
[mW]
I
SATA
[mW/cm
2
]
I
SPTA
[mW/cm
2
]
I
SPTP
[W/cm
2
]
Ciśnienie
[atm]
Prezentacja B i M
0,1-20 0,01-20 0,6-200 0,4-700 1,7-50
Głowica sektorowa
3,5-20 0,4-20 45-160 50-250 1,7-27
Głowica liniowa macierzowa 0,1-33 0,06-10 0,1-12 0,2-120 1,1 -17
Doppler PW kardiologia
8-24
3-32 50-200 3-1400
Doppler PW położnictwo
1-18 0,26-25 0,6-75
Okulistyczne
0,02-0,06 0,07-0,2 0,2-0,6
Doppler CW naczyniowe
6-105 38-840 110-2500
Doppler PW naczyniowe
6-10 87-175 350-700 1-12
Doppler CW położnictwo
1 -37 0,2-20 0,6-80
Źródło: [5].
TIC – indeks termiczny dotyczący kości czaszki, znacząco się róż-
ni od pozostałych z powodu bliskości kości pod skórą [5].
Efekty nietermiczne
Efekty nietermiczne dzielimy na kawitacyjne i naprężenia.
Naprężenia powstają w tkankach pod wpływem ciśnienia
ultradźwięków, siłę przemieszczenia i przepływy akustyczne.
Efekty kawitacyjne – pojęcie to odnosi się do zjawisk zwią-
zanych z drganiami i dynamiką ruchu pęcherzyków gazów pod
wpływem ultradźwięków. Wyróżnia się kawitację stabilną i kawi-
tację przejściową/zanikającą.
Kawitacja stabilna – wibracja stabilnych pęcherzyków gazów
pod wpływem ultradźwięków. Oscylacje wywołują przepływ
cieczy wokół pęcherzyków, co może prowadzić do uszkodzenia
błon komórkowych.
Kawitacjaprzejściowa/zanikająca–podwpływemfaliultradźwię-
kowej pęcherzyki ulegają nagłemu poszerzeniu, a następnie docho-
dzi do ich gwałtownego zapadnięcia się. W bardzo krótkim czasie
– na niewielkiej przestrzeni uwalnia się duża ilość ciepła i znacznie
rośnie ciśnienie, co może spowodować uszkodzenia i martwice
komórek. Podczas tego typu kawitacji może dojść do powstania
wolnych rodników, te mogą powodować niepożądane zmiany bio-
logiczne, np. samoistne reakcje biologiczne pomiędzy tkankami.
Inny podział to kawitacja nieinercyjna oraz inercyjna. W przy-
padku tej pierwszej mamy do czynienia z rozrostem pęcherzy-
ków oraz pulsacją wymuszoną w następnej fazie ultradźwięków.
Kawitacja inercyjna powoduje zapadanie się pęcherzyków w fa-
zie zagęszczenia fali, wytwarzając nagłe zmiany ciśnienia, które
powodują lokalne fale uderzeniowe.
Kawitacja nieinercyjna zawiera różne typy aktywności pęche-
rzyków aktywowanej akustyczne. Aktywność ta przejawia się:
•
przejściowymi ruchami wolnych pęcherzyków;
•
dyfuzją, która powoduje wzrost pęcherzyków;
•
zniekształceniami;
•
wyzwalaniem ciepła.
Pod wpływem wzrostu objętości pęcherzyka kawitacyjnego
wpada on w rezonans i oscyluje, to zaś powoduje na granicy war-
stwy powietrze – ciecz ruch wirowy. Taki ruch charakteryzuje się
wysokim gradientem prędkości; komórki, które są obecne w po-
bliżu takiego pulsującego pęcherzyka, mogą zostać wciągnięte
i powodują drgania komórki. Może to spowodować jej uszkodzenie.
Kawitacja inercyjna – występuje przy wyższych natężeniach
ultradźwięków. Pęcherzyki zwiększają swój promień dwukrot-
nie, trzykrotnie, a następnie zapadają się. Ten proces niesie ze
sobą bardzo dużą porcję energii, która jest deponowana wmałej
objętości. Powoduje to wzrost ciśnienia oraz temperatury. Pro-
ces ten pociąga za sobą zazwyczaj pęknięcie i powstawanie fali
uderzeniowej (co jest wykorzystywane w litotrypsji). Fala nisz-
czy struktury biologiczne znajdujące się w jej sąsiedztwie.
Dotychczasowe dane sugerują, że kawitacja jest zjawiskiem pro-
gowym: jeśli nie przekroczy się pewnej granicy, nie dojdzie do kawi-
tacji, niezależnie od tego, jak długo tkanki narażone będą na działa-
nie ultradźwięków. Próg natężenia, który musi zostać przekroczony,
aby wystąpiła kawitacja, nazwany jest progiemkawitacyjnym [6].
Ryzyko związane z wystąpieniem efektów mechanicznych
jest określane jako indeks mechaniczny.
MI p
f
m
=
(
Thermal Index
), który wyświetlany jest na monitorze aparatu.
TI W
W
DEG
=
0
gdzie:
W
0
– moc źródła ultradźwięków w danym badaniu (wyrażona
w watach),
W
DEG
– moc źródła ultradźwięków, przy której może dojść do wzro-
stu temperatury tkanek o 1°C (wyrażona wwatach) [5].
Klasyfikacja indeksów termicznych
TIS – jest to indeks termiczny stosowany w przypadku skano-
wania poprzez strukturę tkanek miękkich i ten, który jest
najczęściej stosowany.
TIB – jest to indeks termiczny; dotyczy sytuacji, gdy kość jest na
lub w pobliżu ogniska przetwornika. Ze względu na wyso-
ką absorpcję akustyczną istnieją zwiększone możliwości
ogrzewania, które zostaną uwzględnione.
