ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΟΜΕΑΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗΣ Γ ΜΑΙΕΥΤΙΚΗ ΚΑΙ ΓΥΝΑΙΚΟΛΟΓΙΚΗ ΚΛΙΝΙΚΗ ΙΕΥΘΥΝΤΗΣ: O ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΚΑΡΑΓΙΑΝΝΗΣ ΠΑΝΕΠ.ΕΤΟΣ 2007-2008 Αρ.διατριβής 1895 ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΗΣ ΡΟΟΜΕΤΡΙΑΣ ΤΩΝ ΜΗΤΡΙΑΙΩΝ ΑΡΤΗΡΙΩΝ ΣΤΗΝ ΠΡΟΒΛΕΨΗ ΕΠΙΠΛΟΚΩΝ ΤΗΣ ΚΥΗΣΗΣ ΑΝΑΣΤΑΣΙΑΣ Α. ΨΑΡΡΑ ΜΑΙΕΥΤΗΡΑ ΧΕΙΡΟΥΡΓΟΥ ΓΥΝΑΙΚΟΛΟΓΟΥ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ ΥΠΟΒΛΗΘΗΚΕ ΣΤΗΝ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΟΥ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2008
Η ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΜΑΜΟΠΟΥΛΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΑΓΟΡΑΣΤΟΣ ΘΕΟ ΩΡΟΣ ΑΣΗΜΑΚΟΠΟΥΛΟΣ ΕΥΣΤΡΑΤΙΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ (ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ) ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Η ΕΠΤΑΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΜΑΜΟΠΟΥΛΟΣ ΜΙΧΑΗΛ ΑΓΟΡΑΣΤΟΣ ΘΕΟ ΩΡΟΣ ΑΣΗΜΑΚΟΠΟΥΛΟΣ ΕΥΣΤΡΑΤΙΟΣ ΚΑΡΑΓΙΑΝΝΗΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΜΑΚΕ ΟΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΖΕΒΕΛΕΚΗΣ ΦΙΛΙΠΠΟΣ ΓΙΑΝΝΟΥΛΗΣ ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ (ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ) ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ «Η έγκριση της διαδακτορικής διατριβής από την Ιατρική Σχολή του Αριστοτέλειου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει την αποδοχή των γνωµών του συγγραφέα». (Νόµος 53543/32, αρθρ.202/2 και ν.1268/82, αρθρ. 50/8). 2
ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΡΟΕ ΡΟΣ ΤΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΝΤΟΜΠΡΟΣ ΙΕΥΘΥΝΤΗΣ ΤΟΥ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΟΥ ΤΟΜΕΑ Θ. ΓΕΡΑΣΙΜΙ ΗΣ 3
Στη µνήµη του πατέρα µου Στην οικογένεια µου 4
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ 8 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΥΠΕΡΗΧΩΝ 12 1. Μετάδοση του υπερηχητικού κύµατος 12 2. Λήψη της απόκρισης από τους ιστούς 13 3. Έλεγχος έντασης από το χρόνο εκποµπής 14 4. Λογαριθµική συµπίεση 14 ΡΟΟΜΕΤΡΙΑ DOPPLER 17 1. Φαινόµενο Doppler Μετατόπιση Doppler 17 2. Αιµατική ροή 19 3. Φάσµα συχνοτήτων 20 4. Παλµικό Doppler 20 5. Καθορισµός όγκου αναφοράς 22 6. Ανάλυση φάσµατος 23 7. Επιλογή συχνότητας 24 8. Αρχές έγχρωµης τεχνικής 24 9. Παράµετροι που επηρεάζουν την έγχρωµη Doppler υπερηχογραφία 25 10. Εφαρµογή του παλµικού Doppler 26 11. είκτες µέτρησης κυµατοµορφών 27 ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΤΩΝ ΙΑΓΝΩΣΤΙΚΩΝ ΥΠΕΡΗΧΩΝ 30 1. Γενικές επιδράσεις 30 2. Επιδράσεις στο έµβρυο 31 3. Επιδηµιολογία 31 4. Συστάσεις για κλινική εφαρµογή 32 Η ΜΗΤΡΟΠΛΑΚΟΥΝΤΙΑΚΗ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ 34 1. Ανατοµία 34 2. Φυσιολογικές µεταβολές κατά την κύηση 34 3. Παθολογική ανάπτυξη της µητροπλακουντιακής κυκλοφορίας 5
σε προεκλαµψία και βραδύτητα της ενδοµήτριας ανάπτυξης 37 4. Επεµβατικοί µέθοδοι µέτρησης της αιµατικής ροής στη µήτρας 39 5. Φυσιολογική και παθολογική κυµατοµορφή της µητριαίας αρτηρίας 40 6. ιάµετρος της µητριαίας αρτηρίας 42 7. Μέγιστη και µέση ταχύτητα ροής στη µητριαία αρτηρία 44 8. Η εγκοπή της µητριαίας αρτηρίας 45 9. Η επίδραση της θέσης του πλακούντα στην κυµατοµορφή της µητριαίας αρτηρίας 47 10. Συµπεράσµατα 48 ΡΟΟΜΕΤΡΙΑ DOPPLER ΤΩΝ ΜΗΤΡΙΑΙΩΝ ΑΡΤΗΡΙΩΝ ΣΤΟ ΕΥΤΕΡΟ ΤΡΙΜΗΝΟ ΤΗΣ ΚΥΗΣΗΣ 49 1. Οξυγόνωση του εµβρύου 49 2. Εµβρυϊκή υποξία 50 3. Παθοφυσιολογία της µητροπλακουντιακής ανεπάρκειας 51 4. Προεκλαµψία 51 5. Πληθυσµιακός έλεγχος για προεκλαµψία µε ροοµετρία Doppler των µητριαίων αρτηριών στο δεύτερο τρίµηνο της κύησης 54 6. Βραδύτητα της ενδοµήτριας ανάπτυξης 56 7. Πληθυσµιακός έλεγχος για βραδύτητα της ενδοµήτριας ανάπτυξης µε ροοµετρία Doppler των µητριαίων αρτηριών στο δεύτερο τρίµηνο της κύησης 57 8. Πληθυσµιακός έλεγχος για περιγεννητικό θάνατο µε ροοµετρία Doppler των µητριαίων αρτηριών στο δεύτερο τρίµηνο της κύησης 59 9. Πληθυσµιακός έλεγχος µε ροοµετρία Doppler των µητριαίων αρτηριών στο δεύτερο τρίµηνο της κύησης και βιοχηµικός έλεγχος της µητέρας 61 10. Πλακουντιακή πρωτεϊνη-13 63 11. Αγγειακός ενδοθηλιακός αυξητικός παράγοντας, πλακουντιακός αυξητικός παράγοντας και διαλυτή fms-like κινάση-1 της τυροσίνης 64 12. Οµοκυστεϊνη 66 13. Ροοµετρία Doppler των µητριαίων αρτηριών σε γυναίκες µε παθολογικό βιοχηµικό έλεγχο 66 6
ΡΟΟΜΕΤΡΙΑ DOPPLER ΤΩΝ ΜΗΤΡΙΑΙΩΝ ΑΡΤΗΡΙΩΝ ΣΤΟ ΠΡΩΤΟ ΤΡΙΜΗΝΟ ΤΗΣ ΚΥΗΣΗΣ 68 1. Η ροοµετρία Doppler των µητριαίων αρτηριών σαν µέθοδος πληθυσµιακού ελέγχου στο πρώτο τρίµηνο της κύησης 68 2. Βιοχηµικοί δείκτες πρώτου τριµήνου της κύησης 74 3. Ροοµετρία Doppler των µητριαίων αρτηριών στο πρώτο τρίµηνο της κύησης σε συνδυασµό µε βιοχηµικούς δείκτες στον ορό της µητέρας 75 4. Ροοµετρία Doppler των µητριαίων αρτηριών στο πρώτο τρίµηνο της κύησης σε συνδυασµό µε τα χαρακτηριστικά της µητέρας 76 5. ιαδοχικές µεταβολές στη ροή της µητριαίας αρτηρίας από το πρώτο στο δεύτερο τρίµηνο και έκβαση της κύησης 78 ΕΙ ΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΣΚΟΠΟΣ 81 ΥΛΙΚΟ ΚΑΙ ΜΕΘΟ ΟΣ 82 1. Ασθενείς 82 2. Μέθοδος 83 3. Στατιστική ανάλυση 85 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 87 1. Περιγραφικά στοιχεία 87 2. Φυσιολογικές τιµές 91 3. Πρόβλεψη προεκλαµψίας 92 4. Πρόβλεψη βραδύτητας της ενδοµήτριας ανάπτυξης 92 5. Πρόβλεψη διαβήτη της κύησης 93 6. Πρόβλεψη αποκόλλησης πλακούντα 93 7. Πρόβλεψη ενδοµήτριου νεογνικού θανάτου 94 8. Λοιπές επιπλοκές 94 ΣΥΖΗΤΗΣΗ 100 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 115 ΠΕΡΙΛΗΨΗ 116 ABSTRACT 118 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 120 7
ΠΡΟΛΟΓΟΣ Οι υπερτασικές διαταραχές και οι επιπλοκές τους είναι υπεύθυνες σε σηµαντικό βαθµό για την περιγεννητική και µητρική θνητότητα και θνησιµότητα κατά την κύηση. Παρόλο που η ακριβής αιτιολογία των διαταραχών αυτών δεν είναι γνωστή και παρόλο που πιθανολογείται ότι είναι πολυπαραγοντική, οι περισσότερες έρευνες συνηγορούν ότι κοινή βάση τους αποτελεί η παθολογική ανάπτυξη και αιµατική διήθηση του πλακούντα. Η ελλιπής διείσδυση της τροφοβλάστης στις σπειροειδείς αρτηρίες συνδέεται µε ανάπτυξη επιπλοκών όπως προεκλαµψία, βραδύτητα ενδοµήτριας ανάπτυξης, αποκόλληση πλακούντα και εµβρυϊκό θάνατο. Στις κυήσεις αυτές η µητροπλακουντιακή κυκλοφορία παραµένει σε κατάσταση υψηλής αντίστασης η οποία προκαλεί γενικευµένη βλάβη των ενδοθηλιακών κυττάρων, µειώνει την ακεραιότητα του αγγειακού τοιχώµατος και προκαλεί αθηρωµατικές βλάβες στις µικρές αρτηρίες που καταλήγουν σε απόφραξη των αγγείων, τοπική ισχαιµία και νέκρωση. Κάτω από αυτές τις συνθήκες η µητροπλακουντιακή κυκλοφορία παραµένει σε κατάσταση υψηλής αντίστασης και χαµηλής ροής. Η ροοµετρία Doppler των µητριαίων αγγείων αποτελεί µια χρήσιµη, µη επεµβατική µέθοδο εκτίµησης της αιµατικής παροχής στη µητροπλακουντιακή µονάδα που µπορεί να προβλέψει µε ακρίβεια την ανάπτυξη επιπλοκών που σχετίζονται µε µητροπλακουντιακή ανεπάρκεια. Η ροοµετρία Doppler των µητριαίων αρτηριών έχει καταδείξει ότι στις φυσιολογικές κυήσεις η αντίσταση στη ροή των µητριαίων αρτηριών ελαττώνεται µε την πρόοδο της κύησης, ότι η αντίσταση στη ροή είναι αυξηµένη σε προεκλαµψία και βραδύτητα ενδοµήτριας ανάπτυξης, και ότι αυτή η αυξηµένη αντίσταση προηγείται της εµφάνισης του κλινικού συνδρόµου. Υπάρχουν πολυάριθµες µελέτες που εξέτασαν την αποδοτικότητα της ροοµετρίας Doppler των µητριαίων αρτηριών στην πρόβλεψη επιπλοκών που σχετίζονται µε µητροπλακουντιακή ανεπάρκεια. Στις 8
περισσότερες από αυτές η ροοµετρία Doppler των µητριαίων αρτηριών χρησιµοποιήθηκε στο δεύτερο τρίµηνο της κύησης. Ο εντοπισµός της οµάδας υψηλού κινδύνου κατά το δεύτερο τρίµηνο µπορεί δυνητικά να βελτιώσει το περιγεννητικό αποτέλεσµα καθώς η στενή παρακολούθηση τόσο της µητέρας όσο και του εµβρύου θα οδηγήσει σε πρώιµη διάγνωση των κλινικών σηµείων της νόσου και θα αποτρέψει την ανάπτυξη σοβαρών επιπλοκών µε έγκαιρη χορήγηση αντιϋπερτασικής αγωγής και έγκαιρη διεξαγωγή τοκετού. Ένα άλλο πλεονέκτηµα του εντοπισµού της οµάδας υψηλού κινδύνου είναι η χορήγηση προφυλακτικής θεραπείας που θα αποτρέψει την εκδήλωση της νόσου ή θα µετριάσει την ισχύ των συµπτωµάτων της. Οι προσπάθειες όµως πρόληψης της προεκλαµψίας µε προφυλακτική χορήγηση φαρµάκων από το δεύτερο τρίµηνο της κύησης έχουν αποδειχθεί σε µεγάλο βαθµό ανεπιτυχείς ή µε µικρή ωφέλεια. Τα τελευταία χρόνια η επιστηµονική έρευνα έχει στραφεί στο πρώτο τρίµηνο της κύησης καθώς υπάρχουν στοιχεία ότι ο προσδιορισµός της κατηγορίας των γυναικών υψηλού κινδύνου µπορεί να οδηγήσει σε καλύτερη εκτίµηση της αποτελεσµατικότητας διάφορων προφυλακτικών στρατηγικών. Παρόλα αυτά προς το παρόν υπάρχουν λίγα στοιχεία για τη ροοµετρία Doppler των µητριαίων αρτηριών στα πρώτα στάδια της κύησης. Την τελευταία δεκαετία µε την καθιέρωση της αυχενικής διαφάνειας (µόνη της ή σε συνδυασµό µε βιοχηµικό έλεγχο και άλλους υπερηχογραφικούς δείκτες), ο πληθυσµιακός έλεγχος για τις χρωµατοσωµατικές ανωµαλίες έχει στραφεί από το δεύτερο στο πρώτο τρίµηνο της κύησης. Με αυτή την έννοια, το υπερηχογράφηµα στις 11-14 εβδοµάδες της κύησης παρέχει µια άριστη ευκαιρία για πληθυσµιακό έλεγχο και για άλλες επιπλοκές της κύησης σε ένα πρώιµο στάδιο, όταν υπάρχει ακόµη δυνατότητα για παρέµβαση. Στόχος της προοπτικής αυτής µελέτης αυτής ήταν να καθορίσει τις τιµές αναφοράς για τους δείκτες αντίστασης στη ροή των µητριαίων αρτηριών στο πρώτο τρίµηνο της κύησης σε υγιείς γυναίκες µε µονήρεις κυήσεις και να εξετάσει την πιθανή κλινική αξία της ροοµετρίας Doppler στην πρώιµη πρόβλεψη επιπλοκών της κύησης που οφείλονται σε ανεπαρκή ανάπτυξη του πλακούντα. Φυσικά τα ευρήµατα δεν είναι δυνατό να λύσουν το θέµα των επιπλοκών της κύησης, αφού εξετάζουν µόνο µια οµάδα των αιτιών τους. Τόσο η προεκλαµψία όσο και η βραδύτητα της ενδοµήτριας ανάπτυξης αποτελούν πολυπαραγοντικά κλινικά σύνδροµα και αντιµετωπίζοντας τα σαν τέτοια, πρέπει να αποφευχθούν οι απλοϊκές απαντήσεις σε ερωτήµατα που αποδεικνύονται πιο πολυσύνθετα από όσα αρχικά πιστευόταν. 9
Τη βαθιά µου ευγνωµοσύνη οφείλω να εκφράσω στον κύριο επιβλέποντα της διδακτορικής µου διατριβής Καθηγητή κ. Μιχαήλ Μαµόπουλο, που ως ιευθυντής της Γ Μαιευτικής Γυναικολογικής Κλινικής του Αριστοτέλειου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης, µου επέτρεψε την εκπόνηση αυτής της µελέτης, µε καθοδήγησε και µε ενθάρρυνε στη διάρκεια της έρευνας, αλλά και στους συνεπιβλέποντες Καθηγητές κ. Θεόδωρο Αγοραστό και κ. Ευστράτιο Ασηµακόπουλο για την εµπιστοσύνη που µου έδειξαν και την πολύτιµη βοήθεια που µου παρείχαν κατά τη διάρκεια αυτής της προσπάθειας. Θεωρώ υποχρέωση µου να ευχαριστήσω ολόψυχα τον Καθηγητή κ. Κύπρο Νικολαϊδη, ιευθυντή του Harris Birthright Research Center στο Νοσοκοµείο King s College του Λονδίνου, όπου εξειδικεύθηκα στον τοµέα της εµβρυϊκής υπερηχογραφίας, για την απαράµιλλη διδασκαλία και τις ανεκτίµητες συµβουλές του. Θερµές ευχαριστίες οφείλω επίσης στον Καθηγητή κ. Βασίλειο Καραγιάννη, ιευθυντή της Γ Μαιευτικής Γυναικολογικής Κλινικής του Αριστοτέλειου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης, χωρίς την έγκριση του οποίου δεν θα ήταν δυνατό να συνεχισθεί η εκπόνηση αυτής της µελέτης. Ιδιαίτερα θέλω να ευχαριστήσω τον συνάδελφο Μαιευτήρα-Γυναικολόγο κ.αλέξανδρο Σωτηριάδη για τη στατιστική ανάλυση των αποτελεσµάτων και την πολύτιµη βοήθεια του. Ευχαριστώ επίσης την πολύ καλή φίλη και συνάδελφο Μαιευτήρα- Γυναικολόγο κ. Ειρήνη Σεβαστοπούλου για την παραχώρηση δεδοµένων ασθενών αλλά και τη συνολική βοήθεια και συµπαράστασή της. εν θα ήταν σωστό να παραλείψω να ευχαριστήσω ακόµη τις µαίες κ. Αναστασία Σταµκοπούλου, κ. Σοφία Μερτζανίδου, κ. Ελένη Φαλάρα, και κ. Μαρία Πιπή καθώς και την κ. Βασιλική Παρθενιώτη και τον κ. Ιωάννη Αγγέλη για την ανεκτίµητη βοήθεια τους στη συλλογή και επεξεργασία των στοιχείων που αφορούν την έκβαση των κυήσεων. Τέλος, η έναρξη και η ολοκλήρωση της µελέτης αυτής θα ήταν αδύνατη χωρίς την έµπρακτη συµπαράσταση και αµέριστη βοήθεια της οικογένειας µου την οποία οφείλω να ευχαριστήσω θερµά. 10
Γ Ε Ν Ι Κ Ο Μ Ε Ρ Ο Σ 11
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΥΠΕΡΗΧΩΝ Η ιστορία της απεικόνισης µε χρήση υπερήχων στην ιατρική διάγνωση ξεκινάει το 1950. Τα πρώτα συστήµατα στηρίχθηκαν στη µέθοδο µέτρησης της απόστασης κάτω από το νερό µε τη χρήση ηχητικών κυµάτων SONAR (Sound Navigation and Ranging) που αναπτύχθηκε στη διάρκεια του δεύτερου παγκόσµιου πολέµου. Από τότε η εξέλιξη στο πεδίο αυτό ήταν ταχύτατη. Τα συστήµατα ήταν αρχικά Α-mode (απεικόνιζαν την ηχώ σε µία διάσταση) ενώ σήµερα µπορούµε να λάβουµε ανατοµικές εικόνες και εικόνες της ροής του αίµατος σε πραγµατικό χρόνο µε µεγάλη ακρίβεια 1. Στις µέρες µας οι διαγνωστικοί υπέρηχοι χρησιµοποιούνται σε περισσότερο από το 25% όλων των ιατρικών περιστατικών όπου απαιτείται να χρησιµοποιηθεί κάποια απεικονιστική µέθοδος. Οι υπέρηχοι χρησιµοποιούνται σχεδόν σε όλες τις ιατρικές ειδικότητες, µε µεγαλύτερη επιτυχία τη γυναικολογία και την καρδιολογία 2. Η µεγάλη επιτυχία των ιατρικών υπερήχων στηρίζεται στο χαµηλό κόστος, την ασφάλεια, την εύκολη µεταφορά του υπερηχηχογραφικού µηχανήµατος, την µεγάλη ταχύτητα επεξεργασίας και την ικανότητα να παρέχουν πληροφορίες για την ροή του αίµατος σε πραγµατικό χρόνο. Τα βασικά σηµεία στην λήψη και επεξεργασία µιας υπερηχογραφικής εικόνας είναι τα εξής 3 : 1. Μετάδοση του υπερηχητικού κύµατος: Οι υπέρηχοι δηµιουργούνται όταν ένα ηλεκτρικό σήµα εφαρµόζεται σε έναν υπερηχητικό ηχοβολέα που κατασκευάζεται από πιεζοηλεκτρικούς κρυστάλλους που µετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε ακουστική και το αντίστροφο. Μέχρι πρόσφατα οι σαρωτές χρησιµοποιούσαν απλά αναλογικά κυκλώµατα για να δηµιουργήσουν πολύ µικρές κορυφές για την διέγερση των ηχοβολέων. Όµως σήµερα µε την εξέλιξη στον τοµέα της κωδικοποιηµένης διέγερσης και µε την χρήση της αρµονικής απεικόνισης όπου χρησιµοποιείται αντιστροφή παλµού, οι κατασκευαστές των υπερηχητικών συστηµάτων έχουν αναπτύξει µετατροπείς που µπορούν να παράγουν µονοπολικές και διπολικές κυµατοµορφές. Σήµερα παρουσιάζονται ακόµα και ψηφιακοί ποµποί που µπορούν να παράγουν αυθαίρετες κυµατοµορφές και ακολουθούνται από ψηφιακούς σε αναλογικούς µετατροπείς και γραµµικούς ενισχυτές. 12
2. Λήψη της απόκρισης από τους ιστούς : Όταν ο κρύσταλλος του ηχοβολέα διεγερθεί µε ένα ηλεκτρικό σήµα στην συχνότητα συντονισµού του κρυστάλλου, αρχίζει να πάλλεται και δηµιουργεί µεταβολές της πίεσης µε αποτέλεσµα να διαδίδονται ηχητικά κύµατα στον ιστό. Οι µικρές µεταβολές στην πυκνότητα του µέσου και στην ταχύτητα του ήχου προκαλούν ανάκλαση και σκέδαση των κυµάτων. Στα υπερηχητικά συστήµατα η εικόνα δηµιουργείται από την ηχώ που λαµβάνεται από τον ίδιο ηχοβολέα που στέλνει τα κύµατα. Η ηχώ αυτή είναι το οπισθοσκεδαζόµενο σήµα (Σχήµα 1). Σχήµα 1. Το διάγραµµα δείχνει ένα σκεδαστή S που κινείται µε ταχύτητα V. Η ταχύτητα µπορεί να υπολογισθεί από τη χρονική διαφορά µεταξύ της στιγµής µετάδοσης και λήψης από το πρώτο (t1) στο δεύτερο σήµα (t2) καθώς ο σκεδαστής κινείται µέσα στην υπερηχητική δέσµη. (Από: Doppler in Obstetrics, Diploma in Fetal Medicine& ISUOG Educational Series 2002,σελ 5). Το µεγαλύτερο µέρος της ενέργειας γίνεται θερµότητα ή σκεδάζεται σε διαφορετικές κατευθύνσεις, και µόνο ένα µικρό ποσοστό της εκπεµπόµενης ενέργειας επιστρέφει, παρέχοντας πληροφορίες για τις δοµές κατά µήκος της περιοχής διάδοσής του. Η ηχώ που λαµβάνεται µετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήµα από τον ηχοβολέα ενώ το πλάτος είναι µέτρο της ανακλαστικότητας και της ικανότητας σκέδασης των ιστών. Το σήµα της τάσης είναι συνάρτηση του χρόνου, η οποία µπορεί να µετατραπεί σε συνάρτηση του βάθους, θεωρώντας σταθερή την ταχύτητα του ήχου κατά µήκος της διεύθυνσης διάδοσης. Η ταχύτητα του ήχου µεταβάλλεται ελάχιστα στους ιστούς και 13
κυµαίνεται από 1446 m/s (στο λίπος) σε1566 m/s (ήπαρ, νεφρά και σπλήνα). Η τιµή που χρησιµοποιούν για την ταχύτητα του ήχου οι σαρωτές είναι 1540m/s. 3. Έλεγχος έντασης από τον χρόνο εκποµπής (Time Gain Control) : Το λαµβανόµενο σήµα αρχικά ενισχύεται. Χρησιµοποιείται η TGC έτσι ώστε να αντισταθµιστεί η µεγάλη απώλεια ενέργειας λόγω της εξασθένισης των υπερηχητικών κυµάτων καθώς διαδίδονται µέσα στους ιστούς. Η εξασθένιση στους ιστούς είναι της τάξης του 1dB [cmmhz], το οποίο δηλώνει εκθετική ελάττωση της ισχύος του σήµατος και µε τη συχνότητα και µε το βάθος. Για ένα υπερηχητικό κύµα των 4 MHz που µετρήθηκε σε βάθος 10 cm, η εξασθένιση θα είναι 80 db. 4. Λογαριθµική συµπίεση: Εφόσον το δυναµικό εύρος των λαµβανόµενων αποκρίσεων είναι πολύ µεγάλο, εφαρµόζεται λογαριθµική συµπίεση για να απεικονισθούν τα δεδοµένα. Τα σήµατα που λαµβάνονται από το αίµα µπορεί να είναι από 20 έως 40 db (10 έως 100 φορές) ασθενέστερα από αυτά που λαµβάνονται από τον περιβάλλοντα ιστό. Σε µία συνηθισµένη απεικόνιση οι εικόνες έχουν δυναµικό εύρος της τάξης των 60 db. Ακόµα και µετά την λογαριθµική συµπίεση τα πιο ασθενή σήµατα µπορούν να επικαλυφθούν από ισχυρότερα σήµατα, όπως αυτά που λαµβάνουµε από το διάφραγµα ή σύνορα των ιστών που είναι κάθετα στην ακτίνα εκποµπής. Σε αυτή την περίπτωση, ο γιατρός µπορεί να αυξήσει την ένταση του σαρωτή, έτσι ώστε σήµατα που προέρχονται από τόσο ισχυρούς σκεδαστές να κορεσθούν και να είναι δυνατή η λήψη των ασθενέστερων σηµάτων. Αρχικά η απεικόνιση της επεξεργασµένης πληροφορίας γινόταν ως συνάρτηση του βάθους. Αυτός ο µονοδιάστατος τρόπος απεικόνισης είναι γνωστός ως Α-mode, όπου το Α αναφέρεται στο πλάτος. Αν αποκτηθούν αρκετές Α-γραµµές από την ίδια διεύθυνση και αν απεικονιστούν σε µία στήλη δίπλα η µία µε την άλλη, δίνεται πληροφορία για την κίνηση. Ο τρόπος αυτός απεικόνισης λέγεται M-mode. Σε αυτόν τον τρόπο απεικόνισης ο οριζόντιος x-άξονας αντιστοιχεί στον χρόνο και ο κάθετος y-άξονας στο βάθος. Η µέθοδος αυτή χρησιµοποιήθηκε εκτεταµένα τα πρώτα χρόνια των ιατρικών υπερήχων στην καρδιολογία ενώ συνεχίζει να χρησιµοποιείται στην διάγνωση ασθενειών των βαλβίδων της καρδιάς. Τα υπερηχητικά συστήµατα σήµερα παρέχουν δισδιάστατη απεικόνιση της περιοχής ενδιαφέροντος του ιστού. Αυτό γίνεται στέλνοντας εστιασµένα σήµατα διαδοχικά σε 14
διαφορετικές περιοχές και αποκτώντας πολλές Α-γραµµές που καλύπτουν όλη την περιοχή ενδιαφέροντος. Αυτές οι γραµµές στην συνέχεια ενώνονται για να δηµιουργήσουν µια εικόνα. εδοµένα που δεν υπάρχουν ανάµεσα σε διαδοχικές Α- γραµµές δηµιουργούνται µε παρεµβολή. Τα τελικά δεδοµένα στην συνέχεια µετατρέπονται σε ορθογώνιες συνιστώσες (µετατροπή σάρωσης) και απεικονίζονται. Αυτός ο τρόπος απεικόνισης αναφέρεται ως Β-mode και είναι ο βασικός τρόπος απεικόνισης των ανατοµικών εικόνων. Η αξονική διακριτική ικανότητα καθορίζει την ικανότητα διαχωρισµού δύο στόχων ευθυγραµµισµένων κατά την αξονική διεύθυνση (τη διεύθυνση της διάδοσης του ηχητικού παλµού). Η αξονική διακριτική ικανότητα εξαρτάται από την διάρκεια του ακουστικού σήµατος που δηµιουργείται σε κάθε στοιχείο, η οποία µε την σειρά της εξαρτάται από την κεντρική συχνότητα και το εύρος ζώνης του ηχοβολέα. Ηχοβολείς µε µεγάλο εύρος ζώνης που λειτουργούν σε υψηλές συχνότητες παράγουν ακουστικούς παλµούς µε καλή αξονική ευαισθησία. Η εγκάρσια (γωνιακή) διακριτική ικανότητα καθορίζει την ικανότητα διαχωρισµού δύο στόχων ευθυγραµµισµένων σε άξονα κάθετο προς τη δέσµη των υπερήχων και εξαρτάται από το εύρος της ηχητικής δέσµης στο συγκεκριµένο βάθος. Ο σκοπός του διαµορφωτή δέσµης είναι η απόκτηση καλής εγκάρσιας διακριτικής ικανότητας για µια µεγάλη αξονική απόσταση γύρω από το εστιακό σηµείο. Σε ποσοτικά δεδοµένα, η εγκάρσια διακριτική ικανότητα είναι αντιστρόφως ανάλογη από το µέγεθος του παραθύρου εφόσον ένα µεγαλύτερο παράθυρο µπορεί να παρέχει περισσότερα εστιακά πεδία. Πιο συγκεκριµένα, είναι ανάλογη µε τον αριθµό f, που είναι ο λόγος µεταξύ της αξονικής εστιακής απόστασης και του µεγέθους του παραθύρου. Για να έχει µια υπερηχoγραφική εικόνα τα επιθυµητά χαρακτηριστικά εστίασης ένας διαµορφωτής δέσµης µπορεί να διατηρεί σταθερό τον αριθµό f, ανανεώνοντας συνεχώς τις καθυστερήσεις και επανεστιάζοντας την δέσµη για κάθε βάθος µε σχεδόν σταθερή εγκάρσια διακριτική ικανότητα και βάθος εστίασης. Η εγκάρσια διακριτική ικανότητα εξαρτάται επίσης από την συχνότητα εκποµπής. Όταν χρησιµοποιούνται υψηλότερες συχνότητες βελτιώνεται η εγκάρσια διακριτική ικανότητα, αλλά µειώνεται το βάθος διείσδυσης λόγω εξασθένισης. Για τυπικές τιµές εύρους ζώνης ηχοβολέα, η αξονική διακριτική ικανότητα είναι της τάξης από ένα έως τρία µήκη κύµατος. Στη µαιευτική χρησιµοποιούνται συνήθως διακοιλιακές κεφαλές µε εύρος συχνότητας 2-4 MHz. Έτσι εάν ο ηχοβολέας χρησιµοποιεί συχνότητα 4 MHz και εφόσον η ταχύτητα του ήχου είναι σταθερή και 15
ίση µε 1540 m/s, το µήκος κύµατος είναι 0.385 mm και η αξονική διακριτική ικανότητα κυµαίνεται µεταξύ 0.385 mm και 1.155 mm. Όσο αφορά την εγκάρσια συνιστώσα, η διακριτική ικανότητα είναι προσεγγιστικά ίση µε το µήκος κύµατος πολλαπλασιασµένο µε τον αριθµό f. Χρησιµοποιώντας έναν διαµορφωτή δέσµης που διατηρεί έναν αριθµό f µεταξύ 3 και 5, η εγκάρσια διακριτική ικανότητα κυµαίνεται από 1.155 mm έως 1.925 mm. Συνεπώς, η εγκάρσια διακριτική ικανότητα είναι τυπικά χειρότερη από την αξονική διακριτική ικανότητα και αυτό γίνεται εύκολα αντιληπτό σε όλες τις υπερηχογραφικές εικόνες. 16
ΡΟΟΜΕΤΡΙΑ DOPPLER Η προέλευση της σύγχρονης ιατρικής τεχνολογίας µπορεί να αναζητηθεί στην Ευρώπη του δέκατου ένατου αιώνα όταν η βιοµηχανική επανάσταση επέφερε καταλυτικές αλλαγές στην καθηµερινή ζωή. Ανάµεσα στις ανακαλύψεις εκείνης της περιόδου ξεχωρίζει ένα επιστηµονικό γεγονός που αποτέλεσε τη βάση για την εξέλιξη της τεχνολογίας Doppler του εικοστού αιώνα: η ανακάλυψη ενός φυσικού φαινοµένου που έγινε γνωστό ως φαινόµενο Doppler από τον Aυστριακό φυσικοµαθηµατικό Christian Andreas Doppler (1803-1853). Ένα άλλο σηµαντικό γεγονός ήταν η ανακάλυψη του πιεζοηλεκτρικού φαινόµενου από τους Pierre Curie και Jacques Curie πάνω στο οποίο, πολλές δεκαετίες αργότερα, στηρίχθηκε η κατασκευή των κεφαλών των υπερηχογραφικών µηχανηµάτων. 1. Φαινόµενο Doppler Μετατόπιση Doppler Το φαινόµενο Doppler είναι η µεταβολή της συχνότητας που αντιλαµβάνεται ένας παρατηρητής σε σχέση µε τη συχνότητα του ήχου που εκπέµπει µια ηχητική πηγή όταν πηγή και παρατηρητής βρίσκονται σε σχετική κίνηση 4. Το φαινόµενο αυτό παρατηρείται σε όλα τα ηχητικά κύµατα. Η συχνότητα αυξάνει όταν η πηγή και ο παρατηρητής πλησιάζουν και ελαττώνεται όταν αποµακρύνονται. Όταν υψηλής συχνότητας κύµατα προσπίπτουν σε σταθερή επιφάνεια, η ανακλώµενη δέσµη κυµάτων (υπερήχων) έχει ουσιαστικά την ίδια συχνότητα ή µήκος κύµατος µε τα προσπίπτοντα κύµατα. Αν εντούτοις, η επιφάνεια που ανακλάται κινείται (όπως π.χ. τα αιµοσφαίρια στην περίπτωση εφαρµογής των υπερήχων στη διαγνωστική των αγγείων) η συχνότητα του ήχου που οπισθοσκεδάζεται, αλλάζει. Η αλλαγή στη συχνότητα είναι ανάλογη της ταχύτητας της επιφάνειας που ανακλάται και ονοµάζεται µετατόπιση Doppler : fd = ft fr όπου fd είναι η µετατόπιση της συχνότητας Doppler, ft είναι η µεταδιδόµενη συχνότητα και fr είναι η προσλαµβανόµενη συχνότητα. Το φαινόµενο Doppler παρατηρείται όταν η δέσµη των υπερήχων προσπίπτει σε αιµατική ροή. Με την κυκλοφορία του αίµατος, εκατοµµύρια ερυθρών κυττάρων λειτουργούν σαν σκεδαστές του προσπίπτοντα ηχητικού κύµατος. Κάτω από αυτές τις συνθήκες τα 17
ερυθροκύτταρα δρουν αρχικά σαν κινητοί αποδέκτες και στη συνέχεια σαν κινητές πηγές, αποτελώντας έτσι τη βάση της εξίσωσης Doppler: fd = 2ft. v / c όπου fd είναι η µετατόπιση της συχνότητας Doppler, ft η συχνότητα της κεφαλής των υπερήχων, v η ταχύτητα του σκεδαστή προς µια κατεύθυνση και c η ταχύτητα διάδοσης του ήχου στο µέσο. Ο παράγοντας 2 στην εξίσωση οφείλεται στο γεγονός ότι το µεταδιδόµενο υπερηχητικό κύµα υπόκειται διπλή µετατόπιση Doppler πριν επιστρέψει στην κεφαλή του υπερηχοτοµογράφου, καθώς ο σκεδαστής λειτουργεί πρώτα σαν αποδέκτης και στη συνέχεια σαν πηγή. Εάν η κατεύθυνση του προσπίπτοντα υπερηχητικού κύµατος σχηµατίζει γωνία ( θ ) µε την κατεύθυνση της αιµατικής ροής, η εξίσωση Doppler µεταβάλλεται ανάλογα µε το συνηµίτονο της γωνίας ( θ ) : fd = 2ft. cos θ. v / c Για να υπολογισθεί η ταχύτητα του σκεδαστή, η εξίσωση µεταγράφεται ως εξής : v = fd. c / 2ft. cos θ Με τον τρόπο αυτό, εφόσον η γωνία πρόπτωσης και η µετατόπιση Doppler είναι γνωστές, είναι δυνατό να υπολογισθεί η ταχύτητα της αιµατικής ροής (Σχήµα 2) 5. Κεφαλή υπερήχων (συχνότητα ft) fd = 2 ft. cos θ. v / c Ταχύτητα ροής V δέσµη ( c είναι η ταχύτητα του ήχου στον ιστό) Υψηλή συχνότητα Doppler παρατηρείται όταν: - Η ταχύτητα (v) είναι αυξηµένη - Η δέσµη είναι παράλληλη προς την αιµατική ροή - Η χρησιµοποιούµενη συχνότητα (ft) είναι υψηλή Σχήµα 2. Ροοµετρία Doppler. Με τη ροοµετρία Doppler καταγράφεται η κίνηση των σκεδαστών διαµέσου της δέσµης των υπερήχων σαν αλλαγή φάσης στο προσλαµβανόµενο σήµα. Η µετατόπιση της συχνότητας χρησιµοποιείται για να µετρηθεί η ταχύτητα της ροής εφόσον η γωνία πρόπτωσης είναι γνωστή. (Από: Doppler in Obstetrics, Diploma in Fetal Medicine& ISUOG Educational Series 2002,σελ 6). 18
2. Αιµατική ροή Το κυκλοφορικό σύστηµα είναι υπερβολικά σύνθετο και σε σύσταση και σε λειτουργία και η ροή του αίµατος επηρεάζεται από πολυάριθµους παράγοντες όπως η καρδιακή λειτουργία, η ελαστικότητα των τοιχωµάτων του αγγείου, η τάση των µυών µε ελαφρά αγγείωση και τα διάφορα σχέδια, διαστάσεις και συνδέσεις χιλιάδων διακλαδιζόµενων αγγείων. Η θεώρηση αυτών των παραµέτρων που επηρεάζουν την αιµατική ροή είναι χρήσιµη για την κατανόηση της φυσιολογίας της κυκλοφορίας του αίµατος και των ανωµαλιών που δηµιουργούνται µε την παρουσία αγγειακής απόφραξης. Αν και η ροοµετρία Doppler µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τη µελέτη διαφόρων τύπων κίνησης στο σώµα, η κυρίαρχη χρήση της παραµένει η ανίχνευση και ο ποσοτικός προσδιορισµός της ροής στην καρδιά, αρτηρίες και φλέβες. Τα σήµατα Doppler από αυτές τις "πηγές" περιέχουν πλήθος πληροφορίες για τη ροή. Αλλά, η αιµατική ροή στις αρτηρίες είναι σύνθετη. Η ροή είναι παλµική, το αίµα είναι ανοµοιογενές, µη Νευτώνειο υγρό, και οι αρτηρίες διχάζονται, καµπυλώνουν και διακλαδίζονται. Η αιµατική ροή και η κατανοµή της ταχύτητας του αίµατος δίδουν στα σήµατα Doppler τα χαρακτηριστικά τους στοιχεία. Η ροή και η πίεση, όµως, είναι άρρηκτα δεµένες και εποµένως η πίεση δεν µπορεί ν' αγνοηθεί. Πράγµατι, η ανίχνευση ή η µέτρηση της ταχύτητας του αίµατος επιτρέπει την εξαγωγή πληροφοριών σχετικών µε την πίεση. Στα περισσότερα αγγεία, το αίµα κινείται σε οµοκεντρικά στρώµατα. Κάθε στρώµα ρέει µε διαφορετική ταχύτητα. Ένα µικρό στρώµα κοντά στο τοίχωµα έχει ταχύτητα µηδέν λόγω των δυνάµεων συνάφειας αίµατος και εσωτερικού τοιχώµατος του αγγείου. Το στρώµα στο µέσο του αγγείου ρέει µε τη µέγιστη ταχύτητα ενώ η µέση ταχύτητα στο αγγείο είναι το ήµισυ της µεγίστης. Απόκλιση από τη στρωµατική ροή µπορεί να οφείλεται σε φυσιολογικούς παράγοντες ή σε παθολογικές καταστάσεις π.χ. η ταχύτητα ροής αλλάζει στον καρδιακό κύκλο σαν αποτέλεσµα της επιτάχυνσης στη συστολή και επιβράδυνσης στη διαστολή. Κατά πόσο µια αιµοδυναµική ανωµαλία οφείλεται σε στένωση και πόσο σοβαρή είναι, εξαρτάται από αρκετούς παράγοντες όπως: 1) το µήκος και τη διάµετρο του στενού τµήµατος, 2) τις ανωµαλίες του ενδοθηλίου, 3) τον λόγο της διατοµής στο σηµείο της στένωσης προς το φυσιολογικό αγγείο, και, 4) το ρυθµό ροής. Η στρωµατική ροή γίνεται ασταθής σε υψηλές ταχύτητες και αλλάζει σε τυρβώδη ροή. Αυτό συµβαίνει σε περιοχές των αγγείων που παρουσιάζουν στένωση. 19
3. Φάσµα συχνοτήτων "µετατόπισης Doppler" Στις κλινικές εφαρµογές, το φαινόµενο Doppler είναι ιδιαίτερα χρήσιµο για την εκτίµηση της αιµατικής ροής. Όταν η υπερηχητική δέσµη περνά διαµέσου ενός αγγείου µικρές ποσότητες υπερηχητικής ενέργειας συναντούν τα ερυθρά αιµοσφαίρια και σκεδάζονται προς όλες τις διευθύνσεις. Εφόσον τα ερυθρά αιµοσφαίρια κινούνται σε σχέση µε τον ανιχνευτή, το φαινόµενο Doppler προκαλεί τη µεταβολή της συχνότητας της οπισθοσκεδαζόµενης ενέργειας. Το µέγεθος και η διεύθυνση αυτής της µετατόπισης είναι ανάλογα της ταχύτητας και της διεύθυνσης της κίνησης των ερυθρών αιµοσφαιρίων σε σχέση µε τον ανιχνευτή 6. Αφού ένα µεγάλο εύρος ταχυτήτων είναι πάντα παρόν (από µηδέν στα τοιχώµατα του αγγείου έως τη µεγίστη τιµή κοντά στο κέντρο της κοιλότητας του αγγείου) αντίστοιχα ένα φάσµα συχνοτήτων "µετατόπισης Doppler" είναι πάντα παρόν. Τα δεδοµένα της µετατόπισης Doppler καταγράφονται σαν γραφική παράσταση της κατανοµής των συχνοτήτων Doppler στο χρόνο. ηλαδή απεικονίζεται η µεταβολή στο χρόνο, των συχνοτήτων Doppler που ανιχνεύονται στον όγκο-αναφοράς. Το φάσµα συχνοτήτων παράγεται από την εφαρµογή του µαθηµατικού µετασχηµατισµού Fourier στις κυµατοµορφές των ανακλάσεων. Το φάσµα Doppler µπορεί να γίνει πολύ σύνθετο λόγω της παλµικής ροής αίµατος και της κίνησης των τοιχωµάτων του αγγείου. 4. Παλµικό Doppler Τα υπερηχητικά κύµατα είναι, όπως και οι ακουστοί ήχοι, µηχανικά κύµατα που διαδίδονται µέσω της ύλης. Η πηγή παραγωγής και ανίχνευσης τους είναι οι πιεζοηλεκτρικοί κρύσταλλοι στην κεφαλή του υπερηχοτοµογράφου. Στην ιατρική πράξη οι συχνότητες Doppler που χρησιµοποιούνται είναι 1-15 MHz. Τα µήκη κύµατος που αντιστοιχούν σ' αυτές τις συχνότητες, για τον µαλακό ιστό, είναι κατά µέσο όρο 0.7-0.07 mm. Τα συστήµατα Doppler είναι δυνατό να παράγουν συνεχές ή παλµικό κύµα υπερήχων. Οι παλµοί ποικίλουν σε µήκος από 2 έως 10 κύκλους ανάλογα µε το σύστηµα των υπερήχων. Οι εντάσεις που παράγονται µε συνεχείς και παλµικούς Doppler υπερήχους είναι 100 και 400 mw / cm² αντίστοιχα. 20
ιάφοροι µέθοδοι απεικόνισης µε Doppler έχουν χρησιµοποιηθεί για να δοθούν πληροφορίες για την ανατοµία του αγγείου σε συνδυασµό µε τη ροή αίµατος. Η απλούστερη απ' αυτές τις τεχνικές υπήρξε η χρήση συνεχούς κύµατος υπερήχων Doppler (Σχήµα 3). Αν και η διεύθυνση της ροής καθορίζεται µε τους συνεχείς υπερήχους, αυτοί δεν επιτρέπουν διευκρίνιση της κίνησης από όργανα σε βάθος, όπως η καρδιά, ή αγγειοβριθή όργανα όπως ο εγκέφαλος. Ακόµη και σήµατα από επιφανειακά αγγεία είναι µερικές φορές δύσκολο να διευκρινισθούν. Εποµένως υστερούν σηµαντικά σε διακριτική ικανότητα σε βάθος. Ο πιο πρακτικός τρόπος για να αυξηθεί η διακριτική ικανότητα βάθους σε σύστηµα Doppler είναι η µεν πηγή να παράγει παλµούς, ο δε δέκτης να λειτουργεί µε ηλεκτρονική πύλη. Έτσι, η µεταβολή της ταχύτητας της αιµατικής ροής ανιχνεύεται άµεσα από τις διαφορές στο φάσµα συχνοτήτων Doppler ενώ τα σχετικά χαρακτηριστικά της ροής πιστοποιούνται στα διάφορα τµήµατα της κυµατοµορφής. Σχήµα 3. Στα συστήµατα συνεχούς κύµατος γίνεται συνεχής µετάδοση και λήψη των υπερήχων. Τα σήµατα Doppler προσλαµβάνονται από όλα τα αγγεία στη διαδροµή της υπερηχητικής δέσµης (µέχρι να εξασθενήσουν λόγω βάθους). Οι υπέρηχοι συνεχούς κύµατος Doppler δεν µπορούν να εντοπίσουν την ακριβή θέση των ταχυτήτων µέσα στη δέσµη και δεν µπορούν να χρησιµοποιηθούν για έγχρωµη απεικόνιση.( Από: Doppler in Obstetrics, Diploma in Fetal Medicine& ISUOG Educational Series 2002,σελ 7). Οι συσκευές παλµικού Doppler εκπέµπουν παλµούς υπερήχων σε κανονικό ρυθµό επανάληψης δηλαδή µε συγκεκριµένη συχνότητα επανάληψης παλµού (Σχήµα 4). Οι παλµοί απέχουν µεταξύ τους τόσο όσο ώστε να µην διαδίδεται νέος παλµός µέχρι να επιστρέψουν οι ανακλάσεις του προηγούµενου παλµού. Οι παλµικές 21
συσκευές Doppler χρησιµοποιούν ηλεκτρονική πύλη χώρου για συλλογή ανακλάσεων από επιλεγµένο βάθος, για ανάλυση και για απεικόνιση. Ο προεπιλεγµένος χώρος απ' όπου συλλέγονται δεδοµένα ροής µπορεί να ελέγχεται ως προς το µήκος του, το βάθος και τη θέση. Το µήκος του παλµού και η διάρκεια που ο ανιχνευτής λειτουργεί σαν δέκτης (δηλαδή η περίοδος επανάληψης λήψης ανακλάσεων) καθορίζουν το µήκος του όγκου αναφοράς. Το πλάτος του όγκου αναφοράς εξαρτάται από το πλάτος της δέσµης στο επιλεγµένο βάθος και φυσικά καθορίζεται από την εστία του ανιχνευτή. Υπάρχει αναλογία µεταξύ της διάρκειας του παλµού σε κύκλους, της οδηγού συχνότητας παραγωγής υπερήχων και της συχνότητας επανάληψης του παλµού (pulse repetition frequency, PRF, ή αλλιώς γνωστή ως scale). Η µείωση της συχνότητας επανάληψης παλµού, δίνει τη δυνατότητα αύξησης του ελεγχόµενου βάθους ενώ η αύξηση της συχνότητας επανάληψης παλµού περιορίζει το πεδίο ελέγχου σε επιφανειακούς ιστούς. Σχήµα 4. Η χρήση του παλµικού Doppler επιτρέπει τη µέτρηση του βάθους (ή εύρους) της θέσης ροής. Επιπρόσθετα σε αυτήν µπορεί να µεταβληθεί το µέγεθος του όγκου του δείγµατος και να γίνει έγχρωµη απεικόνιση.(από: Doppler in Obstetrics, Diploma in Fetal Medicine& ISUOG Educational Series 2002,σελ 7). 5. Καθορισµός όγκου αναφοράς (Sample Volume) Ο στόχος της χρήσης ενός παλµικού συστήµατος υπερήχων είναι η συλλογή των πληροφοριών Doppler µόνο από µια περιορισµένη περιοχή. Αυτή η περιοχή είναι ο όγκος αναφοράς ή το δείγµα όγκου (sample volume). Χρόνος και βάθος, στο σύστηµα, έχουν την ίδια σηµασία αφού η µέση ταχύτητα του ήχου είναι σταθερή. 22
Στους ιστούς, το µήκος του όγκου αναφοράς καθορίζεται άµεσα από το µήκος του παλµού. Η διάρκεια του παλµού επιλέγεται έτσι ώστε και η µικρότερη µετατόπιση συχνότητας (που αντιπροσωπεύει τη µικρότερη ταχύτητα σε δεδοµένη γωνία λήψης) να απεικονίζεται στο σύστηµα. Η πλάγια διάσταση του όγκου-αναφοράς καθορίζεται από το εύρος της δέσµης. Σαν αποτέλεσµα, ο όγκος αναφοράς αλλάζει διαστάσεις µε την αλλαγή του εύρους της δέσµης και της διάρκειας του παλµού. Συνοπτικά, το µήκος του όγκου αναφοράς εξαρτάται από το µήκος του παλµού και από το µήκος του εύρους της ηλεκτρονικής πύλης και δεν είναι µια σταθερή ποσότητα αλλά εξαρτάται από τις ρυθµίσεις του συστήµατος. Η φασµατική ανάλυση απεικονίζει φαινόµενα ροής µόνο µέσα στον όγκο αναφοράς. 6. Ανάλυση φάσµατος Σε ένα µεγάλο αγγείο η ταχύτητα του αίµατος συνήθως δεν είναι η ίδια σε όλα τα σηµεία αλλά ακολουθεί µια κατανοµή (π.χ. παραβολική). Σαν αποτέλεσµα, το Doppler σήµα είναι σύνθετο. Η ανάλυση φάσµατος διαχωρίζει ένα σύνθετο σήµα στις συνιστώσες συχνότητες του έτσι ώστε να καθορισθεί η σχετική συνεισφορά τους στο αρχικό σήµα. Το φάσµα των σηµάτων Doppler εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της ροής στο αγγείο και από το µέγεθος του όγκου αναφοράς. Ένα σχέδιο ροής που παρουσιάζει ενδιαφέρον σε αιµατικές µελέτες είναι αυτό που δίδει η στροβιλοειδής ροή. Πλάτυνση του φάσµατος Doppler δίνει ενδείξεις της στροβιλοειδούς ροής. Η µορφή αυτής της κατανοµής των µεγίστων συχνοτήτων φαίνεται να εξαρτάται από την κατάσταση των αγγείων π.χ. από την παρουσία αποφρακτικής πάθησης του αγγείου. Τα µειονεκτήµατα του παλµικού Doppler διαπιστώνονται στην αποτύπωση ροής υψηλών ταχυτήτων. Καθώς το παλµικό σύστηµα είναι σύστηµα δειγµάτων (προσδιορίζει δηλαδή τη µετατόπιση Doppler περιοδικά) ο ρυθµός επανάληψης του παλµού (PRF) είναι µεταβλητός. Η µαθηµατική θεωρία χρήσης δειγµάτων πυλών ορίζει ότι η µέγιστη αναµφισβήτητη µετατόπιση συχνότητας Doppler που ανιχνεύεται είναι ίση µε το ήµισυ της συχνότητας επανάληψης παλµού PRF (συχνότητα δειγµατοληψίας). Αν η ταχύτητα ροής είναι αρκετά µεγάλη ώστε να παράγει και µετατόπιση Doppler µεγαλύτερη από το ½ PRF τότε δηµιουργείται το φαινόµενο της ψευδούς µετατόπισης (aliasing) όπου αλλοιώνεται η τελική ανάλυση φάσµατος Doppler. ηλαδή, απεικονίζονται ως µικρότερης µετατόπισης Doppler απ' ότι είναι 23
πραγµατικά. Αν η PRF αυξηθεί σε τιµή τουλάχιστον του διπλάσιου της µέγιστης µετατόπισης το φαινόµενο εξαφανίζεται. Όταν το εξεταζόµενο αγγείο είναι σε βάθος, µπορεί να µην είναι εφικτή η αύξηση της PRF µε αποτέλεσµα να ελαττώνεται η µέγιστη µετρήσιµη µετατόπιση Doppler όσο το βάθος αυξάνει. Το πρόβληµα της ψευδούς µετατόπισης ελαχιστοποιείται επίσης αλλάζοντας τη γωνία πρόσπτωσης της δέσµης στο αγγείο καθώς η µετατόπιση Doppler είναι ανάλογη του συνηµίτονου της γωνίας θ µεταξύ του αγγείου και της δέσµης και θεωρητικά είναι µηδέν σε γωνία 90 ο. Στην πράξη η ψευδής µετατόπιση αναγνωρίζεται συνήθως εύκολα. Η αύξηση του PRF µε στόχο την εκτίµηση ταχείας ροής περιορίζει το πεδίο σε πολύ επιφανειακά όργανα και αυξάνει την πιθανότητα για σφάλµατα ασάφειας χώρου. 7. Επιλογή συχνότητας Doppler Η ένταση των υπερηχητικών κυµάτων που σκεδάζονται από µικρούς σκεδαστές όπως τα ερυθρά αιµοσφαίρια, είναι ανάλογη της 4ης δύναµης της συχνότητας των κυµάτων. Εντούτοις µε την αύξηση της συχνότητας αυξάνει ο ρυθµός εξασθένησης της δέσµης. Στην επιλογή της βέλτιστης συχνότητας για µελέτη αιµατικής ροής αυτοί οι ανταγωνιστικοί παράγοντες λαµβάνονται υπόψη και η επιλογή συχνά καθορίζεται από το βάθος του ελεγχόµενου αγγείου. 8. Αρχές έγχρωµης τεχνικής Η γεννήτρια παλµών παράγει ηλεκτρικούς παλµούς που οδηγούν τον ανιχνευτή. Επίσης παράγει παλµούς συγχρονισµού που στέλνονται στο δέκτη και στη µνήµη για την έναρξη του ανιχνευτή. Ο ανιχνευτής (σαν πηγή) παράγει υπερηχητικό παλµό. Για κάθε ανάκλαση παράγεται ηλεκτρικό σήµα. Τα ηλεκτρικά σήµατα µέσω του δέκτη αποθηκεύονται στη µνήµη. Οι µετατοπίσεις Doppler των ανακλάσεων οδηγούνται στη µνήµη µέσω της έγχρωµης οδού. Κάθε χρώµα έχει τρεις βασικές συνιστώσες: χροιά, πληρότητα και λαµπρότητα. Στα έγχρωµα συστήµατα Doppler η παρουσία ροής καταγράφεται σαν έγχρωµο σήµα, η διεύθυνση και η φορά της ροής αντιπροσωπεύονται από το χρώµα του σήµατος (η ροή προς τον ανιχνευτή καταγράφεται µε χρώµα κόκκινο ενώ η ροή αντίθετα από τον ανιχνευτή καταγράφεται µε χρώµα µπλε) ενώ η ταχύτητα της ροής 24
αποδίδεται µε την απόχρωση (το κόκκινο χρώµα τείνει σε κίτρινο και το µπλε σε γαλάζιο όταν οι ταχύτητες ροής είναι υψηλές). Μια καλή προσέγγιση της µελέτης ροής είναι η τεχνική που επιτρέπει εκτίµηση των χαρακτηριστικών ροής σε ολόκληρη την εικόνα σε συνδυασµό µε υψηλής διακριτικής ικανότητος αποτύπωση των τοιχωµάτων των αγγείων και των στοιχείων και διαχωρισµό αυτών από τους περιβάλλοντες ιστούς. Αυτή εφαρµόζεται στην έγχρωµη υπερηχοτοµογραφία. Στην έγχρωµη Doppler απεικόνιση χρησιµοποιείται επίσης η τεχνική παλµών-ανακλάσεων, µε τη χρήση του φαινοµένου Doppler. Αυτό απαιτεί παλµούς µακρύτερους από τους πολύ βραχείς παλµούς της κλασσικής υπερηχοτοµογραφίας. Ανακλάσεις που δεν υπέστησαν µετατόπιση Doppler απεικονίζονται στην κλίµακα του γκρίζου. Στις ανακλάσεις µε µετατόπιση Doppler, υπολογίζεται αρχικά η µετατόπιση Doppler και ακολουθεί η απεικόνιση τους µε χρώµα. Το χρώµα αντιπροσωπεύει την ποιοτική διεύθυνση της ροής αλλά και την ταχύτητα και τον χαρακτήρα της ροής. Σε αντίθεση µε την κλασσική, σε κλίµακα του γκρίζου, υπερηχοτοµογραφία, στην έγχρωµη real-time Doppler υπερηχογραφία απαιτούνται τρεις µε τέσσερις φορές µακρύτεροι παλµοί για µια έγχρωµη γραµµική σάρωση µε αποτέλεσµα τη µείωση της αξονικής ευκρίνειας. 9. Παράµετροι που επηρεάζουν την έγχρωµη Doppler υπερηχογραφία Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την έγχρωµη απεικόνιση µε Doppler περιγράφονται παρακάτω και συνοψίζονται στον Πίνακα 1 7 : 1) Ισχύς και ένταση: Στην έγχρωµη απεικόνιση χρησιµοποιείται υψηλότερη ισχύς από ότι στο B-mode και άρα πρέπει να τηρούνται όλες οι προδιαγραφές ασφάλειας για το έµβρυο. Τόσο η ισχύς όσο και η ένταση πρέπει να καθορίζονται µε τρόπο τέτοιο ώστε να λαµβάνονται σήµατα αιµατικής ροής καλής ποιότητας ενώ ταυτόχρονα περιορίζονται τα σήµατα από τους περιβάλλοντες ιστούς. 2) Επιλογή συχνότητας: Οι υψηλές συχνότητες διακρίνουν καλύτερα τις χαµηλές ροές ενώ έχουν καλύτερη ευκρίνεια. Οι χαµηλές συχνότητες έχουν καλύτερη διείσδυση και εµφανίζουν το φαινόµενο της ψευδούς µετατόπισης σε µικρότερο βαθµό. 3) Συχνότητα επανάληψης παλµού (PRF) ή κλίµακα ταχύτητας (velocity scale): Οι χαµηλές συχνότητες επανάληψης παλµού επιτρέπουν την ανίχνευση ροής 25
µικρής ταχύτητας αλλά εµφανίζουν το φαινόµενο της ψευδούς µετατόπισης όταν συναντούν υψηλές ταχύτητες ροής. 4) Περιοχή ενδιαφέροντος: Όσο µικρότερη είναι η περιοχή όπου εξετάζεται η αιµατική ροή τόσο βελτιώνεται η πυκνότητα της έγχρωµης γραµµικής σάρωσης και η ευκρίνεια. 5) Εστία: Η εστία πρέπει να βρίσκεται στο επίπεδο της υπό εξέταση περιοχής, καθώς έτσι διαµορφώνεται τόσο η µορφή όσο και η ακρίβεια της απεικόνισης. Στην πράξη ο εξεταστής καλείται να τροποποιεί τον έλεγχο των λειτουργιών του µηχανήµατος και να δοκιµάζει διαφορετικές θέσεις της κεφαλής των υπερήχων για να πετύχει τη βέλτιστη κατά περίπτωση απεικόνιση. Πίνακας 1. Παράγοντες που επηρεάζουν την έγχρωµη απεικόνιση της αιµατικής ροής Ισχύς: µεταδιδόµενη ισχύς στους ιστούς Ένταση: συνολική ευαισθησία σε σήµατα ροής Συχνότητα: όσο αυξάνει η διείσδυση τόσο ελαττώνονται η ευαισθησία και η ευκρίνεια Συχνότητα επανάληψης παλµού: η χαµηλή κλίµακα ταχύτητας επιτρέπει την καταγραφή χαµηλών ταχυτήτων, η υψηλή κλίµακα ελαττώνει το φαινόµενο ψευδούς µετατόπισης Περιοχή ενδιαφέροντος: µια µεγάλη περιοχή δρα σε βάρος της ευκρίνειας Εστία: βελτιώνει την έγχρωµη απεικόνιση σε εστιακή ζώνη Φίλτρο: το υψηλής συχνότητας φίλτρο περιορίζει τον «θόρυβο» αλλά αποκλείει περισσότερα σήµατα αιµατικής ροής 10. Εφαρµογή του παλµικού Doppler Το µέγεθος του σήµατος Doppler εξαρτάται από την: 1) Ταχύτητα αιµατικής ροής: όσο αυξάνει η ταχύτητα τόσο αυξάνει η συχνότητα, 26
2) Συχνότητα των υπερήχων: οι υψηλές συχνότητες των υπερήχων αποδίδουν υψηλότερη συχνότητα Doppler. Όπως και στο B-mode, οι χαµηλότερες συχνότητες έχουν καλύτερη διείσδυση. Η επιλογή της συχνότητας αποτελεί ένα συµβιβασµό µεταξύ µεγαλύτερης ευαισθησίας στη ροή και καλύτερης διείσδυσης, 3) Γωνία πρόπτωσης της δέσµης των υπερήχων: η συχνότητα Doppler αυξάνει όσο πιο παράλληλη είναι η δέσµη των υπερήχων προς την διεύθυνση της αιµατικής ροής (δηλαδή όσο µικρότερη είναι η γωνία θ). Η παρατήρηση αυτή έχει τεράστια σηµασία για τη σωστή χρήση της ροοµετρίας Doppler (Σχήµα 5). Στη σχηµατική παράσταση η δέσµη Α σχηµατίζει µικρότερη γωνία θ µε τη διεύθυνση της αιµατικής ροής από ότι η δέσµη Β και παράγει σήµατα Doppler υψηλότερης συχνότητας. Η δέσµη C σχηµατίζει γωνία 90 ο µε αποτέλεσµα το σήµα Doppler να είναι ιδιαίτερα ασθενές. Η ροή που συναντά η δέσµη D αποµακρύνεται από τον ηχοβολέα και το σήµα είναι αρνητικό. Σχήµα 5. Επίδραση της γωνίας πρόπτωσης της δέσµης των υπερήχων Doppler στην απεικόνιση της ροής. (Από: Doppler in Obstetrics, Diploma in Fetal Medicine& ISUOG Educational Series 2002,σελ 6). 11. είκτες µέτρησης κυµατοµορφών Η κυµατοµορφή της παλµικής Doppler ροοµετρίας περιέχει έναν τεράστιο όγκο αιµοδυναµικών πληροφοριών για την εξεταζόµενη περιοχή. Η πληροφορία στο φάσµα της αποτελείται από τρεις κύριες µεταβλητές: συχνότητα, εύρος και χρόνο. Η συχνότητα του φάσµατος αντιπροσωπεύει τον αριθµό των σκεδαστών που κινούνται µε µια συγκεκριµένη ταχύτητα και είναι γνωστή ως ισχύς του φάσµατος. Το εύρος του φάσµατος εξαρτάται από την ποσότητα των κινούµενων ερυθρών αιµοσφαιρίων στο δείγµα όγκου και άρα αντιπροσωπεύει τον όγκο της αιµατικής ροής. Η τρίτη µεταβλητή είναι το χρονικό διάστηµα στο οποίο µεταβάλλονται η συχνότητα και το εύρος. Η ανάλυση λοιπόν του φάσµατος της ροοµετρίας Doppler είναι στην πραγµατικότητα τρισδιάστατη. Μια τέτοια ανάλυση όµως είναι πολύ σύνθετη και όχι 27
ιδιαίτερα χρήσιµη για κλινική εφαρµογή. Ευτυχώς υπάρχουν εναλλακτικές µέθοδοι που χαρακτηρίζουν αποτελεσµατικά το φάσµα της ροοµετρίας Doppler. Ο ιδανικός τρόπος για την εκτίµηση της αιµατικής παροχής σε ένα όργανο είναι η µέτρηση του παρεχόµενου όγκου αίµατος σε αυτό στη µονάδα του χρόνου που υπολογίζεται από τη διάµετρο του αγγείου και τη µέση ταχύτητα ροής σε αυτό. Τέτοιοι υπολογισµοί έχουν αποδειχθεί πολύπλοκοι και αναξιόπιστοι για να έχουν κλινική εφαρµογή. Αναζητήθηκαν έτσι εναλλακτικοί τρόποι εκτίµησης της αιµοδυναµικής ροής µε διάφορους δείκτες που περιγραφούν τις κυµατοµορφές της ροοµετρίας Doppler. Οι τεχνικές ποικίλλουν από τον απλό λόγο συστολικής προς διαστολική ροή µέχρι την σύνθετη ανάλυση στοιχείων αλλά είναι όλες σχεδιασµένες έτσι ώστε να περιγράφουν την κυµατοµορφή µε ποσοτικό τρόπο. Σε γενικές γραµµές επέρχεται ένας συµβιβασµός µεταξύ της απλότητας της µεθόδου και των πληροφοριών που εξάγονται. Οι Gosling και King ήταν οι πρώτοι που περιέγραψαν το δείκτη παλµικότητας (PI) σαν µέτρο του διαφορικού συστολής-διαστολής χρησιµοποιώντας τη µετατροπή Fourier 8 ενώ στη συνέχεια περιγράφηκε µια απλούστερη εκδοχή βασισµένη στις µέγιστες µετατοπίσεις κατά τη συστολή (S) και την τελοδιαστολή (D) και τη διάµεση τιµή της µέγιστης µετατόπισης της συχνότητας σε ένα καρδιακό κύκλο (Α)*. Το ίδιο χρονικό διάστηµα ο Pourcelot περιέγραφε έναν παρόµοιο δείκτη ονοµαζόµενο δείκτη αντίστασης (RI) 9. Οι Stuart και συν. περιέγραψαν έναν απλούστερο δείκτη µε αριθµητή και παρανοµαστή τη µέγιστη µετατόπιση κατά τη συστολή (S) και την τελο-διαστολή (D) αντίστοιχα (σχέση S/D) 10. Συνοπτικά οι συχνότερα χρησιµοποιούµενοι δείκτες στα υπερηχογραφικά µηχανήµατα είναι οι εξής: 1) είκτης παλµικότητας (Pulsatility Index PI), 2) είκτης αντίστασης (Resistance Index RI): ορισµένες φορές αναφέρεται σαν δείκτης Pourcelot, 3) Σχέση συστολής / διαστολής (Systolic / diastolic ratio S/D): ορισµένες φορές αναφέρεται σαν σχέση A/Β. Ο υπολογισµός αυτών των δεικτών περιγράφεται στο Σχήµα 6. Ο υπολογισµός του PΙ είναι πιο πολύπλοκος από τον υπολογισµό του RI και του S/D γιατί περιλαµβάνει τη µέτρηση του µέσου ύψους της κυµατοµορφής. Από την άλλη πλευρά όµως αποδίδει µεγαλύτερο εύρος τιµών όπως για παράδειγµα στην καταγραφή κυµατοµορφών µε 28
αρνητική τελο-διαστολική ροή. Πέρα από τους ποσοτικούς αυτούς δείκτες, η κυµατοµορφή χαρακτηρίζεται ποιοτικά από την απουσία ή παρουσία ειδικών στοιχείων όπως για παράδειγµα η απουσία τελο-διαστολικής ροής και η παρουσία πρωτοδιαστολικής εγκοπής (Σχήµα 7). είκτες αρτηριακής ροής RI = (S D) / S PI = (S D) / Vm S/D Ratio = S/D S = ζενίθ συστολής (µέγιστη ταχύτητα) D = τελοδιαστολική ροή A = µέση µετατόπιση συχνότητας σε 1 καρδιακό κύκλο Vm = µέση ταχύτητα Σχήµα 6. είκτες µέτρησης της ταχύτητας αιµατικής ροής. (Από: Doppler in Obstetrics, Diploma in Fetal Medicine& ISUOG Educational Series 2002,σελ 23). Σε γενικές γραµµές, κυµατοµορφές χαµηλής συχνότητας είναι ενδεικτικές χαµηλών περιφερικών αντιστάσεων ενώ κυµατοµορφές υψηλής συχνότητας συναντώνται σε αγγειακά δίκτυα υψηλής αντίστασης. Παρόλα αυτά η ύπαρξη στένωσης, αγγειακής διαφυγής ή αρτηριοφλεβικού συριγγίου µπορεί να µεταβάλλει την κυµατοµορφή. Επιπρόσθετα, οι µεταβολές του καρδιακού ρυθµού µπορούν να µεταβάλλουν τόσο την κυµατοµορφή όσο και τις τιµές των ποσοτικών δεικτών µέτρησης. Σχήµα 7. Κυµατοµορφή της µητριαίας αρτηρίας µε εγκοπή στην πρώιµη διαστολή και χαµηλή ροή στο τέλος της διαστολικής φάσης (ιδία περίπτωση) 29
ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΤΩΝ ΙΑΓΝΩΣΤΙΚΩΝ ΥΠΕΡΗΧΩΝ Η χρήση των υπερήχων για διαγνωστικούς σκοπούς θεωρείται σε γενικές γραµµές ασφαλής και χωρίς παρενέργειες τόσο από τους εξεταστές όσο και από τις ασθενείς. Καθώς οι υπέρηχοι χρησιµοποιούνται πολύ συχνά κατά τη διάρκεια της κύησης, είναι πολύ σηµαντικό για όλους τους εξεταστές να είναι βέβαιοι ότι η εξέταση παραµένει ασφαλής. Οι υπέρηχοι ασκούν θερµική και µηχανική επίδραση στους ιστούς που αυξάνει ανάλογα µε την ισχύ. Την τελευταία δεκαετία υπήρξε µια γενικότερη τάση αύξησης της ισχύς µε την εισαγωγή της έγχρωµης απεικόνισης, τη µεγαλύτερη χρήση του παλµικού Doppler και τις αυξανόµενες απαιτήσεις της απεικόνισης µε B-mode. Η αύξηση αυτή είχε σαν αποτέλεσµα να δηµοσιευθούν οδηγίες ασφάλειας από διάφορους οργανισµούς, ιατρικές εταιρείες και ινστιτούτα σχετικά µε τη χρήση των υπερήχων. 1. Επιδράσεις Οι υπέρηχοι αποτελούν µηχανική ενέργεια κατά την οποία ένα κύµα πίεσης διαπερνά τους ιστούς. Η ανάκλαση και η σκέδαση προς τον ηχοβολέα χρησιµοποιούνται για την απεικόνιση. Οι φυσικές επιδράσεις των υπερήχων κατηγοριοποιούνται ως εξής 11 : α) Θερµικές επιδράσεις: Πρόκειται για αύξηση της θερµοκρασίας των ιστών κατά την απορρόφηση των υπερήχων. Θερµότητα παράγεται επίσης στην επιφάνεια του ηχοβολέα. Η αύξηση της θερµοκρασίας εξαρτάται από το συντελεστή απορροφητικότητας και τα θερµικά χαρακτηριστικά κάθε ιστού, την ένταση των υπερήχων και τη διάρκεια της εξέτασης. Η ένταση µε τη σειρά της εξαρτάται από την ισχύ, τη χρήση B-mode, έγχρωµου ή παλµικού Doppler, το βάθος της εξέτασης, την εστία, το ζουµ και την περιοχή της έγχρωµης απεικόνισης. β) Σπηλαίωση: Πρόκειται για τη δηµιουργία φυσαλίδων από τη διάδοση του ήχου σε ένα υγρό µε προϋπάρχοντες πυρήνες αερίου. Κατά τη φάση της αποσυµπίεσης η διάλυση των φυσαλίδων µπορεί να προκαλέσει τοπική αύξηση της θερµοκρασίας και της πίεσης. Η απουσία αερίου στα έµβρυα σηµαίνει ότι το όριο 30
σπηλαίωσης είναι υψηλό και δεν αποτελεί ουσιαστικό κίνδυνο µε τα συνήθη επίπεδα των διαγνωστικών υπερήχων. γ) Μηχανικές επιδράσεις: Η διάδοση των υπερήχων σε έναν ιστό ασκεί µια δύναµη µε χαµηλή ακτινοβολία σε αυτόν. Η δύναµη αυτή προκαλεί πίεση στην κατεύθυνση της δέσµης των υπερήχων αλλά είναι πολύ ασθενής ακόµη και όταν χρησιµοποιούνται οι υψηλότερες εντάσεις για διαγνωστικούς σκοπούς. 2. Επιδράσεις στο έµβρυο Όσο αφορά τις µηχανικές επιδράσεις δεν υπάρχουν ενδείξεις ότι η σπηλαίωση αποτελεί κίνδυνο κατά την υπερηχογραφία του εµβρύου. Παρόλο που µελέτες σε πειραµατόζωα έδειξαν ότι µπορεί να προκληθεί αιµορραγία από την κίνηση των ιστών που προκαλεί η ακτινοβολία, δεν υπάρχουν στοιχεία ότι κάτι ανάλογο προκαλείται in vivo στο έµβρυο από τους υπερήχους. Η κύρια ανησυχία για την υπερηχογραφική απεικόνιση του εµβρύου είναι η αύξηση της θερµοκρασίας καθώς είναι γνωστό ότι η υπερθερµία είναι τερατογόνος. Οι έρευνες έχουν επικεντρωθεί στον καθορισµό της αύξησης εκείνης της θερµοκρασίας και του χρόνου έκθεσης που µπορούν να προκαλέσουν βιολογικές επιδράσεις έτσι ώστε να οριοθετηθούν τα ασφαλή επίπεδα των υπερήχων. Σε πειραµατόζωα έχει παρατηρηθεί αύξηση της θερµοκρασίας κατά 2.5 ο C στον εγκεφαλικό ιστό µετά από έκθεση 2 λεπτών σε υψηλής έντασης υπερηχογραφία παλµικού Doppler. Σε οστικές επιφάνειες η αύξηση της θερµοκρασίας έφθανε µέχρι τους 5 ο C. Η Παγκόσµια Οµοσπονδία Ασφάλειας των Υπερήχων στην Ιατρική και Βιολογία 12 θεωρεί ασφαλή τη χρήση υπερήχων που προκαλούν αύξηση της θερµοκρασίας µικρότερη από 1.5 ο C. Αντίθετα, η έκθεση σε υπερήχους που προκαλούν αύξηση της θερµοκρασίας µεγαλύτερη από 4 ο C για περισσότερο από 5 λεπτά θεωρείται δυνητικά επικίνδυνη. 3. Επιδηµιολογία Η ανάπτυξη των εµβρύων που εξετέθησαν σε διαφορετικά επίπεδα υπερηχογραφικών εξετάσεων υπήρξε το αντικείµενο πολυάριθµων µελετών. Εργασίες 31
που συνέκριναν τα έµβρυα αυτά µε άλλα που δεν είχαν υποβληθεί σε κάποιο υπερηχογράφηµα δεν διαπίστωσαν διαφορά όσο αφορά το βάρος γέννησης στις δύο οµάδες. Επιπρόσθετα δεν διαπιστώθηκαν προβλήµατα στην ακοή, στην όραση, στη συµπεριφορά ή στη νευρολογική ανάπτυξη που να οφείλονταν στην υπερηχογραφική εξέταση. Σε µεγάλη διασταυρωµένη µελέτη 3200 κυήσεων στις µισές από τις οποίες έγινε υπερηχογράφηµα µεταξύ της 19 ης 32 ης εβδοµάδας, δεν διαπιστώθηκε βραδύτητα στην ανάπτυξη ή στις νευρολογικές λειτουργίες στα παιδιά αυτά σε ηλικία 8-9 ετών 13. Η υπερηχογραφική εξέταση στην περιπτώσεις αυτές περιελάµβανε µόνο B-mode. Σε follow up µελέτη που εξέτασε παιδιά ηλικίας 8 ετών που είχαν υποβληθεί σε πολλαπλά υπερηχογραφήµατα κατά τη διάρκεια της κύησης δεν διαπιστώθηκε καµία διαφορά στην ανάπτυξη, στην οµιλία, στη συµπεριφορά ή στις νευρολογικές λειτουργίες σε σύγκριση µε παιδιά που είχαν υποβληθεί σε ένα µόνο υπερηχογράφηµα 14. Έχουν πάντως διατυπωθεί ανησυχίες ότι οι µέχρι σήµερα επιδηµιολογικές µελέτες δεν αντιπροσωπεύουν τις µεγαλύτερης ισχύος δυνατότητες των σύγχρονων υπερηχογραφικών µηχανηµάτων. 4. Συστάσεις για κλινική εφαρµογή To 1993 ο Αµερικανικός Οργανισµός Τροφίµων και Φαρµάκων (FDA) τροποποίησε τις οδηγίες του για την ασφάλεια των υπερήχων. Οι καινούργιες οδηγίες συνδυάζουν ένα συνολικό όριο 720 mw/cm 2 για όλα τα µηχανήµατα µε σύστηµα ένδειξης της ισχύος παραγωγής που επιτρέπει την αποτελεσµατική και συνετή χρήση των υπερήχων ανάλογα µε την ένδειξη 15. Τα νέα αυτά όρια επιτρέπουν τη χρήση µέχρι και οκταπλάσιας έντασης κατά την υπερηχογραφική εξέταση του εµβρύου. Μεγάλη ευθύνη εναπόκειται στους εξεταστές για την κατανόηση της ισχύς παραγωγής των µηχανηµάτων και τη σωστή χρήση της. Η ένδειξη της ισχύος παραγωγής των µηχανηµάτων βασίζεται σε δύο δείκτες, το µηχανικό δείκτη και το θερµικό δείκτη. Ο µηχανικός δείκτης αφορά το µέγιστο εύρος του παλµού πίεσης στους ιστούς και αντανακλά το σχετικό κίνδυνο για µηχανικές επιδράσεις όπως η σπηλαίωση. Το όριο για το µηχανικό δείκτη είναι 1.9 για όλες τις εφαρµογές εκτός από την οφθαλµολογική (µέγιστο όριο 0.23). Ο θερµικός δείκτης είναι η σχέση της ισχύος που χρησιµοποιείται µε αυτήν που προκαλεί µέγιστη αύξηση της θερµοκρασίας κατά 1 ο C. Καθώς η αύξηση της 32