Nye muligheter ved medisinsk ultralydavbildning

Table of Contents

Medisinsk ultralyd er i dag et viktig verktøy i den kliniske hverdagen for å undersøke anatomiske forhold samt funksjonelle forhold som blodhastigheter. Ved intravenøs injeksjon av ultralyd kontrastmidler i form av mikrogassbobler er det også mulig å få informasjon om mikrosirkulasjon og perfusjon i vevet. Disse kontrastboblene har vist seg å være spesielt effektive for å oppdage og differensiere ulike patologiske endringer i leveren. Kontrastboblene er altså gass innkapslet i et tynt skall, og det jobbes nasjonalt og internasjonalt med å modifisere dette skallet for å skape målsøkende kontrastbobler som selektivt fester seg til ønskede reseptorer og som eksempelvis muliggjør tidlig og robust diagnose av sykdommer som kreft og aterosklerose i ultralydegnede organ.

Med konvensjonelle ultralyd avbildningmetoder ser man i dag noen viktige begrensninger, der avbildningsmetoden og interaksjonen mellom lydbølgene og vevet vil begrense bildekvaliteten. Et problem er multiple ekko, eller pulsreverberasjoner, lyd som reflekteres mer enn en gang og som typisk oppstår mellom ultralydproben og sterke muskel-fett reflektorer i kroppsveggen. Disse multiple ekkoene legger seg som en additiv støy over ultralydbildet og er spesielt problematiske ved avbildning av hypo-ekkoiske objekter som cyster, hjertekavitetene eller store blodkar. Denne type støy reduserer kontrastoppløsningen, evnen til å avbilde og skille sterke og svake objekter, i ultralydbildet og er delvis ansvarlig for den variasjonen man ser i bildekvalitet mellom ulike individer ved utvendig avbildning for eksempel innenfor hjerte- og fosterdiagnostikk. I en del situasjoner vil det også selv ved fravær av støy fra multiple ekko være liten eller ingen bildekontrast mellom patologisk vev og normalt vev. Ett eksempel er prostata hvor selve kjertelen avbildes godt ved transrektal avbildning, men hvor det er vanskelig både å oppdage og differensiere tumorer.

De siste 10 årene har det primært vært et teknologisk fokus på overgangen fra analog til digital teknologi og miniatyrisering av ultralydmaskinen samt på 3-dimensjonal volumavbildning. Det er også omlag 10 år siden andreharmonisk avbildning ble tatt i bruk klinisk. Dette er en teknikk der man lytter på et frekvensbånd omkring det dobbelte av det som sendes ut fra ultralydproben. Teknologien ble i utgangspunktet utviket for å avbilde ultralyd kontrastbobler, men det viste seg etter hvert at teknikken hadde en del fordeler også ved vevsavbildning uten bruk av kontrastmidler. Den viktigste gevinsten ved bruk av andreharmonisk vevsavbildning er trolig en reduksjon av multiple ekko, eller puls reverberasjoner, i forhold til ved fundamentalavbildning. Pulsinversjon er en type andreharmonisk avbildning der man i stedet for RF-filtrering i rask-tid (dybde-tid) benytter filtrering i sakte-tid (puls-til-puls) for bedre undertrykking av det mottatte signalet i fundamentalbåndet.

Med bakgrunn i begrensninger ved dagens ultralyd avbilningsteknologi jobber ultralydmiljøet i Trondheim med utvikling av en ny avbildningsteknologi som i større grad utnytter ulineære akustiske forhold i vev og ultralyd kontrastbobler. Den nye teknologien, som har fått navnet SURF-avbildning, har blitt utviklet over lengre tid og implementeres nå i en andre prototyp ultralyd forskningsmaskin for grundig klinisk uttesting. Initielle in vitro og in vivo resultater med en første prototyp ultralydmaskin har vært lovende.

Nederste panel i [Figur 1] viser et pulskompleks som kan brukes med SURF-teknologien bestående av en høyfrekvent avbildningspuls (blå) som surfer på en lavfrekvent manipulasjonspuls (rød). I øverste panel er vist en konvensjonell ultralydpuls for sammenligning. Manipulasjonspulsen vil påvirke både forover bølgepropagasjon for avbildningspulsen samt ekkoene/refleksjonene fra avbildningspulsen. Ved å benytte ulike variasjoner og kombinasjoner av pulskomplekser kan man danne forbedrede konvensjonelle gråtone- og tøyningsbilder med undertrykking av støy fra multiple ekko. Det er også mulig å danne nye ulineære bilder for robust deteksjon av kontrastbobler eller med mulighet for avbildning av mikrokalsifiseringer eksempelvis ved brystforandringer.

Figur 1 Konvensjonell avbildningspuls, øverste panel, og SURF pulskompleks, nederste panel.

[Figur 2] viser den første ultralydproben som har blitt designet og produsert for å kunne sende ut de to pulsene som et typisk SURF pulskompleks består av gjennom samme stråleflate. Denne nye proben har en senterfrekvens rundt 10 MHz for avbildningspulsen og rundt 1.2 MHz for manipulasjonspulsen. Proben vil i første omgang testes ut på carotis, thyroidea og bryst, men vil også kunne anvendes ved grunn abdominalavbildning.

Figur 2 Ny probe for utsendelse av SURF

I [Figur 3] er avbildet den andre prototyp ultralydmaskinen som den nye teknologien nå implementeres på. Utgangspunktet er en forskningsmaskin fra Ultrasonix som modifiseres med hardware og software for å tillate SURF-avbildning. Det antas at det nye avbildningssystemet er klart for klinisk uttesting høsten 2008.

Figur 3 Modifisert ultralydmaskin for klinisk uttesting av SURF-teknologien.

Av Rune Hansen, forsker, Avdeling for Medisinsk Teknologi ved SINTEF Helse / Institutt for Sirkulasjon og Bildediagnostikk ved NTNU, Trondheim.

Styret i NFUD:

Torbjørn Moe Eggebø (leder), Hilde Berner Hammer (sekretær), Jouko Pirhonen (kasserer), Jörg Geisler, Roald Flesland Havre, Liv Øyen, Rune Hansen, Knut Bakke (varamann), Claudia Heien (varamann) Web-adresse: www.nfud.no