V. KNAPÍK
Veterinární klinika Medipet, Zlín
Veterinářství 2007;57:671-678.
SOUHRN
Knapík V.Ultrasonografická diagnostika v oftalmologii – část 1. Veterinářství 2007;57:671-678.
Ultrasonografie patří ve veterinární oftalmologii mezi vyšetřovací metody zásadního významu pro diagnostiku a terapii řady onemocnění oka a očnice. Autor v prvním díle sdělení referuje o základech ultrazvukové akustiky s přihlédnutím na oftalmologická specifika, seznamuje se základními typy ultrazvukových přístrojů, sond a zobrazení. Uvádí jednotlivé indikace k ultrasonografickému vyšetření oka a očnice se zřetelem na techniku vyšetření.
SUMMARY
Knapík V. Ultrasonographic diagnostics in ophthalmology – 1. part.Veterinářství 2007;57:671-678.
Ultrasonography belongs in veterinary ophthalmology among examination methods of principle meaning for diagnostics and therapy of many diseases of eye and orbit. In the first part of this study the author deals with essentials of ultrasonic acoustics considering ophthalmology specifity and acquaint with basic types of ultrasonic apparatus, sounds and pictures. Individual indications for ultrasonographic eye examination and orbit with regard to examination techniques are presented too.
Úvod
Historie využití ultrazvuku v lékařství má svůj počátek v 19. století, kdy byla učiněna celá řada základních objevů v této oblasti. Mezi nejvýznamnější patří Jouleův objev magnetostrikce z roku 1846 a objev piezoelektrického jevu bratrů Curieových z roku 1880. V medicíně je využíván ultrazvuk k diagnostickým účelům od čtyřicátých let 20. století. Ultrazvuková diagnostika nachází postupně své uplatnění v neurologii, kardiologii, stává se součástí vyšetření dutiny břišní, cennou vyšetřovací technikou v gynekologii a porodnictví, až posléze nachází své místo v oftalmologii. O využití ultrazvuku v oční medicíně poprvé referují v roce 1956 Huges a Mundt, kteří mimo jiné prokázují mimořádný diagnostický přínos zobrazení A u nitroočních tumorů. Dvourozměrné zobrazení B v reálném čase a imerzní metodu zobrazení zavádějí v oftalmologii Baum a Greenwood koncem padesátých let minulého století. V roce 1972 pak Bronson zavádí kontaktní způsob vyšetření, čímž umožňuje širší využití zobrazení B v oftalmologické praxi. Od té doby se oční ultrasonografie dynamicky rozvíjí a zaujímá přední místo mezi neinvazivními vyšetřovacími metodami, které mají zásadní význam pro diagnostiku a terapii celé řady onemocnění oka a očnice. Nové možnosti v zobrazení předního segmentu oka se otevírají v 90. letech 20. století zavedením vysokofrekvenčního ultrazvukového biomikroskopu umožňujícího in vivo pozorování struktur přední oční komory. Dokonalejší topografické zobrazení oka pak umožňuje trojdimenzionální sonografie.
Fyzikální základy ultrazvukové akustiky
Ultrasonografie je neinvazivní diagnostická technika, pomocí které je možno kvalitativně a kvantitativně hodnotit četné orbitální a intraokulární abnormality.1,2 Je založena na využití ultrazvuku. Ultrazvuk je vysokofrekvenční zvukové vlnění s frekvencemi vyššími než 20kHz. Pro diagnostické účely se v očním lékařství využívá ultrazvuk o frekvenci 8 – 12 MHz. Při těchto vysokých frekvencích vznikají ultrazvukové vlny s vlnovou délkou 150 – 200 m, které dobře pronikající očními a orbitálními strukturami. Ultrazvuková vlna je proces šíření kmitů v pevném, kapalném a plynném prostředí. Podle způsobu pohybu částic prostředí vzhledem ke směru postupu vlny rozlišujeme několik druhů ultrazvukových (UZ) vln. Nejběžnějšími jsou vlny podélné, kdy částice kmitají přímočaře ve směru šíření vlny, přičemž se částice prostředí střídavě zhušťují a zřeďují (obr. 1).
obr. 1
Rychlost šíření ultrazvuku závisí na druhu UZ vln a na prostředí, kterým se šíří. Vodou, která je kompresibilní, se ultrazvuková vlna šíří pomaleji než solidní tkání. Ultrazvuková vlna je vysílána a přijímána elektroakustickým měničem, který přeměňuje elektrickou energii na mechanické vlnění. Prochází tkáněmi a při dopadu na rozhraní dvou médií s rozdílnou akustickou mírou průniku (impedancí) dochází k jejímu odrazu a lomu. Odražená UZ vlna je popisována jako echo. Čím rozdílnější je akustická impedance obou médií, tím větší je reflexe UZ vlny (obr. 2). Rychlost šíření ultrazvuku uvnitř oka je dána akustickou impedancí jednotlivých intraokulárních tkání a struktur. V oku rozlišujeme pět akusticky definovatelných rozhraní (tab.1). V závislosti na očním prostředí se pak UZ vlna v oku šíří různou rychlostí (tab. 2).
tab.1, 2
Limitující je také úhel dopadu UZ vlny na akustické prostředí. Jestliže ultrazvuková vlna dopadá kolmo na akustické prostředí, odražené echo je reflektováno zpět ve směru, odkud byla UZ vlna vyslána. Při šikmém dopadu ultrazvukové vlny na akustickou plochu je akustický signál odkloněn od směru zdroje UZ vlny a výsledné echo je slabší než při kolmém dopadu (obr. 3).
obr. 2, 3
Charakter zpětného echa závisí dále na velikosti, tvaru a hladkosti akustického povrchu. Pokud UZ vlna dopadá na hladký a rovný povrch (např. sítnice), je ultrazvukový signál zcela reflektován zpět ke zdroji a zpětné echo je silné. Jestliže UZ vlna dopadá na konvexní povrch (např. tumor) odchýlí se některá echa od směru svého vzniku a výsledný signál je slabší. Při dopadu UZ vlny na nepravidelný povrch (např. řasnaté těleso) dochází k velkému rozptylu zpětných ech a to i když UZ vlna dopadá kolmo na povrch – výsledné echo je slabé (obr. 4). Různé tkáně tedy vykazují značné rozdíly v interakci ultrazvukových vln. Při průchodu ultrazvukových vln akustickým prostředím dochází k jejich zeslabení. Příčiny útlumu ultrazvukových vln jsou: odraz, lom, ohyb, rozptyl a absorpce. Při přenosu ultrazvukového vlnění do vyšetřované oblasti používáme vhodná akustická vazební prostředí (UZ gely), která vyrovnávají nerovnosti povrchů při styku vyšetřovaného místa a sondy. Tímto je zajištěna minimalizace ztrát při přenosu ultrazvukové energie do prostředí.
obr. 4
Sondy a ultrazvukové přístroje
Základem zobrazovací techniky současných diagnostických přístrojů je impulzní zobrazovací metoda. Ultrazvukové přístroje (obr. 5) založené na tomto principu obsahují následující základní komponenty: sonda, generátor, zesilovač, synchronizátor, zdroj časové základny a obrazovka.
Sonda přeměňuje elektrickou energii na ultrazvukové vlny a vysílá do vyšetřované oblasti krátké ultrazvukové impulzy. V místě akustického rozhraní se část jejich energie odrazí, odražené echo je přijímáno zpět sondou, kde dojde k jeho konverzi na elektrický signál, který je dále zpracován. Odražená echa lze převést ve formě jasově modulovaného obrazu na monitor. V příslušném zobrazení pak lze rekonstruovat dvourozměrný obraz všech tkání, kterými svazek UZ vln prošel. Silná echa se zobrazují na monitoru jako světlé body. Základem sondy je elektroakustický měnič pracující na principu piezoelektrického jevu. Ultrazvukové vlnění vzniká periodickým nabíjením destičky vhodného materiálu např. krystalů křemene, turmarínu, uměle rostlých krystalů lithiumfosfátu nebo barium-titanové piezokeramiky. Vlivem elektrického proudu se materiál smršťuje a rozpíná. Vibracemi krystalu vzniká podélné ultrazvukové vlnění.
Ultrazvukové sondy dělíme na lineární, sektorové, konvexní a mikrokonvexní. V oftalmologii se využívají sondy sektorové, přizpůsobené kontaktnímu nebo imerznímu způsobu vyšetřování s frekvencemi od 8 – 12 Mhz. Pro zobrazení A se používají sondy nefokusované o průměru 5 mm. Pro zobrazení B pak fokusované většinou o průměru piezoelektrického krystalu 10 mm (obr. 6).
obr. 5, 6
Kvalita přístroje je výslednicí jeho rozlišovací schopnosti, citlivostí, parametry výstupního signálu a dynamikou zpracování přijatého echa. Dobrá hloubková i stranová rozlišovací schopnost je nezbytná pro odlišení jednotlivých nitroočních struktur, které jsou od sebe jen málo vzdálené. Citlivost přístroje je dána schopností zobrazit echa s minimální energií. Parametry výstupního signálu jsou voleny tak, aby byla zajištěna vysoká rozlišovací schopnost přístroje. Dynamika zpracování přijatého echa je chápána jako rozdíl mezi maximálním a minimálním echem (tj. rozdíl mezi maximální a minimální amplitudou).. Zobrazit celý rozsah amplitud signálu (asi 120 dB) není z technického hlediska možné. Proto se přistupuje ke kompresi signálu do pásma, vhodného pro všechny prvky systému. Komprese dynamického pásma signálu se dociluje zesilovačem a číslicovým zpracováním signálu.
Jenotlivé ultrazvukové přístroje jsou vybaveny dalšími funkcemi, jejichž rozsah se typově liší. Mezi běžné funkce patří nastavení celkového zisku, akustického zesílení, zmrazení a záznamu obrazu. Echa vracející se po odrazu od vzdálenějších tkání jsou slabší než ta, která se vracejí se po odrazu od tkání uložených v blízkosti povrchu. Tento přirozený akustický útlum se kompenzuje, echa vracející se z větších hloubek musí být zesílena. Kompenzaci zajišťuje tzv. TGC zesilovač (Time Gain Compensation), jehož regulací se dociluje podstatného zlepšení obrazu. Pomocí funkce freeze je možno aktuální obraz zmrazit a následně bez časového omezení detailně prostudovat, označit, změřit nebo archivovat. Ultrazvukové přístroje mohou být vybaveny video výstupem, výstupem na termotiskárnu, foto adaptérem pro přímý záznam z obrazovky nebo kamerou systému Polaroid. Dalšími variantami záznamu a propojení jsou interní disketová mechanika nebo výstup na pevný disk počítače.3-5
Zobrazovací metody
Echa mohou být zobrazena různými způsoby. V oční ultrazvukové diagnostice se nejčastěji setkáváme se zobrazením A a zobrazením B.
Zobrazení A (A-mode, A-scan, A = Amplitude modulated)
Umožňuje jednorozměrný lineární způsob zobrazení ve směru vyslaných ultrazvukových vln. Echa jsou znázorněna jako vertikální odklon od izoelektrické linie. Na izoelektrické linii můžeme odečíst dobu průchodu impulzu. Vzdálenosti amplitud pak odpovídá poměru skutečných vzdáleností tkáňových rozhraní. Výška impulzu dává informaci o velikosti přijímaného akustického tlaku impulzu. Tato metoda zobrazení poskytuje především informace o přítomnosti, velikosti a druhu léze. Mezi výhody zobrazení A patří možnost zobrazení amplitudy a tvaru odraženého signálu, což zvyšuje poskytované informace o charakteru a akustických vlastnostech vyšetřované tkáně. Další předností je možnost přesného měření vyšetřovaných struktur zjištěním vzdáleností mezi příslušnými amplitudami. Echo rohovky většinou splývá se sondou, lze hodnotit echo duhovky, dvě echa čočky (přední a zadní plocha) a tři echa zadního pólu: rozhraní sklivec a sítnice, cévnatky a skléry, skléry a orbity (obr. 7). Obraz A nepodává informace o topografické a tvarové orientaci procesu, v případě tvarově složitějších struktur s množstvím ech vyžaduje jeho analýza značnou zkušenost vyšetřujícího.3,5
obr.7
Zobrazení B (B-mode, B-scan, B = Brightness modulated)
Statický obraz B je řezem vyšetřované oblasti v rovině, která je určena osou ultrazvukového svazku a směrem pohybu sondy. Při tomto způsobu zobrazení výška detekovatelných ech moduluje jas obrazovky. Echa jsou tedy zobrazeny jako body, jejichž světelnost odpovídá energii echa. Výsledný obraz je dvourozměrný (obr. 8). Získaná obrazová informace se zobrazuje metodou odstupňované šedi (GSS, Gray Scale System) se záznamem na monitor.
Jsou-li řezy vyšetřované oblasti zobrazeny v rychlém sledu za sebou, vzniká dynamické zobrazení v reálném čase. Vznik jednotlivých obrazů je podmíněn mechanickým nebo elektronickým vychylováním svazku. Úhel sektorového obrazu je u UZ přístrojů určených k vyšetření oka a očnice mezi hodnotami 45° a 60°. Obrazová frekcence je mezi 10 až 60 snímky za sekundu. Hlavními přednostmi dynamického zobrazení v reálném čase jsou především rychlé a jednoduché ovládání, možnost plynulého sledování pohybu vyšetřovaných struktur, využití zobrazení metodou GSS a možnost zmrazení obrazu. B-scan hodnotí polohu, tvar a velikost vyšetřované struktury a je tedy přínosnou topografickou zobrazovací metodou.3-5
obr. 8
Indikace ultrazvukového vyšetření bulbu a očnice
Indikacemi pro ultrazvukové vyšetření oka jsou neprůhledná oční média, tumory předního a zadního segmentu oka, amoce, ablace, perforující poranění bulbu a abnormality zrakového nervu. Ultrazvukové vyšetření umožňuje bližší rozpoznání změn ve sklivcové dutině, míst vitreoretinálních adhezí a trakčních odchlípení sítnice. Dalšími indikacemi jsou biometrická měření. Sonografii očnice provádíme u změn velikosti a pozice bulbu nebo víček. Cenná je také u bolestivého oka a jeho okolí neznámé etiologie.3,6,7
Jednotlivé indikace k vyšetření oka a očnice uvádí tabulky 3 a 4, jejich příklady jsou pak zobrazeny na obr. 9, 10, 11.
Obr. 9, 10, 11
tabulky 3 a 4,
Vyšetřovací technika
Ultrasonografické vyšetření oka se provádí v topické instilační anestézii. Vhodné je použití krátkodobě působícího lokálního anestetika na bázi 0,4 % oxybuprokainu. U nekooperujících pacientů, při tenkojehelné biopsii nebo výkonech spojených s evakuací cystózních útvarů je vhodné použití sedace nebo krátkodobé celkové anestezie. Vyšetřujeme v místnosti s částečným zatemněním, snažíme se odclonit přímý dopad světelných zdrojů na monitor přístroje a ostatní rušivé vlivy, které by mohly negativně ovlivnit výsledek vyšetření. Důležitá je eliminace elektrických interferencí s jinými elektrickými přístroji, které způsobují echogenní artefakty v obrazu komplikující vyšetření. Optimální vyšetřovací poloha, vzájemný vztah vyšetřujícího, pacienta a přístroje při ultrazvukovém vyšetření oka je znázorněno na obrázku 12.
Oko a orbitu můžeme vyšetřovat transokulárně (obr. 13) nebo transpalpebrálně (obr. 14). Přednost dáváme transokulárnímu způsobu vyšetření, protože při průchodu ultrazvukových vln víčkem dochází k významnému zeslabení ultrazvukového signálu a vyšetřující postrádá potřebnou vizuální kontrolu nad očními pohyby pacienta. Oční bulbus vyšetřujeme kontaktní nebo imerzní metodou. Kontaktní metoda je založena na přímém kontaktu vyšetřující sondy s povrchem oka nebo víčka. Použití ultrazvukového gelu jako vazebného akustického média je zde nezbytné. V případě transpalpebrálního vyšetřovacího přístupu je nutné šetrné vyholení kůže víček. Imerzní metodu využíváme pro vyšetření předního očního segmentu. U těchto vyšetření s výhodou využíváme sklerální předsádky obsahující speciální hmotu, která slouží jako akustické okno, oddaluje povrchové struktury přední oční komory od sondy a výrazně zlepšuje její sonografický obraz. Originální sklerální předsádky lze nahradit váčkem z tenkého latexu naplněného vodou. V současné době je nejvíce rozšířenou vyšetřovací technikou zobrazení B v reálném čase.3,4,6
Obr. 12, 13, 14
Základní vyšetřovací technika – zobrazení B
Základní vyšetření provádíme jak při vysoké tak při nízké hladině intenzit ultrazvukového signálu. Při detekci sklivcových zákalů a velkých lézí na očním pozadí hladinu intenzity UZ signálu zvyšujeme, při detekci plochých lézí intenzitu v dB snižujeme. Rozeznáváme tři základní echografické obrazy: transverzální, longitudinální a axiální. U transverzálního obrazu přikládáme sondu na bulbus paralelně s limbem ve čtyřech základních meridiánech u č. 3, 6, 9 a 12. Sondou pohybujeme od limbu směrem do spojivkového fornixu. Při longitudinálním obrazu přikládáme sondu na bulbus tak, aby značka sondy byla orientována k centru rohovky. Longitudinální obraz dává informaci o předozadním rozsahu léze, což umožňuje trojrozměrné znázornění afekce. Při axiálním obrazu klademe sondu na střed rohovky, takže ultrazvukové vlny procházejí středem čočky a optickým nervem. Axiální obraz je vhodný především k zobrazení vztahu membrán k čočce a papile zrakového nervu.
Fyziologický obraz struktur oka a očnice – zobrazení B
Při použití imerzní metody získáme obraz, který lze přirovnat k histologickému řezu. Je patrná rohovka, přední oční komora, duhovka, čočka, anechogenní sklivec, stěna bulbu a orbitální echogram s výsečí zrakového nervu. Při kontaktním zobrazení rozeznáme na echogramu iniciální echo, čočku, anechogenní sklivec, stěnu bulbu a orbitální echogram s výsečí zrakového nervu. Očnici vyšetřujeme v zobrazení B transokulárním nebo paraokulárním přístupem. Při transokulárním vyšetření očnice se heterogenní orbitální tkáň zobrazuje jako výrazně hyperechogenní struktura. Zrakový nerv se zobrazí jako hypoechogenní oválná výseč v orbitálním echogramu. Při paraokulárním vyšetření orbity se na B echogramu zobrazí pouze vysoce reflektivní orbitální tkáň.3,6,7
Diskuse a závěr
Ultrasonografie je neinvazivní vyšetřovací diagnostická technika, která umožňuje kvalitativní a kvantitativní zhodnocení četných okulárních a orbitálních změn.1,2 Ultrazvukové vyšetření umožňuje zjištění změn i tam, kde je běžnými optickými metodami nelze vyšetřit, dovolí určit charakter změn, určit změny v rozměrech částí oka, determinovat délku očního bulbu a hloubku přední oční komory.6 Indikací k ultrazvukovému vyšetření bulbu jsou především neprůhledná oční média. Typickými indikacemi jsou korneální opacity, hyphema, hypopyon, pupilární okluze, přetrvávající mióza a katarakta. Ultrasonografie umožňuje také bližší rozpoznání změn ve sklivcové dutině, sklivcových zákalů, krvácenin, zánětlivých infiltrací, pruhů a membrán. U opticky transparentních očních médií je indikací k ultrasonografickému vyšetření bulbu každý tumorózní nebo suspektně tumorózní útvar předního a zadního očního segmentu. Echograficky by měl být vyšetřen každý bulbus s opticky prokázanými vitreoretinálními adhezemi, odchlípenou sítnicí nebo ablací cévnatky. Ultrasonografie je nepostradatelná v těch klinických případech, kdy zvažujeme přítomnost cizího tělesa uvnitř bulbu nebo očnice.3,5,6,7 V humánní oftalmologii je echografie využívána také pro měření nitroočních a očnicových vzdáleností v rámci biometrických měření oka a pachymetrie. Ultrazvukové stanovení anterioposteriorní axiální délky oka imerzní metodou se využívá u pacientů před operací katarakty a implantací intraokulární čočky k výpočtu dioptrické síly implantátu. Sonograficky lze také velmi přesně měřit tloušťku rohovky (pachymetrie), hloubku přední oční komory, předozadní průměr čočky a délku anterioposteriorní sklivcové osy.3,5,6
Echa mohou být zpracována různými způsoby. V oftalmologii se nejčastěji používají dva základní systémy: zobrazení A a zobrazení B. Z klinického hlediska je zobrazení A v očním lékařství nepostradatelné pro biometrii a tkáňovou diferenciaci. V současné době je nejvíce rozšířenou vyšetřovací technikou zobrazení B v reálném čase, které poskytuje 2D obraz vyšetřované oblasti. Podává především informace o poloze, tvaru a velikosti abnormality. Je to v současné době nejužitečnější, běžně používaná ultrasonografická technika hodnotící nitrooční a orbitální abnormality u zvířat.8,9
Blízká budoucnost patří bezesporu digitálním zobrazovacím metodám, ke kterým řadíme 3D-ultrasonografii. Lze předpokládat, že dalším zdokonalením si tato a podobné vyšetřovací techniky rozdělí pole působnosti v rychlé, bezbolestné a komfortní diagnostice očních pacientů. Trojdimenzionální sonografie má oproti počítačové tomografii nebo nukleární magnetické rezonanci jisté výhody: neinvazivnost, krátkou dobu vyšetření, vysoký komfort pro pacienta a detailní možnost prostorového zobrazení v několika rovinách současně.
Literatura:
1. Weis R. A., Haik B. G. Advance diagnostic imaging technigues in ophthalmology. Adv Ophtal Plastic Reconstruct Surg 19876:207-263.
2. Morgan R.V. Ultrasonography of retrobulbar diseases of the dog and cat. J Am Anim Hosp Assoc 198925:393-399.
3. Baráková D. Echografie v oftalmologii. Profesional Publishing; Praha, 2002:9-42.
4. Hořejš R., Zelinková G. Abdominální ultrasonografie psa a kočky. Lenka Hořejšová, České Budějovice 2001:13-28.
5. Gelat K. N. Ocular imaging. In: Gelatt K. N., Veterinary ophthalmology 3rd ed. Philadelphia; Lippincott Williams Wilkins, 1999:471-473.
6. Kraus H. Vyšetřovací metody v očním lékařství. In: Kraus H. a kol. Kompendium očního lékařství. Praha Grada Publishing, 1997:33.
7. Karel I. Klinické vyšetření sklivce. In: Hraus H., Karel I., Růžičková E. Oční zákaly, Praha Grada Publishing, 2000:67-68.
8. Dziezyc J., Hager D. A., Millichamp N. J. Two-dimensional real-time ocular ultrasonography in the diagnosis of ocular lesion in dog, J Am Anim Hosp Assoc 1987;23:501-507.
9. Williams J., Wilkie D. A. Ultrasonography of the eye. Comp Cont Ed Vet 1996;18:667-676.
Adresa autora:
MVDr.Vladimír KNAPÍK
Veterinární klinika Medipet
Broučkova 5395
760 01 Zlín
e-mail: vladimirknapik@seznam.cz
