thumb|Trójwymiarowe przedstawienie pracy serca, poprzez złożenie dwóch sekwencji obrazów USG thumb|Pęcherz moczowy (czarny, kształtem podobny do motyla) i prostata thumb|Ultrasonograf-urządzenie do obrazowania metodą USG thumb|Ultrasonografia 3D płodu w 29 tygodniu thumb|Wideo przedstawiające płód w 11 tygodniu ciąży Ultrasonografia, USG – zastosowanie ultradźwięków do badania i obrazowania tkanek w medycynie i weterynarii. Ultrasonografia jest nieinwazyjną, atraumatyczną metodą diagnostyki obrazowej, pozwalającą na uzyskanie obrazu przekroju badanego obiektu. Charakteryzuje się dużą dokładnością: umożliwia wykrywanie w narządach nawet bardzo małych zmian (od 0,1 mm).

Historia Idea ultrasonografu powstała w dziedzinie zgoła innej niż medycyna. Początkowo amerykańscy, rosyjscy oraz niemieccy inżynierowie pracowali równolegle nad sposobem wykrywania wad w metalach. Początki tych badań sięgają czasu pierwszej wojny światowej. Doświadczenia z ultrasonografią mające na celu wykorzystanie jej w diagnostyce medycznej prowadzone były od czasu II wojny światowej. Ultrasonografy wprowadzone zostały do szpitali na przełomie lat 60. i 70. XX wieku (jednym z pierwszych klinicznych zastosowań była diagnostyka płodu)Historia ultrasonografii..

W roku 1951 powstał pierwszy skaner obrazujący badane organy w prezentacji typu B (patrz sekcja Metody prezentacji wyników). Zaczęto wtedy badać guzy sutków, kamienie w pęcherzykach żółciowych oraz nerkach, a także rozpoczęto diagnostykę ultrasonograficzną w położnictwie. Trzy lata później – w 1954 roku Szwedzi I. Edler i H. Hertz zbudowali pierwszy skaner ultrasonograficzny umożliwiający prezentację w trybie M – umożliwiał on zobrazowanie ruchu zastawek serca. Rok później w Japonii przeprowadzono pierwszą analizę ruchu zastawek serca, wykorzystując w badaniu efekt Dopplera.

Pierwszy w Polsce ultrasonograf UG-1 opracował prof. Leszek Filipczyński w 1963 roku.

Zasada działania Aparat ultrasonograficzny w możliwie wielkim uproszczeniu składa się z emitera oraz odbiornika fali ultradźwiękowej. Emiter wysyła falę o określonej częstotliwości w stronę badanego ośrodka, która rozchodząc się w nim, odbija się na granicy ośrodka i wraca do odbiornika. Metoda ta wykorzystuje zjawiska falowe zachodzące dla ultradźwięków rozchodzących się w tkankach, szczególnie odbicia fali na granicy ośrodków. W urządzeniach medycznych przyjmuje się, że prędkość fali we wszystkich tkankach jest jednakowa i równa 1540 m/s (dokładne prędkości w tabelce), co umożliwia określenie odległości do miejsca odbicia fali. Współczynnik odbicia zależny jest od różnicy impedancji ośrodków. W ultrasonografii medycznej wykorzystywane są częstotliwości z zakresu ok. 2–50 MHz. Fala ultradźwiękowa generowana jest oraz przetwarzana w impulsy elektryczne przy użyciu przetworników piezoelektrycznych.

Zjawiskiem niekorzystnym w ultrasonografii jest pochłanianie, rozpraszanie fali oraz niemal całkowite odbicie na granicy ośrodków znacznie różniących się impedancją. Własności ośrodków zależą też od częstotliwości fali, dlatego stosuje się różne częstotliwości. Metoda ma też jednak pewne ograniczenia, fale ultradźwiękowe ulegają praktycznie całkowitemu odbiciu na granicy obszarów wypełnionych gazem (płuca, jelita) oraz kości.

+ Prędkość gęstość i impedancja akustyczna dla wybranych tkanek oraz substancji Ośrodek Prędkość Gęstość Impedancja Tkanka miękka (średnio) 1540 1,06 1,63 Mięśnie 1580–1630 1,07 1,69–1,74 Krew 1570 1,06 1,66 Skóra 1500 1,08 1,63 Ścianka naczynia 1570 1,06 1,66 Tkanka tłuszczowa 1450 0,92 1,38 Nerki 1550 1,04 1,62 Mózg 1540–1560 1,03 1,55–1,66 Wątroba 1560 1,06 1,66 Ciałko szkliste oka 1520 1,00 1,52 Kość czaszki 4000 1,38–1,81 3,775–7,38 Płuca 650–1180 0,3–0,5 0,2–0,6 Woda 1490 1,00 1,49 Gliceryna 1920 1,30 2,50 Powietrze 330 0,0012 0,0004

+ Częstotliwości ultradźwiękowe podczas badania różnych narządów Częstotliwość [MHz] Narządy 2,5 serce, mózg 3,5 wątroba, śledziona 5,0 nerki, trzustka, szkielet 7,5 tarczyca, naczynia, endosonografia 10 oko, sutek, jądra, palce 15 struktury powierzchniowe >20 wewnątrznaczyniowe, skóra

Rozdzielczość Rozdzielczość jest miarą zdolności przyrządu pomiarowego do rozróżnienia położonych blisko siebie punktów. W ultrasonografii rozróżnia się rozdzielczość w kierunku rozchodzenia się fali (rozdzielczość osiowa) oraz prostopadłą do kierunku fali (rozdzielczość poprzeczna).

Rozdzielczość osiowa wynika z możliwości rozróżnienia jako oddzielne impulsy dwóch ech. Głównymi czynnikami wpływającym na rozdzielczość osiową są częstotliwość dźwięku oraz kształt impulsu. Dla głowicy generującej prostokątny impuls, echem jest fala składająca się z fali o dwóch lub trzech cyklach. Sygnały takie od sąsiednich tkanek można odróżnić, jeśli są w odstępie 3 okresów impulsu, co odpowiada 1,5 długości impulsu w tkance. Dla sygnału o częstotliwości 5 MHz daje rozdzielczość 0,45 mm.

Rozdzielczość poprzeczna jest ograniczana jakością urządzenia, jak i warunkami fizycznymi. Propagacja dźwięku w tkankach podlega prawom optyki falowej zjawiska odbicia, załamania, dyfrakcji. Rozpraszanie i pochłanianie zależą od częstotliwości fali. Rozdzielczość urządzania ogranicza dyfrakcja fali dźwiękowej rozchodzącej się w tkankach, im większa częstotliwość tym rozdzielczość dyfrakcyjna jest większa, jednak wzrost częstotliwości zwiększa rozpraszanie i pochłanianie fali, co utrudnia lub wręcz uniemożliwia badanie tkanek położonych głęboko.

Na rozdzielczość poprzeczną wpływ ma przekrój poprzeczny wysyłanej wiązki fal, która jest kształtowana przez układ ogniskowania urządzenia i zazwyczaj zmienia się wraz z głębokością.

Rozdzielczość kontrastowa Rozdzielczość kontrastowa to zdolność aparatury ultrasonograficznej do wytwarzania rozróżnialnych jasnością obrazów tkanek różniących się echogenicznością. Rozdzielczość kontrastowa jest ograniczona przez liczbę poziomów skali szarości. Zależy ona w dużej mierze od rozdzielczości przestrzennej. W przypadku słabej jakości aparatów USG (wąskie pasmo nadawania, długie impulsy oraz szerokie wiązki) nawet zwiększenie skali szarości z minimalnych 16 do maksymalnych 256 stopni, może nie spowodować poprawy jakości obrazu ze względu na niską rozdzielczość kontrastową.

Rozdzielczość czasowa Rozdzielczość czasowa to inaczej szybkość pracy aparatu USG, tzn. liczba niezależnych obrazów rejestrowanych w jednostce czasu. W zależności od liczby użytych linii obrazowych może to być średnio 9 obrazów na sekundę, nawet do ponad 30 obrazów na sekundę.

Ogniskowanie thumb|Rozkład ciśnienia akustycznego w wodzie generowanego przez przetwornik o średnicy 10 mm i promieniu krzywizny 300 mm. Częstotliwość fali 4 MHz. W celu osiągnięcia jak najwyższej rozdzielczości badania stosuje się ogniskowanie wiązki. Sposoby ogniskowania: zbieżna wiązka ultradźwięków może być emitowana przez przetwornik o wklęsłej powierzchni (efekt wklęsłego lustra), zastosowanie soczewki skupiającej.

thumb|Końcówki wykorzystywane podczas badania ultrasonografem: od lewej: fazowa, convex oraz liniowa

Głowice Głowice liniowe Głowica tego typu składa się z dużej liczby (nawet 512) kryształów piezoelektrycznych położonych w jednej linii. W trakcie badania są one aktywowane w grupach. Równoległe wiązki nie powodują deformacji obrazu, jednak utrudniają omijanie innych narządów lub przeszkód takich jak np. gaz w jelitach. Stosowane w badaniach narządów powierzchniowych.

Głowice konweksowe (convex) Zasada działania jak wyżej, jednak kształt głowicy jest zakrzywiony, w związku z czym wiązka ma kształt wachlarza. Dociera w miejsca, do których nie dotrze głowica liniowa.

Głowica sektorowa Ma ona o wiele mniej kryształów aniżeli powyższe głowice. Mniejsza grupa kryształów jest w ciągłej rotacji, co powoduje, że wiązka wysyłana ma kształt promienisty. Z racji małego rozmiaru głowicy jeszcze łatwiej omijać nią przeszkody. Przydatne do obrazowania głęboko położonych struktur.

Przetwarzanie sygnałów w trakcie badania ultrasonograficznego Obróbka wstępna Elektroniczne wzmocnienie odbieranego sygnału, poprawa rozdzielczości czasowej echa.

Obróbka wtórna Poprawa kontrastu pomiędzy słabym a silniejszym sygnałem, która polega na wzmocnieniu mocnego sygnału, a osłabieniu słabego.

Zasięgowa regulacja wzmocnienia TGC (ang. time gain compensation) – sygnał wracający do głowicy później jest wzmacniany bardziej niż wcześniejsze sygnały, co ma na celu wyrównanie sygnału z głębiej położonych struktur w stosunku do tych płytszych.

Cyfrowa obróbka obrazu Rozwój technik cyfrowych umożliwia poprawę jakości otrzymywanych obrazów. Digitalizacja obrazów ultrasonograficznych pozwala również na używanie na nich wielu filtrów, które mogą lepiej uwypuklić wynik badania. Część z technik może być używana wspólnie, wszystko zależy od rejonu i celu badania.

Obrazowanie harmoniczne THI (ang. tissue harmonic imaging) oraz obrazowanie harmoniczne z podaniem ultrasonograficznego środka cieniującego CHI (ang. contrast harmonic imaging) – część fal powracających do głowicy ma tę samą częstotliwość co fala wysyłana, jednak pewna część ma częstotliwość równą wielokrotności fali wysyłanej – jest to związane z nieliniowością ośrodka, w którym przemieszcza się fala.

W obrazowaniu harmonicznym przetwornik wysyła falę o konkretnej częstotliwości, ale odbiornik może odbierać fale o różnych częstotliwościach. Obraz stworzony na podstawie fal o częstotliwościach harmonicznych ma lepszy kontrast, wysoką rozdzielczość przestrzenną oraz ma niski poziom szumu. Ultrasonograficzny środek cieniujący powoduje zwiększenie natężenia fal o częstotliwościach harmonicznych, pozwala na lepsze rozróżnienie naczyń krwionośnych od tkanek.

Ultrasonograficzne obrazowanie fotopowe Technika polega na przetworzeniu w czasie rzeczywistym obrazu w skali szarości na obraz kolorowy, co zwiększa kontrastowość i uwypukla szczegóły.

Ultrasonografia trójwymiarowa Cyfrowe przetwarzanie sygnału z dużą szybkością pozwala na magazynowanie dużej ilości obrazów. Zestaw danych zebrany z głowicy pozwala na rekonstrukcję przestrzenną badanego obszaru na podstawie utworzonych obrazów.

Używanie środków cieniujących (CEUS) Środek cieniujący – zwykle jest to podany dożylnie roztwór mikropęcherzyków gazu (powietrze, fluorek siarki), który silnie odbija falę ultradźwiękową.

Zastosowanie: gastroenterologia, badanie wątroby – w przypadku zmian ogniskowych wątroby neurologia – przezczaszkowe badanie dopplerowskie naczyń mózgowych.

thumb|Wynik badania ultrasonograficznego w trybie prezentacji A thumb|Widok badania ultrasonograficznego wykorzystującego prezentację dwuwymiarową thumb|Widok badania, w którym użyto dwóch prezentacji: B i M

Metody prezentacji wyników Prezentacja A Sposób prezentacji ech ultradźwiękowych oznaczono literą A od skrótu słowa amplituda. Jest to najprostsza metoda rejestracji ech ultradźwiękowych na ekranie np. oscyloskopu. Przetwornik piezoelektryczny wytwarza krótkie impulsy. Echa odbite od narządów leżących w odległości od przetwornika wracają do niego w czasie gdzie to prędkość dźwięku. Wychylenia w pionie występują w miejscach odpowiadających położeniu struktur odbijających falę dźwiękową. Taki sposób prezentacji jest niewystarczający do czytelnego obrazowania głębiej położonych narządów – również w przypadku rozbudowanej tkanki mięśniowej badanie jest utrudnione.

Prezentacja B Echa ultradźwiękowe zamieniane są na plamki w odcieniach szarości na ekranie monitora (16-, 32-, 64-, 128- oraz 256-stopniowa skala szarości). Echo przetwarzane jest na przetworniku na binarną reprezentację. Jasność plamki zależna jest proporcjonalnie od amplitudy echa. Prezentacja B przechowuje zbiór ech i każda plamka jest jednym. Stąd też pochodzi nazwa tej prezentacji – od angielskiego słowa (jasność).

Prezentacja M