Ултрасонографија је неинвазивна дијагностичка метода, у хуманој и ветеринарској медицини, заснована на примени ултразвучних таласа, фреквенције изнад фреквенције чујности људског ува. У медицинској дијагностици користи се ултразвук фреквенције између 3 и 10 MHz. У телу се ултразвук првенствено шири лонгитудиналним таласима, код којих честице ткива титрају уздуж смера ширењем таласа. У данашњим медицинским ултразвучним уређајима употребљавају се информације о времену и смеру повратка ултразвука и амплитуди рефлектованог ултразвука од ткива и органа. Остали подаци, попут фазе и угла расејања за сада се не употребљавају, мада су у свету у току истраживања могућности да се и та својства ултразвука употребе за диференцијацију ткива.
Последњих година, ултрасонографија (УС) је постала важна метода дијагностике и процене активности многих виталних делова тела и органа, јер је јефтина и широко доступна великом броју ординација, установа, медицинским и ветеринарским центрима. Она омогућава приказ меких и шупљих органа, крвних судова, тетива, зглобова и параартикуларних структура.Ristić S, Račić. Uloga ultrazvuka u dijagnostici ranog reumatoidnog artritisa. .
Преглед ултразвуком је једноставан, безболан, визуелизира тренутно стање структура (у реалном времену), а пацијент при томе није изложен штетном дејству јонизујућег зрачења, што ултрасонографију, као дијагностичку методу, чини изузетно корисном у дечјем узрасту, чак и више у односу на одраслу популацију.
Разлога за масовну примену ултрасонографија има више, на првом месту је њена нешкодљивост (досад није доказана штетност ултразвука на сисаре), што допушта могућност понављања прегледа без опасности по здравље деце и одраслих особа. Посебан значај ултрасонографија има у ургентним стањима, нарочито код трауматизованих и тешко покретних пацијената.
Историја мини|Откриће пијезоелектричног ефекта од стране Пјера Кирија и његовог брата Пола било је од великог значаја за даљи развој ултрасонографије. мини|Доплеров систем ултрасонографије заснована је на „Доплеровом ефекту“ Кристијана Доплера Први покушаји медицинских стручњака да завире у унутрашњост човековог тела и испитају изглед и стање његових унутрашњих шупљина и канала, отпочели су у првој половини 19. века. Ова прича о развоју примене ултразвука у медицини вероватно би могла да почне са историјом мерења удаљености под водом помоћу звучних таласа (ултразвучног осцилатора-сонара, који је прво коришћен у ратне сврхе и то за откривање подморница). По тој логици ултразвучни скенери, који раде помоћу звучних таласа, могу се посматрати као један облик „медицинског“ ултразвучног осцилатора или сонара, којим се, уместо испитивања водом испуњених шупљина, испитује изглед и стање унутрашњих шупљина и канала човековог организма.
Веома високе фреквенције звучних таласа, изнад граница људског слуха, открио је енглески научник Френсис Галтон 1876. године, проналаском звиждаљке за псе са константном звучном фреквенцијом, назване по њему „Галтонова звиждањака“.
За даља изучавања високофреквентног ултразвука заслужан је италијански биолог Лазаро Спаланзани. Он је ове особине звучних таласа спознао 1794. код слепих мишева који су летели прецизно у мраку користећи ехо-рефлексију звучних таласа високе фреквенције (нечујни звук). На основу ових сазнања током 1826. швајцарски физичар Жан-Данијел Колдон успешно је користио „подводно звоно“ да одреди брзину звука у водама Женевског језера. мини|Ултразвучни апарат из 1972.
У касним 1880-им, физичари су радили у правцу дефинисања основних закона физике звучних вибрација (таласа), њиховог преноса, простирања и преламања. Један од њих био је лорд Рејли, у Енглеској, који је у чувеном трактату „The Theory of Sound“, објављеном 1877, први описао звучни талас као математичку једначину, и тиме поставио основе будућег практичног рада у акустици.
Током 1880. године Пјер Кири и његов брат Пол-Жак (Pierre и Paul-Jacques Curie) открили су пијезоелектрични ефекат кристала кварца, што ће касније чинити основу за даљи развој и примену ултразвука. Међутим, практична примена овог њиховог открића није било могуће све до развоја електронског осцилатора с почетка 20. века, или тачније до 1917. године, када је Ланжевен, служећи се инверзним пијезоелектричним ефектом и применом овог принципа, конструисао први ултразвучни осцилатор, на основу којег ће се касније правити и први ултразвучни уређаји за медицинску примену.
Биолошко деловање ултразвука открили су Вуд и Ломис 1927. године, који су доказали да разлагање еритроцита и смањење покретљивости мишева може настати након излагања ултразвучним таласима високе фреквенције (300 kHz) и високог интензитета. Такође они су 1927. објавили да одређена јачина ултразвука убија жабе и змије за један минут.
Терапијска примена ултразвука почела је 1928. године, али су први резултати објављени тек 1939. године, у радовима о некрози ткива бубрега код зеца, хемолизом еритроцита in vitro (примењена доза била је 2 W/cm², а фреквенција 1 MHz).Levine, H., III. (2010). Medical Imaging. Santa Barbara, California: ABC-CLIO, LLC., p. 62, describing earlier not completely successful attempt by the brothers to image a brain in 1937, which may be the same experiment
Ултразвучна енергија, у медицинске сврхе, први пут је примењена од стране др Џорџа Лудвига () са Морнаричког института за медицинска истраживања, Бетесда (Мериленд) крајем 1940. године.History of the AIUM. Archived from the original on November 3, 2005. Приступљено November 15, 2005.
Године 1942. Лин и Путнам успешно су применили ултразвучне таласе у лечењу болести мозга код животиња. Након краниотомије Wiliam Fry и Russell Mayers су ултразвуком уништили делове базалних ганглија код пацијента који је боловао од Паркинсонове болести.
Енглез рођен и школован у САД, Џон Вилд () први је употребио ултразвук за процену дебљине цревног ткива 1949. На основу Вилдових раних објављених радова о ултразвуку он се често назива и оцем дијагностичке ултрасонографије у медицини.
Даљем развоју клиничке примене ултразвука допринео је и Raimar Pohlman који је од 1938. године непрестано развијао клиничку примену ултразвука у једном институту у Берлину. Резултате свога рада Raimar је 1951. детаљно приказо у књизи која је објединила његов рад и рад његових сарадника на пољу физике и примене ултразвука у медицинске сврхе.
Следила је све масовнија примена ултразвучне терапије у медицини, од стране: Buchatala (1952) у Немачкој и Kuiwert-а i Harr-а 1955. године у САД. In vivo или in vitro 50-их година 20. века вршени су експерименти код карцинома јетре, простате и дојке.
Године 1962, након двогодишњег упорног рада, Џозеф Холмс, Вилијам Рајт и Ралф Мајердик развили су први контактни Б-мод скенер. Њихов рад је подржан од стране и Универзитета у Колораду. Рајт и Мајердик су убрзо напустили универзитет како би формирали компанију , која је покренула производњу првог комерцијалног преносног контактног Б-мод скенера 1963. године. То је био почетак масовне примене најпопуларнијег ултразвучног скенера.
Физика звука Таласно кретање Таласно кретање је поремећај или осцилација која преноси енергију кроз одређену средину, без транспорта неке супстанце. У физици таласног кретања разликујемо електромагнетне и механичке таласе: Електромагнетни таласи су таласи за чије простирање није потребна материјална средина, јер представљају промену електричног поља које је праћено променом магнетног поља. У електромагнетне таласе спадају: светлосни таласи, радиоталаси, ултраљубичасти и инфрацрвени таласи. Механички таласи настају преношењем осцилација са једне на другу честицу у одређеном ритму и они изазивају промене у материјалној средини (вода, ваздух и чврста тела).
Механички таласи настају преношењем осцилација са једне на другу честицу у одређеном правцу. Они могу бити: Лонгитудинални - уколико се правац осциловања честица поклапа са правцем простирања таласа Трансверзални - ако је осциловање честица вертикално на правац простирања таласа. Ова врста таласа простире се само кроз чврста тела.
Према начину кретања кроз одређену средину талас се може јавити као: Пулсни талас - који се као изоловани поремећај, у виду пулса, креће кроз неку средину Континуирани талас - који се периодично простире у току неког времена (тј. континуирани таласи се периодично понављају у простору и времену).
Звучни таласи Звучни таласи представљају механичке лонгитудиналне таласе. Они се простиру кроз све средине (чврсту, течну и гасовиту). Људско уво у стању је да региструје звучне таласе чији је фреквентни опсег 20-20.000 Hz. Испод овог опсега (<20 Hz) звучни таласи припадају области инфразвука. Таласи изнад фреквентног опсега за људско уво (>20.000 Hz) припадају области ултразвука.Stanković, Slobodanka. Fizika ljudskog organizma. Novi Sad: Univerzitet u Novom Sadu, 2006
Ултразвучни таласи Карактеристика ултразвучних таласа је велика енергија, која расте са порастом фреквенције. Како се кроз материјалну средину звук шири предајом механичке енергије од честице до честице, то за последицу има настајање осциловања честица око њиховог равнотежног положаја.
За медицину је од посебног значаја лонгитудинални начин ширења таласа, јер се у меким ткивима таласи углавном шире на тај начин. Током интеракције ултразвучних таласа са средином кроз коју пролазе настају различити ефекти: рефлексија, трансмисија и расејања ултразвучних таласа.
Сноп ултразвучног таласа који се шаље ка унутрашњости тела ограничен је како по ширини тако и по дубини продирања. Делови организма кроз које се талас простире не представљају идеалну материјалну средину и зато апсорбују само део ултразвучне енергије. То су позитивни ефекти ултразвука који се могу користити у ултразвучној терапији.
При проласку ултразвука кроз хомогену средину долази до слабљења његовог интензитета, који се карактерише коефицијентом атенуације и одвија се по експоненцијалном закону. При ширењу ултразвучног снопа, његовом дивергенцијом, долази до прерасподеле енергије, од центра ка периферији, што доводи до слабљења ултразвучног снопа по централној оси. За тачкасти извор, интензитет опада са квадратом растојања. Ако се у средини кроз коју се креће ултразвучни талас налази и нека нехомогеност, долази до расејавања снопа, што додатно слаби његов интензитет и утиче на квалитет фокусирања у ткивима.Stanković, Slobodanka. Fizika i tehnika ultrazvuka - skripta. Novi Sad: Departman za fiziku, 2005.
Током кретања ултразвука кроз хомогену средину долази до слабљења његовог интензитета, који се карактерише коефицијентом атенуације α (по експоненцијалном закону). Већи коефицијент атенуације резултује већим слабљењем ултразвука, односно његов домет је мањи. Такође домет ултразвука зависи и од учесталости или фреквенције. Ултразвук веће фреквенције више се апсорбује и домет му је мањи. Апсорпција у меким ткивима расте приближно линеарно са фреквенцијом у области од 0,5 до 10 MHz. + Табела 1:Средина Брзина звука у m/s Учесталост у kg/m²s Густина у kg/m³Ваздух 340 410 1,2Маст (вода)Мозак (мишићи) 1500 1,5·106 1000Кост (компактна) 3600 6·106 1700 У дијагностичкој ултрасонографији ове вредности параметара звука су заједничке: Фреквенција ултразвука: Просечни интензитет: Средња вредност притиска (у поређењу са нормалним притиском): .
Доплеров ефекат мини|Доплеров ефекат: фреквенција таласа је већа у смеру кретања емитера. мини|Примена Доплеровог ефеката у праћењу еритроцита у покрету Доплеров ефекат назван је тако по научнику који је овај ефекат описао. Доплеров ефекат је појава да услед релативног кретања пријемника или извора таласа долази до мењања фреквенције таласа. Ако се пријемник и предајник крећу један ка другом (или се приближавају), фреквенција се помера навише (расте), а ако се пријемник и предајник крећу један од другог (или се удаљавају), фреквенција се помера наниже (опада).
Разлика емитоване и примљене фреквенције назива се Доплерово померање, и управо је пропорционална брзини приближавања или удаљавања предајника и пријемника.