מערכות אולטרסאונד - ראיית הבלתי נראה באמצעות גלי קול

טכנולוגיית האולטרסאונד המודרנית שינתה את תחום ההדמיה הרפואית מתמונות אנטומיות סטטיות להערכות תפקודיות דינמיות, והכל ללא קרינה מייננת. מאמר זה בוחן את הפיזיקה, היישומים הקליניים והחידושים המתקדמים באולטרסאונד אבחוני.

עקרונות פיזיקליים
אולטרסאונד רפואי פועל בתדרים של 2-18 מגה-הרץ. האפקט הפיאזואלקטרי ממיר אנרגיה חשמלית לתנודות מכניות במתמר. פיצוי הגבר-זמן (TGC) מתאים את התחושה בהתאם לעומק (0.5-1 dB/cm/MHz). הרזולוציה הצירית תלויה באורך הגל (λ = c/f), בעוד שהרזולוציה הצידית קשורה לרוחב הקרן.

ציר זמן של אבולוציה

• 1942: היישום הרפואי הראשון של קרל דוסיק (הדמיית מוח)
• 1958: איאן דונלד פיתח אולטרסאונד מיילדותי
• 1976: ממירים אנלוגיים לסריקה מאפשרים הדמיה בגווני אפור
• 1983: דופלר צבעוני הוצג על ידי נמקווה וקסאי
• 2012: ה-FDA מאשר את המכשירים הראשונים בגודל כיס

שיטות קליניות

1. מצב B
   הדמיה בסיסית בגווני אפור עם רזולוציה מרחבית עד 0.1 מ"מ
2. טכניקות דופלר

• דופלר צבעוני: מיפוי מהירות (גבול נייקוויסט 0.5-2 מטר/שנייה)
• דופלר הספק: רגיש פי 3-5 לזרימה איטית
• דופלר ספקטרלי: מכמת את חומרת ההיצרות (יחסי PSV >2 מצביעים על היצרות של >50% בקרוטיד)

3. טכניקות מתקדמות

• אלסטוגרפיה (נוקשות כבד >7.1kPa מצביעה על פיברוזיס F2)
• אולטרסאונד משופר עם חומר ניגוד (מיקרובובלס SonoVue)
• הדמיה תלת-ממדית/ארבע-ממדית (Voluson E10 משיגה רזולוציית ווקסל של 0.3 מ"מ)

יישומים מתפתחים

• אולטרסאונד ממוקד (FUS)
  • אבלציה תרמית (85% הישרדות של 3 שנים ברעד חיוני)
  • פתיחת מחסום הדם-מוח לטיפול באלצהיימר
• אולטרסאונד נקודתי (POCUS)
  • בדיקה מהירה (רגישות של 98% להדם פריטוניאום)
  • קווי B של אולטרסאונד ריאות (דיוק של 93% לבצקת ריאות)

גבולות החדשנות

1. טכנולוגיית CMUT
   מתמרים אולטרסאונדים קיבוליים המעובדים במיקרו-מכונים מאפשרים רוחב פס רחב במיוחד (3-18 מגה-הרץ) עם רוחב פס חלקי של 40%.
2. שילוב בינה מלאכותית

• סמסונג S-Shearwave מספקת מדידות אלסטוגרפיה מונחית בינה מלאכותית
• חישוב אוטומטי של EF מראה מתאם של 0.92 עם MRI לבבי

3. מהפכת כף היד
   ה-Butterfly iQ+ משתמש ב-9000 רכיבי MEMS בעיצוב שבב יחיד, במשקל של 205 גרם בלבד.
4. יישומים טיפוליים
   היסטוטרפסיה מבצעת אבלציה לא פולשנית של גידולים באמצעות קוויטציה אקוסטית (ניסויים קליניים לסרטן כבד).

אתגרים טכניים

• תיקון סטיית פאזה בחולים שמנים
• עומק חדירה מוגבל (15 ס"מ ב-3 מגה-הרץ)
• אלגוריתמים להפחתת רעש מנוקד
• מכשולים רגולטוריים עבור מערכות אבחון מבוססות בינה מלאכותית

שוק האולטרסאונד העולמי (8.5 מיליארד דולר בשנת 2023) עובר עיצוב מחדש על ידי מערכות ניידות, המהוות כיום 35% מהמכירות. עם טכנולוגיות מתפתחות כמו הדמיה ברזולוציה גבוהה (הדמיה של כלי דם בגודל 50 מיקרון) וטכניקות רינדור עצבי, אולטרסאונד ממשיך להגדיר מחדש את גבולות האבחון הלא פולשני.