Podstawy ultrasonografii w blokadach nerwów obwodowych

Zalety wykorzystania ultrasonografii w anestezjologii regionalnej:

• Blokada pod kontrolą wzroku.
• Możliwość dokładnej lokalizacji nerwów oraz otaczających je struktur.
• Kontrola igły w czasie rzeczywistym.
• Możliwość obserwacji miejsca depozycji leku oraz jego rozprzestrzeniania się w obrębie tkanek.
• Redukcja dawki leku miejscowo znieczulającego.
• Zmniejszone ryzyko wystąpienia LAST.
• Szybszy czas wystąpienia blokady oraz lepsza jej jakość.
• Krótszy czas wykonywania blokady, większy komfort pacjenta.
• Zwiększona skuteczność w porównaniu do blokad wykonywanych pod kontrolą stymulatora nerwów.
• Mniejsze ryzyko nakłucia naczynia.

Podstawy fizyczne:

Ultradźwięki są to fale akustyczne o częstotliwości przekraczającej górny próg słyszalności dla człowieka czyli 20000Hz (20KHz). Ultradźwieki w postaci fali podłużnej rozchodząc się w danym ośrodku powodują drgania jego cząsteczek bez zmiany ich średniego położenia. Falę akustyczną można przedstawić w postaci wykresu gdzie oś x jest osią czasu a oś y jest osią ciśnienia bądź gęstości ośrodka w którym fala się rozchodzi. Podstawowe parametry opisujące falę akustyczną to: częstotliwość fali, długość fali, jej prędkość, natężenie, okres oraz amplituda. Prędkość rozchodzenia się (propagacji) fali ultradźwiękowej jest różna dla różnych mediów biologicznych ale każdy ośrodek ma swoją stałą prędkość propagacji fali (np. tkanki miękkie średnio 1540m/s). Prędkość rozchodzenia się fali zwiększa się wraz ze zwiększeniem sprężystości i maleje wraz ze zwiększeniem gęstości ośrodka. Najmniejsza jest w gazach, średnia w cieczach, największa zaś w ciałach stałych. Prędkość dźwięku można obliczyć poprzez pomnożenie długości fali i jej częstotliwości (f). Z równania tego wynika więc, iż dźwięki o wysokiej częstotliwości mają krótszą długość fali i co za tym idzie mniejszą głębokość penetracji tkanek i odwrotnie. W ultrasonografii najczęściej wykorzystywane są fale od 2,5 do 15MHz.

Ultradźwięki generowane są w głowicy USG dzięki tzw. odwrotnemu efektowi piezoelektrycznemu. Zjawisko to polega na mechanicznej deformacji kryształów piezoelektrycznych umiejscowionych w czole głowicy, pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego (zmiana energii elektrycznej na mechaniczną). Każdy kryształ piezoelektryczny generuje osobną falę ultradźwiękową a suma wszystkich fal ultradźwiękowych powstających w głowicy tworzy wiązkę ultradźwiękową. Fala ultradźwiękowa emitowana przez głowicę rozchodzi się w tkankach, które pochłaniają, rozpraszają, odbijają i załamują czoło fali. Fale odbite zdążają z powrotem ku głowicy gdzie zachodzi zmiana energii mechanicznej na elektryczną (efekt piezoelektryczny). Powstały sygnał elektryczny jest przetwarzany i wyświetlany jako obraz na ekranie. Obraz może być wyświetlany w kilku trybach:

• Prezentacja A (obecnie ma znaczenie historyczne)
• Prezentacja B (obraz 2D wyświetlany w różnych odcieniach szarości) – obecnie najczęściej używany tryb obrazowania
• M-Mode (obrazuje ruch tkanek w czasie, echo serca, USG płuc)
• Color Doppler – technika obrazowania, wykorzystująca efekt Dopplera czyli zmianę częstotliwości fali pod wpływem wzajemnego ruchu źródła hałasu i obserwatora, która służy do obrazowania przepływu krwi. Jeśli źródło (krwinki) poruszają się w kierunku odbiornika (do głowicy) powodują zwiększenie częstotliwości fali odbitej (na ekranie wyświetlane w kolorze czerwonym). Gdy źródło porusza się w kierunku przeciwnym do głowicy, częstotliwość odbitej fali jest mniejsza od rzeczywistej (kolor niebieski).

Fala ultradźwiękowa rozchodząc się w tkankach ulega osłabieniu (atenuacji) pod wpływem następujących zjawisk:

• Absorpcji (konwersja części energii akustycznej w ciepło)
• Odbicia
• Rozproszenia

W tkankach miękkich 80% tłumienia fali ultradźwiękowej spowodowana jest przez zamianę energii mechanicznej na cieplną. Tłumienie fali ultradźwiękowej jest wprost proporcjonalne do drogi, którą fala przebyła, i zwiększa się wraz ze współczynnikiem tłumienia. Współczynnik ten zależy od właściwości fizycznych tkanki miękkiej – jest najmniejszy dla krwi, pośredni dla tłuszczu, największy zaś dla kości. Zwiększa się również wraz ze zwiększeniem częstotliwości fali ultra dźwiękowej. Głowice ultrasonograficzne o mniejszej częstotliwości penetrują więc głębiej niż głowice o dużej częstotliwości.

Parametry optymalizujące obraz:

• W celu kompensacji osłabienia fali ultradźwiękowej możliwe jest wzmocnienie natężenia powracającego echa. Stopień wzmocnienia określamy jako GAIN. Zwiększenie tego parametru spowoduje zwiększenie jasności całego obrazu.

Kliknik na galerię poniżej aby powiekszyć:

• Parametr TGC (Time Gain Compensation) selektywnie wzmacnia natężenie ech powracających z głębszych struktur co w efekcie powoduje rozjaśnienie obrazu w dole ekranu.

Rozdzielczość obrazu:
Rozdzielczość jest to zdolność aparatu USG do odróżnienia dwóch blisko położonych struktur jako osobne. Na rozdzielczość przestrzenną wpływają dwie składowe: rozdzielczość osiowa oraz boczna, które ściśle związane są z częstotliwością fal ultradźwiękowych.

• Rozdzielczość osiowa to zdolność do odróżnienia dwóch struktur położonych równolegle do wiązki ultradźwiękowej jako odrębne. Fale ultradźwiękowe o wysokiej częstotliwości (a więc krótsze) dają obraz o lepszej rozdzielczości osiowej.
• Rozdzielczość boczna to zdolność do odróżnienia dwóch struktur położonych obok siebie, prostopadle do wiązki, jako odrębne. Jest ona bezpośrednio związana z szerokością wiązki i odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości fali ultradźwiękowej. Rozdzielczość boczne jest zwykle dużo gorsza niż osiowa.

Najlepszą rozdzielczość wiązka ultradźwiękowa osiąga w jej najwęższym miejscu czyli tzw. strefie ogniskowania (FZ – focal zone). Strefa ogniskowania najczęściej ustawiana jest automatycznie w środku pola obrazowania. Ważne zatem aby struktury docelowe obrazowane były w pobliżu FZ aby uzyskać jak najlepszą rozdzielczość boczną.

Impedancja akustyczna:
Każda tkanka, w której rozprzestrzenia się fala akustyczna charakteryzuje się tzw. opornością falową (impedancją akustyczną). Jest ona równa iloczynowi gęstości ośrodka i prędkości rozchodzenia się fali dźwiękowej w danym ośrodku. Na pograniczu ośrodków o różnej impedancji akustycznej fale ultradźwiękowe ulegają odbiciu.

Powietrze charakteryzuje się bardzo niską impedancje akustyczną w porównaniu do pozostałych tkanek a więc stopień odbicia fal ultradźwiękowych jest wysoki. Dlatego też ważne jest aby korzystać z odpowiedniej ilości żelu przewodzącego w celu pozbycia się kieszeni powietrznych pomiędzy czołem głowicy a powierzchnią skóry.

Ilość powracających ech po odbiciu na granicy dwóch tkanek o różnej impedancji akustycznej jest  uwarunkowane kątem padania fali a także rodzajem i wielkością danego ośrodka. Od ośrodków o gładkiej powierzchni i znacznie różniących się impedancją, o grubości znacznie przekraczającej długość fali, dźwięk odbija się jak od lustra i powstają tzw. echa zwierciadłowe. Fala ultradźwiękowa padając na taką powierzchnię (przepona, powięzie, naczynia) pod kątem 90 stopni ulega odbiciu prostopadle do powierzchni tkanek (cały sygnał odbity wraca do głowicy). Natomiast gdy kąt padania jest mniejszy niż 90 stopni, kąt odbicia będzie równy kątowi padania a fala odbita podąża w kierunku przeciwnym do kierunku fali padania. W takim przypadku natężenie echa powracającego jest osłabione a obraz jest ciemniejszy. W organizmie ludzkim nie wszystkie  echa powstające po odbiciu fali na granicy ośrodków są echami zwierciadłowymi. Jeśli fala dźwiękowa natrafia na obiekt nieznacznie różniący się impedancją akustyczną, o nierównej powierzchni (narządy miąższowe) czy wymiarach porównywalnych z długością fali ultradźwiękowej lub mniejszych od niej (np. krwinki), dochodzi do rozproszenia fali ultradźwiękowej (powstają tzw. echa rozproszone). Echa rozproszone maja wielokrotnie mniejsze natężenie w porównaniu do ech zwierciadłowych i w odróżnieniu od nich rozchodzą się we wszystkich kierunkach.

Echogeniczność tkanek:
Powracające echa do przetwornika są reprezentowane na ekranie jako pojedyncze punkty w różnych odcieniach szarości, uzależnionych od natężenia ech powracających. Połączenie wszystkich punktów tworzy ostateczny obraz.

• Fala ultradźwiękowa ulegająca silnemu odbiciu powoduje powstanie jasnego obrazu – takie obrazy określamy mianem hiperechogenicznych (kości, przepona, opłucna, powięzie).
• Słabiej odbite fale powodują powstanie obrazów ciemniejszych – hipoechogenicznych (narządy miąższowe)
• Tkanki przez które fale ultradźwiękowe przechodzą bez odbicia nazywamy bezechowymi (anechogenicznymi) i na ekranie reprezentowane są jako czarne punkty (krew, płyn).
• Struktury izoechogeniczne to takie, które kolorem zbliżone są do otaczających tkanek

• Anizotropia czyli zjawisko zmiany echogeniczności w zależności od kąta przyłożenia głowicy (np. nerw udowy, kulszowy)

Nerwy w obrazie USG mogą być hiper-, hipo-, an- lub izoechogeniczne. Najczęściej w odcinku proksymalnym (korzenie, pnie) są to struktury z niewielką ilością tkanki łącznej i w ultrasonografii widoczne jako hipoechogeniczne. Nerwy obwodowe (bardziej dystalnie) zawierają więcej tkanki łącznej i obrazują się jako  hiperechogeniczne bądź przybierają strukturę plastra miodu. Niektóre nerwy jak nerw udowy i kulszowy są szczególnie podatne na anizotropię, dlatego też w  przy ich lokalizacji ważne  jest dobranie właściwego kąta skanowania.

Naczynia krwionośne w obrazie USG najczęściej są bezechowe (czarne, bez refleksów) z charakterystycznym wzmocnieniem akustycznym poniżej. Tętnice zwykle są ciemniejsze od żył, okrągłe w przekroju poprzecznym, nie ulegające kompresji przy ucisku głowicą. Żyły zwykle owalne w przekroju poprzecznym, łatwo zmieniają kształt pod wpływem ucisku.

Mięśnie w obrazie USG są najczęściej hipoechogeniczne i w przekroju poprzecznym dają obraz tzw. rozgwieżdżonego nieba. Omięsna i ścięgna są natomiast hiperechogeniczne.

Kości w obrazie ultrasonograficznym to silnie hiperechogeniczne  linijne struktury z charakterystycznym cieniem akustycznym poniżej, co odróżnia je od innych hiperechogenicznych struktur takich jak opłucna czy powięzie.

Najczęstsze artefakty ultrasonograficzne:

• Wzmocnienie po strukturze bezechowej (hiperechogeniczny obszar widoczny poniżej struktury bezechowej czyli słabo odbijającej ultradźwięki)
• Cień akustyczny (bezechowy obszar położony poniżej struktury silnie odbijającej ultradźwięki, np. cień akustyczny żebra)
• Rewerberacje (powstają gdy część fali ultradźwiękowej powracającej do przetwornika jest ponownie odbijane do pacjenta, przybierają one postać powtarzających się równoległych do siebie hiperechogenicznych linijnych struktur, linia A w USG płuc).

Wybór głowicy:
Wybór prawidłowej głowicy USG jest bardzo ważnym elementem blokady. Typ głowicy, jej częstotliwość i kształt determinuje jakość obrazu. W celu obrazowania nerwów najczęściej używane są głowice liniowe oraz głowice typu convex.

• Głowice liniowe o wysokiej częstotliwości od 7-14MHz najczęściej używane są do obrazowania płytko położonych struktur (większość blokad w obrębie kończyny górnej).
• Do obrazowania struktur położonych głębiej (okolica podobojczykowa, dostęp podpośladkowy) używamy najczęściej głowicy typu convex o mniejszej częstotliwości (5-2MHz) oraz większej głębokości penetracji fal ultradźwiękowych.
• Głowice liniowe o mniejszym czole głowicy (np. typu „hockey”) pomocne bywają w obrazowaniu struktur położonych w trudno dostępnych okolicach dla standardowej wielkości głowicy (np. okolica nadobojczykowa).

Ważne aby pamiętać, iż głowice o wysokiej częstotliwości dają wysoką rozdzielczość obrazu ale mają ograniczoną głębokość penetracji. Natomiast głowice o mniejszej częstotliwości (convex) dają możliwość obrazowania głębiej położonych struktur, kosztem gorszej rozdzielczości obrazu.

Sterylne przygotowanie głowicy:

Orientacja głowicy:
W celu ułatwienia orientacji przestrzennej każda głowica USG wyposażona jest w znacznik na jednej ze stron (najczęściej kropka lub wcięcie), który odpowiada znaczkowi (zwykle kropka lub logo) na monitorze aparatu. Najczęściej znaczek na monitorze położony jest po lewej stronie ekranu (wyjątek badanie Echo gdzie znaczek umieszczany jest zwyczajowo po stronie prawej ).

Płaszczyzny obrazowania:

• Płaszczyzna strzałkowa (głowica wzdłuż osi długiej pacjenta)
• Płaszczyzna czołowa (głowica prostopadle w stosunku do płaszczyzny strzałkowej)
• Płaszczyzna poprzeczna (głowica prostopadle do osi długiej pacjenta)

W celu optymalizacji obrazu najczęściej używamy kilku podstawowych ruchów głowicą USG:

• Sliding – przesuwanie głowicy wzdłuż struktury nerwowej, pozwala odnaleźć najbardziej optymalne miejsce do wykonania blokady („nerve tracing”)
• Rotacja (obrót głowicy w prawo lub lewo powoduje zmianę płaszczyzny obrazowania)
• Tilting (zmiana kąta nachylenia głowicy w osi krótkiej) – pomaga poprawić jakość obrazu poprzez ustawienie wiązki prostopadle do celu (nerw, igła)
• Angling czyli tzw „kątowanie”( pochylanie głowicy w osi długiej)
• Zmiana siły nacisku głowicy – zwiększając nacisk głowicy powodujemy zaciśnięcie naczyń żylnych co pozwala nam na identyfikacje nie ulegających kompresji naczyń tętniczych. Ważne aby w trakcie wykonywania blokady utrzymywać stały nacisk głowicy. Pozwoli to uniknąć niezamierzonego donaczyniowego podania LMZ.

W trakcie skanowania głowicę trzymamy całą dłonią w pobliżu jej dolnego bieguna  a rękę opieramy delikatnie o pacjenta co pomaga w stabilizacji głowicy oraz zapobiega  zmęczeniu w trakcie procedury. Ważne aby wykonywać delikatne ruchy głowicą, zbyt szybkie nie pozwalają na dobrą lokalizację interesujących nas struktur nerwowych.

Technika prowadzenia igły:

In-plane – igła równolegle do długiej osi czoła głowicy:

Zalety:

• Pozwala uwidocznić igłę na całej jej długości

Wady:

• Dłuższa droga igły przez tkanki oraz większa traumatyzacja
• Trudności z utrzymaniem igły w wiązce

Out of plane – igła prostopadle do długiej osi czoła głowicy:

(widoczna tylko końcówka igły w trakcie przechodzenia przez wiązkę – hiperechogeniczna kropka)

Zalety:

• Krótsza droga igły w tkankach oraz mniejsza traumatyzacja

Wady:

• Brak możliwości wizualizacji igły
• Większe ryzyko nakłucia struktur nerwowych oraz powikłań związanych z mechanicznym uszkodzeniem nerwów

 

 Nawigacja igły – Technologia Needle Guidance:

Na rynku dostępne są aparaty ultrasonograficzne (Ezono), które dzięki wykorzystaniu technologii „Needle Guidance”, dają nam możliwość bezpiecznej nawigacji igłą. Dzięki wmontowanym specjalnym elektromagnesom w czole głowicy aparat pozwala na uwidocznienie całej długości igły nawet w przypadku gdy ta  znajduję się poza wiązką ultrasonograficzną (technika in-plane) oraz pewne śledzenie końcówki igły przy wyborze techniki out-of-plane. Technologia ta znacząco ułatwia jak i zwiększa bezpieczeństwo wykonywanych przez nas procedur (blokady nerwów, kaniulacja naczyń).