Přístroje založené na ultrazvuku si už dávno našly svou cestu do nejrůznějších oborů lidské činnosti. Svou každodenní práci si bez něj nedokážou představit zejména inženýři, technici, ale také lékaři. Švýcarští a izraelští odborníci nedávno provedli první ultrazvukové operace mozku. Bez jediného říznutí.
Po většinu dosavadní historie lékařské profese byla jasná jedna věc – bez nepříjemností není uzdravení. V případě nejrůznějších problémů skrytých uvnitř organismu je častou cenou za uzdravení nutnost provést poměrně drastický zákrok do organismu – operaci. S postupem moderních technologií zažívají v posledních dvou desítkách let velký rozkvět takzvané neinvazní metody, tedy takové, které pacienta nijak nepoškozují. Zatím byly užívány především k diagnostice (výpočetní tomografie, magnetická rezonance, elektroencefalograf, ultrazvuk atd.). Výhody neinvazních metod jsou však natolik lákavé, že se je technici ve spolupráci s lékaři snaží čím dál častěji využívat i pro přímé léčení. Obzvláště lákavá je kombinace magnetické rezonance se zacíleným ultrazvukovým vlněním. Nedávno publikované výsledky společné práce švýcarských a izraelských vědců naznačují, že se ultrazvuk nejspíš chystá vydat na své další vítězné tažení světem medicíny.
Když se řekne ultrazvuk
Ultrazvuk není stejně jako jakýkoliv jiný zvuk (?chybělo slovo!)) vlastně ničím jiným, než vysokofrekvenčním mechanickým vlněním nějakého média, které může být v jakémkoliv fyzikálním skupenství. Aby splňoval definici a mohl si tak vysloužit předponu „ultra“, musí mít frekvenci mimimálně 20 kHz. Tato předpona má velmi prostý původ. Neoznačuje vlastně žádnou konkrétní vlastnost vlnění, ale pouze to, že jej nedokáže vnímat naše ucho (to vnímá zhruba v rozmezí 20–20 000 Hz). Existuje však přirozeně velké množství organismů, které dokážou vnímat zvuky i na této frekvenci. Některé (např. netopýři, rejskové, delfíni a další) se s nimi dokonce naučili systematicky pracovat a užívají je pro svou orientaci v prostoru, tzv. echolokaci. A proč si řada echolokátorů oblíbila právě vlnění o vysokých frekvencích? Ultrazvuk má totiž přece jen několik výjimečných vlastností, které běžný zvuk nemá. Díky své vyšší frekvenci je méně ovlivněn ohybem a je méně pohlcován kapalnými a pevnými látkami. Proto se také dobře odráží od překážek či potenciální kořisti. Lidé se podobně jako zvířata postupně naučili využívat právě tyto vlastnosti vysokofrekvenčního vlnění.
Ultrazvuk a jeho tažení medicínou
Když se dnes řekne ultrazvuk, první asociací většiny z nás nejspíš nebude netopýr, ale návštěva některého z lékařských zařízení. Přístroje na bázi ultrazvuku totiž najdeme v řadě nejrůznějších lékařských zařízení. Tím úplně nejznámějším je nejspíše lékařská sonografie, s jejíž pomocí lze nahlédnout do vnitřku lidského těla (viz rámeček). Ultrazvuk ale pomáhá i v mnoha jiných oblastech. Stále častě se objevuje například v rukou dentistů, kteří jej užívají k bělení zubů. Možnosti zasahovat jeho prostřednictvím uvnitř organismu bez nutnosti řezání se chopili lékaři, kteří musí čelit problému tvorby kamenů např. ve žlučníku či ledvinách. O způsobu využívání ultrazvuku pro tyto účely dost napoví už samotný překlad názvu metody. Litotripse, jak se tomuto postupu říká, znamená řecky doslova „drcení kamenů“. Struktura kamene se při tomto postupu naruší mnohonásobným atakem ultrazvukových vln. Velmi podobný princip se uplatňuje při ještě subtilnějších zásazích – operacích očních čoček kvůli odstranění šedého zákalu (katarakty). Během operace se zakalené jádro čočky prostřednictvím ultrazvuku rozmělní s následně vysaje. Ke zcela nedávným objevům patří i zvláštní účinky ultrazvuku na růst kostí, ženy zase čím dál častěji využívají ultrazvuk kvůli jeho schopnosti ničit tukové buňky. Výčet uplatnění ultrazvuku v medicíně zdaleka nekončí.
HIFU se představuje
HIFU je jen dalším z tisíců zkratkových slov, kterými oplývá dnešní věda a medicína obzvláště. V angličtině, z níž zkratka pochází, nahrazuje slovní spojení „vysoce intenzivní zacílený ultrazvuk“ (high intensity focused ultrasound). Tato zařízení využívají podstatně nižší frekvence než například lékařská monografie – pohybuje se zhruba v rozmezí 250–2000 kHz. Jejich primárním účelem totiž není pozorovat, ale likvidovat. A jak se vlastně něco takového může podařit pomocí pouhého zvuku? Tkáň, k jejíž likvidaci jsou určeny, nedrtí jako kameny, ale usmrcují tím, že patřičná místa přehřejí. Během šíření mechanické vlny je její akustická energie tkání částečně absorbována a přeměněna v jinou formu energie – v teplo. Když se podaří soustředit mnoho ultrazvukových paprsků na jedno místo, může se zahřát až na teplotu mezi 65–85 0C. Buňky postižené tkáně také zahynou, odborně řečeno dojde k tzv. koagulační nekróze. V mozkové tkáni, kde je každičký milimetr velmi důležitý, musí být soustředěný ultrazvukový paprsek velmi přesně naváděn. Když si HIFU podá ruku s diagnostickou metodou, která dokáže rozpoznat postižené místo s přesností na 1 mm, magnetickou rezonancí (MR), vznikne takřka dokonalý přístroj, známý pod zkratkou MRgFUS. Možnostmi této mnohoslibné technologie se dnes zabývají především v americké Virginii, ale i ve Francii, Izraeli a Švýcarsku.
S HIFU-kanonem na nádory!
Pro aplikaci zacíleného ultrazvuku na nejrůznější poškozené tkáně v těle nejsou zdaleka všechna místa stejně vhodná. Ideálním prvním cílem pro ultrazvukové „vypalovací lupy“ proto byly oblasti, které jsou relativně snadno přístupné, přímo nesousedí s žádným dalším orgánem nezbytným pro život a samy nejsou příliš nebezpečné. Takřka dokonalým průnikem všech těchto kritérií jsou benigní (nezhoubné) nádory, které sice nejsou smrtelné, bez včasného nalezení a odstranění však mohou svému nositeli výrazně zkomplikovat život. To je i případ myomů, vyskytujících se na dělohách žen ve středním a pozdním věku. Samy o sobě příliš velkou paseku nenadělají, ale co když si žena středního věku například vymyslí, že chce otěhotnět? V takových případech mohou být myomy skutečně zásadní překážkou. Léčba prostřednictvím HIFU, kterou americký Úřad pro potraviny a omamné látky (FDA) schválil již v roce 2004, umožní ženám operaci a návrat do normálního života během dvou dnů. Z ultrazvukové technologie však nemusí nutně těžit pouze ženy. V nemocnici Edouarda Herriota ve francouzském Lyonu zase tým prof. F. J. Murata už v roce 2006 prokázal, že jejich přístroj Ablatherm, založený na technologii HIFU, dokáže velmi efektivně likvidovat nádory mužské prostaty.
Nová naděje z Curychu
Jedním z posledních a nejzajímavějších výhonků technologie HIFU je přístroj sestrojený mezinárodní firmou InSightec, která je řízena ze sídla v izraelského Haifě. Izraelští konstruktéři si chtěli troufnout na tkáně, skryté uvnitř lebky. Aby se jim podařilo ultrazvuk „propasovat“ skrze lebeční kosti, museli do přístroje přidat chladicí jednotku, která lebku ochlazovala. S použitím této technologie se tým lékařů z univerzitní nemocnice v Curychu pod vedením Ernsta Martina pokusil vyléčit 9 pacientů s chronickou bolestí, způsobenou např. mechanickým poraněním nervů nebo pásovým oparem, které se nedají léčit žádnými léky. Pro úspěšnou pomoc pacientům je třeba odejmout z jejich thalamu, tedy části mezimozku který napomáhá přenosu signálu mezi různými oblastmi mozku drobný kousek tkáně. „Operace“ pomocí ultrazvuku probíhala bez anestezie. „Pacienti mluvili o několika sekundách pálení či motání hlavy. Jeden z nich si v okamžiku, kdy se tkáň zahřívala, stěžoval na mírnou bolest hlavy. Žádný z nich však neprožil žádný významnější vedlejší efekt,“ raduje se nad hladkým průběhem akce Ernst Martin. V současné době se přístroj firmy InSightec testuje na dalších pěti místech na světě. Vědci plánují, že touto cestou by se mohla v budoucnu léčit nejen Parkinsonova choroba, ale i epilepsie a zejména mozkové nádory.
Pohled zvukem do nitra organismu
Vyšetření prostřednictvím ultrazvuku se v posledních dvou desetiletích stalo jednou z nejběžnějších a zároveň nejdůležitějších diagnostických metod. Je totiž nejen poměrně přesné a vhodné pro měkké tkáně, ale především zdravotně nezávadné. A jak je vůbec možné, že nám zvuk dokáže vykreslit například obrázek našeho budoucího potomka? Vidění skrz živé tělo používá vlastně velmi podobné principy jako echolokující zvířata. Pro účely vyšetřování však užívá zvuk o frekvenci 2–18 megahertz, tedy více než tisícinásobně větší, než jaký by bylo schopno zachytit lidské ucho. Sonda vyšle do těla zvukový signál, který je usměrněn tak, aby dosáhl přesně konkrétní hloubky. Část vyslaného zvuku se zase vrátí zpět do snímače sondy a následně je převedena na sérii elektromagnetických impulzů. Posledním krokem je pak převedení do trojrozměrného obrazu na monitoru. Ultrazvukové nahlížení do těla využívá toho, že zvukové vlny odrážejí jinak látky s různou hustotou. Na monitoru se proto zobrazí především ty části tkání, kde dochází k nějakému významnému přechodu. Díky tomu, že přístroj dokáže podobně jako mozek delfínů či netopýrů přesně spočítat dobu, kterou potřebuje odražený zvuk ke svému návratu, přístroj ví, co je blíže a co dále, a může tak vzniknout trojrozměrný obraz.
Kde všude nám pomáhá ultrazvuk?
Lékaři nejsou zdaleka jediní, kdo si dnes bez pomoci ultrazvuku prakticky nedokáže představit každodenní práci. Jednou z nejširších oblastí aplikace, která se vlastně z principu podobá vyšetřování lidských tkání, je takzvaná defektoskopie. Pomocí ultrazvukových sond lze odhalit nejrůznější kazy dílů, u nichž výrobce předpokládá velké namáhání. Při výrobě automobilů, lékařské techniky či elektrotechniky se už léta osvědčuje spojování termoplastických hmot tzv. ultrazvukovým svařováním. Drobounké bublinky, které vznikají při intenzivním ultrazvukovém vlnění, tzv. kavitace, se využívají k čištění nejrůznějších materiálů. Ultrazvukové čištění je velmi efektivní, protože funguje za běžných teplot a nevyžaduje přítomnost chemikálií s nepříjemnými vedlejšími efekty. Na principu měření rozdílu doby průletu ultrazvukového signálu ve směru a proti směru měřeného průtoku kapaliny fungují také velmi efektivní ultrazvukové průtokoměry či plynoměry. Stejně tak mohou ultrazvukové senzory hlídat např. hladinu vody v nádržích. Velkým rozvojem teď procházejí i tzv. ultrazvukové audioreflektory, které umožňují zacílit reprodukovaný zvuk jen na jednu oblast. Např. v autobuse by pak mohl každý pasažér poslouchat z reproduktoru svoji hudbu, aniž by se zvuk vzájemně překrýval.
Jak na problémy v mozku (bez ultrazvuku)?
Před příchodem ultrazvukové technologie jistě nebyli lékaři při léčení postižených tkání v mozku bezbranní. Kromě starých dobrých invazních metod, při nichž se nejvíce uplatní pilka a skalpel, se mohli rozhodnout z principu mezi dvěma dalšími metodami. První z nich, tzv. radiofrekvenční ablace, sice také vyžaduje otevření lebky, zbytek práce už ale nekoná skalpel, ale elektrický proud. Proud o vysoké frekvenci (500–1000 kHz) produkuje velké množství tepla a v místě kontaktu hrotu katetru s tkání proto dochází ke zmrtvení tkáně – koagulační nekróze. Další, tentokrát již neinvazivní metody jsou metody radiochirurgické, které likvidují nevhodné tkáně pomocí přesného dávkování ionizujícího záření, např. záření gama (tzv. gama nůž). Zdá se však, že oproti radiochirurgickým postupům má ultrazvuk přece jen několik výhod. Na rozdíl od ozařování, jehož důsledky se projeví až během týdnů či měsíců, je „vypalování“ pomocí ultrazvuku okamžité. Pomocí ultrazvuku lze dosáhnout i větší přesnosti.
