تصویربرداری مبتنی بر امواج فراصوت

اصول امواج اولتراسوند

واژه اولتراسوند یا فراصوت به امواج مكانيكي گفته ميشود كه فركانس آنها بالاتر از حد شنوایي انسان باشد (گوش انسان توانایي شنيدن صداهاي با امواج بين ۲۰ تا ۲۰ كيلوهرتز را داراست).
فركانس هایي كه در روش سونوگرافي مورد استفاده قرار ميگيرند بين ۱ تا ۱۵ مگا هرتز قرار دارند. انتخاب فركانس در سونوگرافي با در نظر گرفتن قابليت تفكيک و عمق نفوذ موج صوتي در بافت انجام ميگيرد. یک اختلاف اساسي بين امواج رادیویي و امواج اولتراسوند این است كه امواج رادیویي از نوع امواج الكترومغناطيسي هستند و در خلاء منتشر ميشوند ولي امواج اولتراسوند از نوع مكانيكي یا آكوستيكي بوده و براي انتشار خود نياز به محيط مادي دارند. این امواج با ایجاد آشفتگي در محيط هاي مادي حركت ميكنند به این معني كه در حركت موج مكانيكي ماده منتقل نميشود، بلكه در جاي خود جا به جا ميشود.
سرعت امواج آكوستيكي در بافتهاي نرم تقریباً به هم نزدیک است، در حالي كه در بافت سختي مانند استخوان بسيار بيشتر است. در واقع هر چه چگالي محيط بيشتر باشد، سرعت انتشار موج بالاتر خواهد بود.

انعکاس

زماني كه یک موج آكوستيكي از یک محيط با امپدانس Z1 به محيط دیگري با امپدانس Z2 وارد ميشود، بخشي از موج منعكس شده و بخش دیگر عبور ميكند. هر چه اختلاف امپدانس بين دو محيط بيشتر باشد، درصد بيشتري از موج منعكس ميشود. بر اساس این اصول، در دستگاه سونوگرافي انعكاس هاي ایجاد شده در مرز بين بافت هاي مختلف بدن دریافت و تبدیل به تصویر ميشوند.
از سوي دیگر، به دليل وجود اختلاف امپدانس بالا بين بافت هاي بدن و هوا، تقریباً تمامي انرژي موج اولتراسوند در فضاي بين بدن و هوا بازتابش ميشود. براي رفع این مشكل فاصله بين مبدل فرستنده موج اولتراسوند و بدن باید فاقد هوا باشد. از این رو از ژل اولتراسوند به كار برده ميشود كه واسط مناسبي بين مبدل و پوست بدن فراهم ميآورد.

تضعیف

یكي دیگر از پدیده هایي كه در امواج اولتراسوند مشاهده ميشود تضعيف است. در فرآیند عبور موج از محيط غيریكنواخت، بخشي از انرژي موج تابشي در اثر برخورد با ذرات محيط (كه از نظر ابعاد بسيار كوچکتر از طول موج هستند) به صورت موج تأخير یافته یا تغيير جهت یافته جدا ميشود. به این پدیده تفرق (Scatterig) گفته ميشود.

همچنين ممكن است در اثر عبور موج اولتراسوند از محيط مادي، بخشي از انرژي آن به صورت هاي دیگر انرژي از قبيل حرارتي، شيميایي یا نوري تبدیل شود، كه به این پدیده جذب (Absorption) گفته ميشود. به مجموع پدیده هاي تفرق و جذب، اصطلاحاً تضعيف گفته ميشود. تضعيف رابطه مستقيمي با فركانس دارد. یعني هر چه فركانس موج اولتراسوند بيشتر باشد تضعيف بيشتري به وجود مي آید و بالعكس.

تفرق امواج، به خصوص در زمان برخورد با سيالات (مانند خون) باعث ميشود كه موج ارسالي هيچ بازگشتي نداشته باشد، به همين دليل رگها در تصاویر اولتراسوند سياهرنگ نمایش داده ميشوند. امواج اولتراسوند، در برخي از اعضاي بدن كه در عمق بيشتري قرار دارند، بازتاب ضعيفتري خواهند داشت. زیرا امواج در حين عبور از لایه هاي مختلف تضعيف ميشوند.