دستگاه سونوگرافی
سونوگرافی یكي از روشهاي تصویربرداري است كه تقریباً هيچگونه ضرري براي بدن به همراه ندارد. به آن اولتراسونوگرافي نيز گفته ميشود. همانطور كه ميدانيم در روشهاي تصویربرداري با اشعه ایكس مانند رادیوگرافي ساده و یا سي تي اسكن، بدن تحت تابش مقدار معيني از اشعه یونيزه قرار ميگيرد كه اگر از حد مشخصي بيشتر شود ميتواند منجر به بروز اشكالاتي در كاركرد سلولها شود. ولي در سونوگرافي از هيچگونه اشعه مضري استفاده نميشود. در سونوگرافي اغلب بافت هاي نرم مشاهده و بررسي ميشوند. از این رو ابزار مناسبي جهت تشخيص مشكلات استخوان نيست ولي ميتواند براي بررسي مشكلات عضلات، رباطها، تاندونها و بسياري بافتهاي دیگر مورد استفاده قرار گيرد. انواع مختلف دستگاههاي سونوگرافي شامل سيستمهاي دو بعدي یا سه بعدي ميباشند و یا سونوگرافي كه توانایي نمایش اندامها در حال حركت و فعاليت را داراست. نوع خاص دیگري از سونوگرافي با نام سونوگرافي داپلر Sonography Doppler وجود دارد كه بر اساس پدیده داپلر عمل ميكند و هدف از انجام آن بررسي ميزان و سرعت جریان خون در وریدها و شریانهاي بدن است.
اجزاء دستگاه سونوگرافی
دستگاه سونوگرافي از سه قسمت اصلي تشكيل شده است:
- مانیتور: مانيتور وظيفه نمایش سيگنال هاي تصویري ارسالي از یونيت اصلي را بر عهده دارد.
- پروب: پروب قسمت توليد، ارسال و دریافت امواج اولتراسوند است كه با یک كابل به یونيت اصلي دستگاه متصل است. وظيفه آن توليد و ارسال امواج اولتراسوند و نيز دریافت امواج بازگشتي، (echo) تبدیل آن به علائم الكتریكي و انتقال آن به یونيت اصلي است. توليد امواج توسط یک مبدل (Transducer) كه معمولا یک كریستال پيزوالكتریک است، انجام ميپذیرد. خصوصياتي مانند ابعاد، ضخامت و نوع كریستال پيزو، مشخصات موج اولتراسوند توليدي، از جمله فركانس آن را معين ميسازند. عمق نفوذ و كيفيت تصویر بستگي به فركانس مبدل دارد. به طور كلي مبدلهاي با فركانس بالا، قدرت تفكيک خوبي براي تصاویر دارند، اما قدرت نفوذ آنها كم است. چون با افزایش فركانس، تضعيف نيز بيشتر ميشود. حال آنكه در مبدلي با فركانس پائين، كيفيت تصویر پائين آمده ولي عمق نفوذ بيشتر خواهد شد. به همين دليل براي به دست آوردن تصویر از بافتهاي عمقي از فركانسهاي پائين و براي به دست آوردن تصویر از بافتهاي سطحي از فركانسهاي بالا استفاده ميكنند. به عنوان مثال براي سونوگرافي كبد و كليه از پروب ۵/۷ مگاهرتز و براي سونوگرافي از سينه از پروب ۵/۷ مگاهرتز استفاده ميشود. به طور كلي هر چه فركانس موج اولتراسوند افزایش یابد رزولوشن محوري تصویر نيز افزایش ميیابد و در نتيجه ميزان نفوذ آن در بافتهاي بدن كاهش ميیابد. تفاوت دیگر پروبها در شكل ظاهري آنهاست تا قابليت انطباق جهت سونوگرافي از قسمتهاي مختلف بدن را فراهم آورند.
- مبدل های پیزوالکتریک: در سيستم سونوگرافي، این بخش امواج اولتراسوند را توليد نموده، به بافتهاي مختلف بدن ارسال ميكند و سپس بازتاب امواج را از بافتها دریافت و پردازش مينماید. بنابراین قسمت ارسال و دریافت امواج در این سيستم، باید این توانایي را داشته باشد كه در زمان ارسال امواج، انرژي الكتریكي را به امواج مكانيكي (فراصوت) تبدیل نموده و در زمان دریافت امواج منعكس شده، امواج مكانيكي را به انرژي الكتریكي تبدیل نماید.
بر هم كنش فشار مكانيكي و نيروي الكتریكي را در یک محيط، اثر پيزوالكتریک مينامند. این اثر در برخي از كریستال ها به وقوع ميپيوندد. بدین ترتيب كه فشردن برخي از كریستالها در راستاي خاصي نيروي الكتریكي ایجاد ميكند و برعكس، ایجاد اختلاف پتانسيل در دو سوي همان كریستال و در همان راستا، باعث انبساط و انقباض آن ميگردد. به این صورت كه تغيير پلاریزاسيون الكتریكي كریستال باعث تغيير حالت انعطاف پذیري آن ميشود و تغيير حالت انعطاف پذیري بلور باعث پلاریزاسيون آن ميگردد. كریستال كوارتز جزو نخستين اجسامي است كه اثر پيزوالكتریک در آن كشف گردید و امروزه با هدف توليد امواج اولتراسوند مورد استفاده قرار ميگيرد. در واقع كریستال كوارتز به عنوان ماده اي براي تبدیل انرژي الكتریكي به انرژي مكانيكي و بالعكس مورد استفاده قرار ميگيرد. بنابراین به عنوان قسمت ارسال و دریافت امواج اولتراسوند مد نظر قرار ميگيرد. یعني با اتصال به نيروي الكتریكي، با فركانس مشخص، شروع به ارتعاش (افزایش و كاهش ضخامت) و توليد امواج اولتراسوند ميكند و در مقابل برخورد امواج برگشتي (منعكس شده از بافتها) تحت فشار مكانيكي قرار گرفته و نيروي الكتریكي توليد ميكند.
انتخاب نوع پروب
بر اساس ورودي هاي مختلف و ميدان دید متفاوت ميتوان پروبها را به انواع زیر تقسيم بندي كرد:
- پروب خطی: این نوع پروبها چهار گوشه اي هستند؛ در نتيجه ميدان دید از نظر شكل، مربعي خواهد بود. معمولا از تعداد زیادي كریستال كاملا مشابه (تا ۴۰۰ عدد) ساخته شده اند و به طور الكترونيكي یكي پس از دیگري فعال ميشوند. براي این كه بتوان خطوط دید بيشماري را به دست آورد، باید كریستال هاي خيلي كوچک به كار برد. از مشكلات این پروب بزرگ بودن ابعاد آن است، كه در نمایش برخي نواحي آناتوميک خصوصاً فضاهاي بين دنده اي ميتواند مشكل آفرین شود.
- پروب محدب: نوع متغيري از مبدل خطي است. سراميک هاي پيزوالكتریک به شكل محدب چيده شده اند و امواج صوتي به طور شعاعي از ميدان هندسي خارج ميشوند. از این پروب براي دیدن فضاهاي بين دنده اي استفاده ميشود. اشكال این پروب از دست دادن قدرت تفكيک جانبي در قسمت هاي سطحي تر ميدان دید است.
- پروب درون حفرهای: براي بررسي بعضي از حفره هاي داخلي بدن استفاده ميشود.
- یونیت اصلی: یونيت اصلي دستگاه سونوگرافي شامل مدارات پيچيده مجهز به نرم افزارهاي تخصصي است. این قسمت سيگنالهاي الكتریكي را دریافت و پس از پردازش نرم افزاري، در مانيتور به صورت تصویر نمایش ميدهد.
نحوه تهیه تصاویر اولتراسوند از بدن
در تشخيص پزشكي با استفاده از سونوگرافي، از روش پالس ـ اكو استفاده ميشود. اساس كار این روش به این صورت است كه مبدل در یک زمان بسيار كوتاه (حدود چند ميكروثانيه) یک پالس صوتي به طرف بدن (عضو مورد نظر) ميفرستد. این پالس با سرعت صوت مربوط به آن محيط پيش ميرود. در سطوح مرزي بافتها كه امپدانس متفاوتي دارند، قسمتي از بافت بازتاب یافته و به سمت مبدل باز ميگردد. مبدل این پالس را دریافت كرده و به یک تقویت كننده ميفرستد تا پس از تقویت و پردازشهاي لازم، نمایش داده شود. به منظور یافتن اطلاعات تشخيصي به كمک اولتراسوند، روشهاي تصویربرداري متفاوتي وجود دارد كه در ادامه به آنها اشاره ميشود:
- روش تصویربرداری A.Scan: مخفف واژه اسكن دامنه (Scan Amplitude) است كه ساده ترین نوع نمایشي اولتراسوند بوده و با دامنه اكوهاي بازگشتي سروكار دارد. در این روش دامنه امواج بازتابي به عنوان یک مقياس ضبط ميشود و سپس تصاویر به صورت یک بعدي نمایش داده ميشوند. در اسكن A كه براي یافتن اطلاعات تشخيصي اعماق ساختارها (بافتها) در بدن به كار ميرود، پالس هاي اولتراسوند را به داخل بدن فرستاده و زمان لازم براي بازتابها از سطوح گوناگون درون آن اندازه گرفته ميشود. از آن جا كه سرعت امواج مافوق صوتي در مایعات و بافتهاي بدن تقریباً یكسان است، این زمان متناسب با فاصله بافتي است كه این بازتاب از آن برميگردد. به عبارتي فاصله زماني بين فرستادن و آشكار ساختن یک پالس صوتي با فاصله بين مبدل و بافت مورد نظر متناسب است. ولي این فاصله دو برابر فاصله بين مبدل و بافت است (رفت و برگشت). امروزه این روش كاربرد محدودي دارد و صرفاً در مواردي كه هدف از سونوگرافي اندازه گيري فاصله سطوح باشد، مورد استفاده قرار ميگيرد.
- روش تصویربرداری B.Scan: به منظور تهيه تصاویر دو بعدي از بافتهاي بدن از اسكن B استفاده ميشود. به طور ساده منظور از مد B نمایش روشنایي بازتاب ها است. سيگنال هاي بازتاب شده در اسكن B روي مانيتور به صورت نقاط روشن نمایش داده ميشوند. در تهيه تصاویر مافوق صوت با روش اسكن B، دو فرض در مورد مكان بافتها (بازتابها) در نظر گرفته ميشود:
۱) بازتابها از امتداد محور مبدل (امتداد پرتو تابشي) به مبدل باز ميگردند.
۲) زمان بين ارسال پالس و دریافت بازتاب آن با فاصله بين مانع و مبدل نسبت مستقيم دارد.
اصول اوليه اسكن B با اسكن A یكي است. در واقع اسكن B مجموعه اي از اسكن هاي A ميباشد كه در آن دامنه ها به نقاط روشن تبدیل شده اند. در این مد وجود نقطه روشن نشانگر مرز ناحيه، شدت روشنایي بيان كننده درصد انعكاس و نوع بافت، و مكان نقطه روشن بيانگر عمق بافت است. - تصویربرداری مد ـ M: مد M براي اندازه گيري سرعت حركت اعضایي مثل قلب و دریچه هاي آن و معده استفاده ميشود. این مد براي نمایش حركت نيز به كار گرفته ميشود. براي تصویربرداري، مبدل به صورت ثابت روي عضو مورد نظر كه در حال حركت یا نوسان است، قرار ميگيرد. یک پالس مافوق صوت در مدت حدود یک تا پنج ميكروثانيه به طرف عضو فرستاده ميشود و مبدل براي مدت حدود ۳۰۰ ميكروثانيه (بستگي به عمق مورد مطالعه دارد) براي دریافت بازتابها به عنوان گيرنده عمل ميكند. از آنجا كه سرعت صوت در بافت بسيار بيشتر از سرعت حركت عضو است (سرعت اكثر اعضاء متحرک بدن كمتر از m/s 1 است)، لذا موقعيت عضو و بافتهاي تشكيل دهنده آن در مدت زمان ارسال پالس و دریافت بازتابهاي آن، ثابت خواهد بود. پس از دریافت بازتابها، كه به صورت پالسهاي مد A هستند، این پالسها بسته به شدتشان، به نقاط روشن تبدیل شده و روي اسيلوسكوپ به صورت عمودي نمایش داده ميشوند.
پس از دریافت بازتابهاي مربوط به اولين پالس، مبدل دومين پالس را مشابه پالس اول ميفرستد. از آنجایي كه موقعيت بافت هنگام ارسال پالس دوم مقدار بسيار ناچيزي نسبت به موقعيت آن هنگام ارسال پالس اول تغيير كرده است، لذا موقعيت بازتابها و در نتيجه موقعيت نقاط روشن روي اسيلوسكوپ نيز در امتداد عمودي صفحه اسيلوسكوپ، مقدار بسيار ناچيزي نسبت به نقاط روشن حاصل از بازتابهاي پالس اول تغيير خواهد كرد. براي آن كه نقاط روشن حاصل از بازتابهاي این دو پالس و پالسهاي بعدي روي هم نيفتند، باید یک ولتاژ جارو كننده به صفحات قائم اسيلوسكوپ اعمال كرد تا باریكه هاي الكترون را روي صفحه اسيلوسكوپ، در امتداد افقي جاروب
كند. فركانس این ولتاژ تعيين كننده مقياس زماني روي محور افقي است (T=1/F) براي به دست آوردن تصاویر بلادرنگ از حركت عضو، معمولا تعداد ۱۰۰۰ پالس در ثانيه به طرف عضو ارسال و بازتاب هاي هر كدام به صورت نقاط روشن روي اسيلوسكوپ نشان داده ميشوند. این روش ثبت تصویر را مد M مينامند. به عبارتي اسكن M مجموعه اي از خطوط اسكنهاي B ساكن است كه طي زمان روي صفحه اسيلوسكوپ به وجود ميآیند. - روش D یا مد داپلر: مد داپلر بيشتر براي اندازه گيري سرعت سيالات بدن مانند خون و صفرا به كار گرفته ميشود. تنها روش تصویربرداري سونوگرافي كه تهيه تصویر در آن بر پایه اختلاف فركانس بين پالس ارسالي و دریافتي است، روش داپلر است. در مد داپلر، مبدل یک موج مافوق صوت با فركانس مشخص به سمت گلبول هاي موجود درون یک رگ ارسال ميكند. از روش داپلر براي تعيين سرعت جریان خون در رگها و نيز جهت جریان خون (خون سرخرگي و یا سياهرگي) استفاده ميشود.
پارامترهای کیفیت تصویر
- تعداد سطوح خاکستری: بر اساس ساختار دستگاه، تعداد سطوح خاكستري ایجاد شده در دستگاه ميتوانند روي كيفيت تصویر تأثير داشته باشند. تعداد سطوح خاكستري وابسته به دامنه سيگنال دریافتي و تعداد بيت هایي است كه در بخش دیجيتال دستگاه براي آن در نظر گرفته شده است. هر چه تعداد بيت هاي مبدل آنالوگ به دیجيتال دستگاه بالاتر باشد، كيفيت تصویر بيشتر و قابليت تفكيک بافت هاي مختلف از یكدیگر بهتر خواهد بود.
- رزولوشن محوری: رزولوشن محوري به حداقل فاصله مكاني قابل تفكيک دو نمونه متوالي بر روي محور عمق گفته ميشود. در ارسال موج سينوسي باید موج ارسالي تمام شود تا انعكاس از اولين لایه كه فاصله ۳d دارد به گيرنده برسد. به منظور بهبود رزولوشن محوري باید فركانس را افزایش داد. با افزایش فركانس طول موج كوتاهتر و تشخيص لایه هاي نزدیک به هم بهتر خواهد بود.
- رزولوشن جانبی: حداقل فاصله مكاني قابل تفكيک بين دو نمونه متوالي در یک عمق ثابت را رزولوشن جانبي گویند. رزولوشن جانبي با فاصله چينش مبدلهاي آرایه اي در كنار هم وابسته است. در رزولوشن جانبي ميبایست نرخ نایكوئيست مكاني رعایت شود.
کاربردهای دستگاه سونوگرافی
- بیماري هاي زنان و زايمان
مانند بررسي قلب جنين، اندازه گيري قطر سر (سن جنين)، بررسي جایگاه اتصال جفت و محل ناف، تومورهاي پستان. - بیماري هاي مغز و اعصاب
مـانـنـد بـررســـي تـومـور مـغـزي، خونریزي مغزي بـه صـــورت اكوگرام مغزي یــا اكوانسفالوگرافي. - بیماري هاي چشم
مانند تشخيص اجسام خارجي درون چشم، تومور عصبي، خونریزي شبكيه، اندازه گيري قطر چشم، فاصله عدسي از شبكيه. - بیماري هاي كبدي
مانند بررسي كيست و آبسه كبدي. - بیماري هاي قلبی
مانند بررسي اكوكاردیوگرافي (سونوگرافي قلب اكوكاردیوگرافي ناميده ميشود) - دندانپزشکی
مانند اندازه گيري ضخامت بافت نرم در حفره هاي دهاني.
