مبانی تصویربرداری التراسوند

در این بخش مفاهیم کلی مبانی تصویربرداری التراسوند، فیزیک التراسوند، تصویربرداری التراسوند و کاربردهای آن را توضیح خواهیم داد.

تصویربرداری التراسوند

یک معیار برای طبقه­بندی کردن امواج صوتی براساس میزان فرکانس است. بدلیل اینکه امواج صوتی کمتر از 20هرتز برای انسان قابل شنیدن نیستند، امواج فروصوت نامیده می­شوند. امواج صوتی قابل شنیدن برای انسان بین 20 و 20هزار هرتز است، و هرگونه امواج صوتی بالاتر از این محدوده که فراتر از محدوده­ی شنوایی انسان باشند، امواج فراصوت نامیده می­شوند.  برای الترسوند تشخیصی، محدوده­ی فرکانسی بین1 تا 100مگاهرتز استفاده می­شود.

تصویربرداری التراسوند روشی است که از امواج صوتی برای تعامل بین بافت­ها استفاده می­کند و بعنوان منبع انرژی جهت تشکیل تصویر است. امواج التراسوند، امواجی مکانیکی هستند که از میان بافت عبور می­کنند و در نهایت سبب تشکیل تصویر می­شوند. در شکل مقابل نحوه­ی ارسال امواج صوتی از یک پروب دستگاه تصویربرداری التراسوند و نحوه­ی  دریافت آن نشان داده شده است.

اما دلیل محبوبیت تصویربردای التراسوند چیست؟

امواج التراسوند برای کارهای تشخیصی در پزشکی مانند کاردیولوژی، جراحی، زنان، اطفال و نورولوژی محبوبیت فراوانی دارند. دلایل این محبوبیت  چیست؟

1. تصویربرداری ارزانی است
2. تصاویر با رزولوشن بالا ایجاد می­کند.
3. برخلاف سایر روش­های تصویربردای مانند X-ray که برای بدن خطرناک است، التراسوند آسیبی به بدن نمی­زند.
4. تصاویر Real Time ایجاد می­کند و همزمان با حرکت دادن پروب بر روی بدن می­توان قسمت­های مختلف بدن را دید.
5. اخیرا دستگاه­های التراسوند پرتابل نیز به بازار آمده­اند، که با این تکنولوژی می­توان در شرایطی مانند اتاق عمل و یا در بخش­های مراقبت­های ویژه که نیاز به جابجا کردن دستگاه است، تصویربرداری را براحتی انجام داد.
6. تصویربردای التراسوند اطلاعات فیزیولوژیکی مانند جریان خون را نیز در اختیار پزشک قرار می­دهد.

نحوه­ ی تولید امواج التراسوند

امواج التراسوند را می­توان با دو روش تولید کرد.

1. روش اول:  استفاده از مواد مغناطیسی است. خصوصیات این مواد به گونه­ایی است که هنگامی که داخل میدان مغناطیسی قرار می گیرند، تغییر طول می دهند و با تغییر طول خود میدان مغناطیسی تولید می کنند و در نتیجه امواج التراسونیک تولید می­شود.
2. روش دوم:  براساس مواد پیزوالکتریک است که از خاصیت پیزو الکتریسیته این مواد استفاده  می­شود. خاصیت پیزو الکتریسیته توسط پیر کوری در سال  1892 کشف شد.  اعمال فشار به برخی از کریستال­ها مانند کوارتز، که مرکز تقارن ندارند، سبب جابجا شدن دوقطبی­ها و در نتیجه تولید الکتریسیته ایجاد  می­شود.  عکس این فرایند نیز در مواد پیزو الکتریک رخ  می­دهد، یعنی با اعمال جریان الکتریسیته به این گونه مواد، می­توان  باعث ایجاد تنش و فشار و سبب ایجاد ارتعاش و نوسان در آنها و در نهایت تولید امواج التراسونیک شد.

فیزیک التراسوند

زمانی که موج التراسوند توسط پروب به یک جسم می­تابد چندین پدیده رخ می­دهد:

1. بخشی از موج بعد از تابش به جسم برمی­گردد.(انعکاس و یا Reflection)
2. بخشی از موج بعد از تابش به جسم پخش می­شود. ( پراکنندگی یا scattering). پراکنندگی زمانی رخ می­دهد که پرتوی صوت به ذرات کوچک درون بافت برخورد می­کند. امواج صوتی به این ذرات برخورد کرده و به تمام جهت­های ممکن پخش می­شود. پدیده­ی پراکنندگی در بافت­های بیولوژیکی بسیار پیچیده است.
3. بخش دیگری از موج بعد از عبور از جسم، جذب می­شوند. جذب موج در داخل بافت سبب ایجاد پدیده­ای بنام تضعیف و یا Attenuation می­شود. زمانی که امواج صوتی، از پروب التراسوند ساطع می­شوند، بسمت بافت حرکت می­کنند، بخشی از این موج جذب بافت می­شود و انرژی صوتی تبدیل به انرژی گرمایی می­شود. این امر، بدلیل اصطحکاک سلول­ها و ساختارهای اطرافشان است. در تصویربرداری پزشکی هرچقدر فرکانس افزایش یابد، تصاویر با دقت و جزئیات بیشتری نمایش داده می­شوند ولی در مقابل، تضعیف افزایش می­یاید و عمق تصویربرداری کاهش می­یابد(یعنی عمق کمتری را می­توان مشاهده کرد). بعبارت دیگر در تصویربرداری از عمق کم(مانند چشم) از فرکانس بالا و برای تصویربرداری از قسمت­های عمیق بدن(مانند قلب و کبد) از فرکانس پایین­تری استفاده می­کنند.
4. بخشی از امواج صوتی که به داخل بافت عبور می­کنند، امواج شکسته شده و یا refracted wave گفته می­شود. امپدانس آکوستیکی در بافت­ها میزان انعکاس و یا شکست موج را تعیین می­کند. در بافت­های بیولوژیکی، فقط بخش کمی از امواج التراسوند منعکس می­شوند، و بیشتر موج انتقال می­یابد.

در بخش بعدی در مورد رزولوشن سیستم­های تصویربرداری التراسوند و همچنین مدالیته ­های تصویربرداری التراسوند صحبت خواهیم کرد.

موفق باشید