Fisika USG

Fisika Dasar 

Judi Januadi Endjun

Divisi Kedokteran Feto Maternal Departemen Obstetri dan Ginekologi

RSPAD Gatot Soebroto Ditkesad / FK UPN Veteran – Jakarta2009

Fisika Suara

Suara merupakan suatu energi gelombang mekanis yang berupa getaran-getaran partikel yang berjalan melalui suatu media perantara, misalnya udara.Telinga manusia dapat mendengar suara bila gelombang suara tersebutmempunyai frekuensi 20–20.000 siklus per detik (Hertz ).

          Gelombang suara yangdatang akan menggetarkan gendang telinga kemudian impuls getaran tersebutdihantarkan ke indera dan pusat pendengaran.Ultrasound atau suara ultra adalah gelombang suara berfrekuensi lebih dari20.000 Hz. Kebanyakan peralatan diagnostik dalam kedokteran memakaifrekuensi 1–10 MHz (1 MHz = 1.000.000 siklus/detik). Gelombang suara yangmelalui medium menyebabkan partikel yang ada di dalam medium bergerakmaju mundur secara longitudinal sehingga terjadi pemadatan (kompresi) danperegangan partikel yang berdekatan. Jarak antara dua kelompok partikel yangmemadat dan meregang disebut panjang gelombang (λ= lamda).Panjang gelombang menentukan resolusi gambar USG. Makin pendekgelombang suara resolusinya makin baik. Saat ini, umumnya mesin USG yangada memiliki λ antara 0,1–1,5 mm. Kecepatan suara ditentukan oleh kepadatandan kompresibilitas media yang   suara (V = m/detik),frekuensi (f  = Hertz), dan panjang gelombang (λ = meter) dengan rumus: v = f.λ Jaringan tubuh memiliki kecepatan suara yang berbeda-beda, misalnya udara330 m/detik, lemak 1500 m/detik, air 1495 m/detik, otot 1545–1630 m/detik, jaringan lunak 1460–1615 m/detik, dan tulang 2700–4100 m/detik.

Tulang memiliki kecepatan hantaran gelombang suara tertinggi karena merupakan jaringan tubuh yang paling padat.Selain itu, perlu diperhatikan intensitas suara. Hal ini berkaitan dengankeamanan pemakaian USG. Intensitas suara adalah kekuatan suara per luasdaerah tertentu (watt/cm ²). Intensitas suara yang dipergunakan di kedokteransangat kecil (milliwatt/cm²) dan biasanya tidak ditulis dalam bentuk absolut,tetapi dalam bentuk rasio (nisbah) dari dua intensitas suara, terutama dalambentuk logaritmanya (dB). Makin tinggi intensitas suara yang dipergunakan,makin besar paparan energi yang diterima oleh sel, dan makin berbahaya bagisel atau jaringan tersebut.

Transduser 

Transduser merupakan bagian terpenting dari peralatan USG karena dari alat inisuara ultra dihasilkan melalui zat yang bersifat piezoelectric . Suatu bendadikatakan mempunyai sifat piezoelectric apabila ketika bergetar akanmenghasilkan listrik. Bila benda tersebut diberi aliran listrik kemudian bergetar maka disebut bersifat piezoelectric terbalik .Suatu kristal alami yang disebut  quartz   mempunyai sifat  piezoelectric danpertama kali dipergunakan untuk menghasilkan suara ultra. Saat ini quartz  telahdigantikan oleh keramik sintetik, misalnya barium titanate dan lead zirconatetitanate yang mempunyai kemampuan bergetar lebih baik dariquartz .Di dalam sebuah transduser bisa terdapat lebih dari 64 buah elemen kristalpiezo (tebalnya kurang dari 1 mm) yang tersusun berderet-deret. Elementersebut berfungsi menghasilkan getaran suara-ultra dan menangkap getarangema suara yang kembali yang kemudian diubah menjadi impuls listrik dan diubah ke dalam bentuk gambar di layar monitor. Bentuk penjejak yang paling sering dijumpai dalam bidang diagnostik suara-ultra adalah yang yang memiliki eleman ganda (multi-element transducer array ) yang sanggup menghasilkangambar USG real-time. Alat untuk melakukan pemeriksaan USG yang langsung bersentuhan dengan tubuh pasien adalah transduser dan tersedia di pasarandalam bentuk linear, kurvilinear  , atau sektor .

Dalam bidang obstetri dan ginekologi,transduser yang sering dipergunakanadalah bentuk kurvilinear dan bulat atau sektor (untuk pemeriksaan 3transvaginal). Bentuk linear  masih dapat dipergunakan untuk USG obstetridengan kehamilan di atas 12 minggu. Transduser  transrektal hanyadipergunakan pada keadaan tertentu. Contoh transduser  kurvilinear  dapat dilihat pada Gambar 2.2

Interaksi Suara dengan Jaringan

Gelombang suara yang melalui jaringan akan mengalami interaksi sehinggaterjadi atenuasi (pelemahan intensitas suara) yang disebabkan oleh adanyapembiasan/penyimpangan berkas suara (divergensi ), penyerapan energi suara( absorbsi  ), dan pantulan suara (defleksi ). Energi yang diserap oleh jaringan akanmenyebabkan peningkatan suhu jaringan. Makin tinggi frekuensi suara makinbesar absorbsinya, makin banyak energi yang diserap jaringan makin sedikitsuara yang dapat diteruskan. Oleh karena itu, untuk melihat organ tubuh yangterletak jauh dari transduser, diperlukan peralatan USG dengan frekuensi kurangdari 3 MHz, sedangkan untuk organ superfisial dipakai transduser denganfrekuensi tinggi, misalnya 7–10 Mhz.Jumlah gelombang suara yang diabsorbsi juga tergantung pada kepadatandan kekakuan jaringan yang dilewati. Makin padat dan kaku jaringan yangdilewati makin besar absorbsinya, misalnya tulang menyerap suara kira-kira 10 kali lebih besar dibanding jaringan lunak.

Pantulan gelombang suara dapat berupa scattering  atau reflection.Scattering  terjadi bila dimensi permukaan medium yang dikenai berukuran samabesar atau lebih kecil dari panjang gelombang suara yang datang yangkemudian suara akan dipantulkan ke berbagai arah.Reflection terjadi biladimensi permukaan medium yang dikenai lebih besar dari panjang gelombangsuara yang datang.Selain itu, bila suatu gelombang suara mengenai batas antara dua mediamaka sebagian dari gema suara tersebut akan dipantulkan dan sebagian lagiakan diteruskan/dibiaskan. Besarnya gema suara yang dipantulkan tergantungpada perbedaan  acoustic impedances dari kedua medium tersebut.  Acoustic impedanceadalah tahanan yang diberikan oleh suatu jaringan terhadap suarayang melewatinya. Acoustic impedance ( z ) tergantung pada densitas (p) dan kecepatansuara ( v ) sehingga diperoleh rumus: z = p.v. Makin besar perbedaan acoustic impedancedua buah jaringan yang dilewati gema suara maka makin banyaksuara yang dipantulkan. Udara mempunyai nilai z : 0,00004 (sangat kecil),dibandingkan jaringan l emak (z : 1,63), otot (z : 1,70) atau tulang (z : 7,80).Akibatnya hampir semua gema suara dari dan ke jaringan tertentu yang melewatiudara akan dipantulkan sehingga hanya sedikit sekali gema suara yang akan diteruskan.Agar gambar yang tampak pada layar monitor menjadi jelas, gelombangsuara yang dipantulkan harus makin sedikit. Ada beberapa cara untukmengurangi pantulan suara. Salah satu caranya dengan memberikan bahanperangkai ( coupling agent  ), misalnya jeli atau aquasonic di antara permukaankulit dan transduser. Cara-cara yang lain adalah membuat kandung kemih terisicukup penuh sehingga kandung kemih tersebut berfungsi sebagai jendelaakustik (acoustic window ) untuk melihat organ pelvik di bawahnya atau dengancara menggerakkan/mengubah posisi transduser agar tidak melewati gelembungudara yang berada di dalam usus atau tulang yang menghalangi organ atau jaringan di bawahnya.

Tampilan Gambar 

Peralatan utama pada mesin USG terdiri dari layar monitor, pusat pengolahandata utama (CPU : central processing unit ) dan bidai untuk memasukkanperintah (keyboard ). Tampilan gambar pada layar monitor dapat berupa ampiltudo (A), brightness (B),time-motion (T-M), dan Doppler. Tampilan Amplitudo saat ini sudah tidak dipergunakan lagi dalam bidang obstetriginekologi. Tampilan brightness saat ini sudah merupakan gambaran yang nyata(real-time), artinya yang kita lihat adalah yang juga sedang diperiksa, misalnya pada waktu janin bergerak, maka pada saat yang sama kita juga dapat melihatpada layar monitor bayi yang sedang bergerak.

 Pada pemeriksaan time-motion atau lebih sering disebut “M-mode” dapatdilihat suatu grafik pergerakan yang berhubungan dengan keteraturan dansatuan waktu, misalnya dari pergerakan katup jantung dapat diukur berapafrekuensi denyut jantung janin dalam satu menit dan dapat dilihat apakah teratur atau tidak. Selain itu, dapat juga diukur ketebalan dinding jantung janin, sertapatologi yang ada pada jantung dan daerah sekitarnya

 

Tampilan Doppler  memungkinkan kita melihat denyut pembuluh darah, arahaliran darah (memakai doppler berwarna) dan melakukan kalkulasi kecepatanaliran darah dalam pembuluh darah (velositas).

Semakin tinggi frekuensi gelombang suara, maka semakin pendekgelombang suara yang dipergunakan, sehingga gambar yang dihasilkan lebih jelas dan rinci (memiliki resolusi tinggi). Kebalikannya bila semakin tinggifrekuensi yang dipergunakan, maka kedalaman penetrasi gelombang suarasemakin rendah (dangkal), artinya untuk pemeriksaan organ superfisial atauyang dekat dengan  probe lebih baik memakai frekuensi tinggi (> 5 MHz),misalnya USG transvaginal atau payudara. Ketajaman gambar juga dipengaruhi oleh fokus. Fokus dapat diatur melaluimesin USG oleh operator, fokus ditempatkan pada daerah yang akan diamati.Khusus untuk pemeriksaan jantung janin hanya dipergunakan satu fokus saja,sedangkan untuk organ lainnya cukup dua buah fokus. Semakin banyak fokusyang dipergunakan, semakin banyak energi yang dipakai, sehingga gambar USGsemakin tidak tegas gambarannya.

Resolusi aksial dan lateral juga mempengaruhi ketajaman gambar.Resolusi aksial adalah kemampuan untuk membedakan dua titik pada daerahyang tegak lurus dengan transduser. Resolusi lateral adalah kemampuan untukmembedakan dua titik pada daerah horizontal (lateral) terhadap transduser.Selain itu, ketajaman gambar juga dipengaruhi oleh adanya artefak.

sumber : http://www.scribd.com/doc/9616667/20090105-Fisika-Dasar-USG-JJE-