سونوگرافی (Ultrasound)

سونوگرافی (Ultrasound) چیست؟

سونوگرافی یکی از روش های تصویربرداری است که تقریبا هیچ ضرری برای بدن ندارد. به آن اولترا سونوگرافی Ultrasonography هم می گویند. کلمه سونوگرافی از لفظ لاتین sound به معنی صوت و نیز graphic به معنی شکل و ترسیم گرفته شده و ultrasound از ultra به معنی ماورا و نیز sound به معنی صوت یا صدا گرفته شده است.اولتراسوند به امواج صوتی دارای فرکانس بالا اطلاق می شود و اساس سونوگرافی ارسال امواج و ثبت امواج برگشتی است.

همانطور که می دانیم در روش های تصویر برداری با اشعه ایکس مانند رادیوگرافی ساده و یا سی تی اسکن بدن تحت تابش مقدار معینی از اشعه یونیزان قرار می گیرد که اگر از حد مشخصی بیشتر باشد میتواند موجب اشکالاتی در کارکرد سلول ها شود. ولی در سونوگرافی از اشعه ایکس استفاده ای نمی شود.  سونوگرافی خطرات رادیوگرافی را ندارد از رادیوگرافی برای تصویربرداری قسمتهای سخت بدن استفاده می شود و از سونوگرافی برای اطلاع از قسمت های نرم بدن استفاده می شود.

تاریخچه

در سال ۱۸۷۶ میلادی ، فرانسیس گالتون برای اولین بار پی بوجود امواج فراصوت برد. در زمان جنگ جهانی اول کشور انگلستان برای کمک به جلوگیری از غرق شدن غم ‌انگیز کشتی‌هایش توسط زیردریاییهای کشور آلمان در اقیانوس آتلانتیک شمالی دستگاه کشف کننده زیردریایی‌ها به کمک امواج صوتی به نام Sonar ابداع کرد. این دستگاه امواج فراصوت تولید می‌کرد که در پید اکردن مسیر کشتی ها استفاده می‌شد. این تکنیک در زمان جنگ جهانی دوم تکمیل گردید و بعدها بطور گسترده‌ای در صنعت این کشور برای آشکار سازی شکافها در فلزات و سایر موارد مورد استفاده قرار می‌گرفت. از کاربرد بخصوصی که انعکاس صوت در جنگ و صنعت داشت Sonar به علم پزشکی  وارد شد و تبدیل به یک وسیله تشخیصی بزرگ در علم پزشکی گردید.

نخستین دستگاه تولید کننده امواج فراصوت در پزشکی ، در سال ۱۹۳۷ میلادی توسط دوسیک اختراع شد و روی مغز انسان امتحان شد. اگر چه اولتراسوند در ابتدا فقط برای مشخص کردن خط وسط مغز بود ولی اکنون بصورت یک روش تشخیصی و درمانی مهم در آمده و پیشرفت روز به روز انواع نسلهای دستگاههای تولید اولتراسوند ، تحولات عظیمی در تشخیص و درمان در علم پزشکی بوجود آورده است.

مکانیسم سونوگرافی چیست؟

امواج مورد استفاده در سونوگرافی از جنس امواج صوتی و در واقع صدا هستند که ضرری برای بدن ندارد. اینها امواج فراصوتی هستند. جنس آنها دقیقا مانند صدا است ولی به علت بالا بودن فرکانس یا بسامد آنها قابل شنیدن  توسط گوش انسان نیستند. با این حال خواص صوت و صدا را دارند یعنی در برخورد با موانع منعکس می شوند. سونوگرافی روش تصویر برداری دردناکی نیست و در حین انجام آن بیمار ناراحتی احساس نمیکند.

برای انجام سونوگرافی، به توسط یک وسیله خاص که پزشک سونولوژیست ( متخصص تصویربرداری که سونوگرافی میکند) روی اندام شما قرار میدهد امواج صوتی با فرکانس بالا که برای گوش انسان قابل شنیدن نیستند به درون بدن تابانده می شوند. این امواج بعد از برخورد به بافت های مختلف بدن بازتابیده شده و امواج بازتابش شده به توسط همان دستگاه مجددا دریافت میشود.

درون بدن انسان از بافت های مختلفی درست شده که توانایی آنها در بازتابش امواج صوتی متفاوت است. بعضی از آنها امواج صوتی را بهتر و بعضی کمتر منعکس میکنند. پس شکل و ساختار بازتابش امواج صوتی در سونوگرافی تابعی از شکل و مواد تشکیل دهنده بافت های درونی بدن است که مورد تابش قرار گرفته است. امواج بازتابیده شده از بدن به توسط یک کامپیوتر تجزیه و تحلیل شده و به تصویر تبدیل میشود. پزشک متخصص تصویربرداری این تصاویر را بر روی مانیتور دستگاه دیده و ممکن است بعضی از آنها را چاپ کند. همان طور که گفته شد در سونوگرافی، بیشتر بافت های نرم اندام دیده و بررسی می شوند. پس سونوگرافی وسیله مناسبی برای تشخیص مشکلات استخوان نیست ولی با آن میتوان بعضی مشکلات عضلات، رباط ها، تاندون ها و بسیاری بافت های دیگر را بررسی کرد.

سونوگرافی ممکن است بصورت دو بعدی و یا سه بعدی باشد. همچنین میتوان تصویر سونوگرافی اندام را در حال حرکت و فعالیت دید. سونوگرافی قلب را اکوکاردیوگرافی می نامند. نوع خاصی از سونوگرافی به نام سونوگرافی داپلر Doppler Sonography وجود دارد. این روش تصویربرداری براساس پدیده داپلر کار میکند و هدف از انجام آن بررسی میزان و سرعت جریان خون در وریدها و شریان های بدن است. در ارتوپدی از این روش بیشتر برای بررسی احتمال لخته شدن خون در وریدهای عمقی ساق DVT استفاده میشود.

 

کاربرد سونوگرافی (Ultrasound) در بارداری و خطرات و مزایای آنها

کاربردهای سونوگرافی شامل تعیین جنسیت فرزند، چک کردن ضربان قلب جنین، اطمینان پزشک از سلامتی او و پیشگیری از نقائص مادرزادی می باشد. در برخی موارد، سونوگرافی های بیشتری توصیه می شود: مثلاً در شرایطی که مادر دیابت دارد، فشار خون بالایی دارد، بالای ۳۵ سال سن دارد و یا مشکلاتی در بارداری های قبلی خود داشته است.

انواع سونوگرافی بارداری عبارتست از سونوگرافی استاندارد(عمومی ترین شکل سونوگرافی)، سونوگرافی ترانس واژینال(مربوط به بارداری های پرخطر)، اکوکاردیوگرافی جنین(برای تشخیص نقائص قلبی احتمالی جنین)، سونوگرافی سه بعدی(عکس برداری ساده از جنین و تبدیل آنها به عکس های سه بعدی توسط کامپیوتر) و سونوگرافی متحرک یا چهاربعدی(همان سونوگرافی سه بعدی با این تفاوت که حرکات جنین نیز قابل مشاهده است).

به طور معمول از هفته ۱۰ به بعد انتخاب متخصصین، سونوگرافی استاندارد است؛ اگرچه در شرایطی که تشخیص هایی زودتر از هفته ۱۰ مورد نیاز است، مثلاً تشخیص چندقلویی، سلامت جنین، مکان او، وزن او، سلامت جفت، زمان تقریبی زایمان و یا در حاملگی های پرخطر، قبل از هفته ۱۰ برخی متخصصین سونوگرافی از نوع ترانس واژینال را نسخه می کنند.درباره سونوگرافی سه بعدی و چهاربعدی نیز می توان گفت اگرچه مشاهده تصاویر حاصل از آنها برای پدر و مادر بسیار لذت بخش است، اما خاصیت تشخیصی بیشتری نسبت به سونوگرافی استاندارد ندارند.

مطالعات متعددی درباره ارتباط انواع سونوگرافی با وزن کودک در هنگام تولد، سرطان های کودکی، مشکلات شنوایی و… انجام شده است و هیچ ارتباط خاصی بین انجام دادن سونوگرافی و این مشکلات مشاهده نشده است.البته در یک بررسی نشان داده شد چپ دستی در کودکان پسری که مادران آنها در حین بارداری سونوگرافی انجام داده اند، اندکی بیشتر است؛ نتیجه ای که توسط تحقیقات دیگر تایید نشد.در مورد سونوگرافی های سه بعدی و چهاربعدی نیز باید گفت علیرغم شایعات فراوان، از آنجا که تصویر برداری در این روش ها دقیقاً مشابه تصویربرداری در سونوگرافی های معمولی(استاندارد) می باشد، و ساخت تصاویر سه بعدی و چهاربعدی توسط رایانه انجام می شود(و نه در هنگام عکس برداری) بنابراین و طبق نظر مراجع علمی مختلف، هیچ خطری تاکنون برای این نوع سونوگرافی ها هم مشاهده و اثبات نشده است.

 تعریف امواج اولتراسوند (فراصوت)

امواج فراصوت به شکلی از انرژی امواج مکانیکی گفته می‌شود که فرکانس آنها بالاتر از حد شنوایی انسان باشد. گوش انسان قادر است امواج بین ۲۰ هرتز تا ۲۰۰۰۰ هرتز را بشنود. هر موج (شنوایی یا فراصوت) یک آشفتگی مکانیکی در یک محیط گاز ، مایع و یا جامد است که به بیرون از چشمه صوتی و با سرعتی یکنواخت و معین حرکت می‌کند. در حرکت یا گسیل موج مکانیکی ، ماده منتقل نمی‌شود. اگر ارتعاش ذرات در جهت عمود بر انتشار صوت باشد، موج عرضی است که بیشتر در جامدات رخ می‌دهد و در صورتی که ارتعاش در راستای انتشار امواج باشد، موج طولی است. انتشار در بافتهای بدن به صورت امواج طولی است. از این رو در پزشکی با اینگونه امواج سر و کار داریم.

روشهای تولید امواج فراصوت(اولتراسوند)

تولید اولتراسوند به دو روش پیزوالکتریک و مگنتواستریکشن انجام می شود که اولی کاربرد بیشتری دارد.

مواد پیزو الکتریک نظیر کوارتز وPZT در اثر فشار اثر الکتریسیته نشان میدهد و در اثر الکتریسیته از خود تغییر شکل فیزیکی نشان می دهند. (مواد پیزو الکتریک به گروهی از مواد به نام فروالکتریک تعلق دارند)

برای تولید اولتراسوند به روش مگنتو استریکشن از مواد (فرومان یه تیک) قرار گرفته در میدان مغناطیسی استفاده می کنند این مواد بسته به فرکانس جریان متناوب اصواتی با فرکانس مختلف ایجاد می کنند.

روش پیزو الکتریسیته

تاثیر متقابل فشار مکانیکی و نیروی الکتریکی را در یک محیط اثر پیزو الکتریسیته می‌گویند. بطور مثال بلورهایی وجود دارند که در اثر فشار مکانیکی ، نیروی الکتریکی تولید می‌کنند و برعکس ایجاد اختلاف پتانسیل در دو سوی همین بلور و در همین راستا باعث فشردگی و انبساط آنها می‌شود که ادامه دادن به این فشردگی و انبساط باعث نوسان و تولید امواج می‌شود. مواد (بلورهای) دارای این ویژگی را مواد پیزوالکتریک می‌گویند. اثر پیزو الکتریسیته فقط در بلورهایی که دارای تقارن مرکزی نیستند، وجود دارد. بلور کوارتز از این دسته مواد است و اولین ماده‌ای بود که برای ایجاد امواج فراصوت از آن استفاده می‌شد که اکنون هم استفاده می‌شود.

اگر چه مواد متبلور طبیعی که دارای خاصیت پیزو الکتریسیته باشند، فراوان هستند. ولی در کاربرد امواج فراصوت در پزشکی از کریستالهایی استفاده می‌شود که سرامیکی بوده و بطور مصنوعی تهیه می‌شوند. از نمونه این نوع کریستالها ، مخلوطی از زیرکونیت و تیتانیت سرب (Lead zirconat & Lead titanat) است که به شدت دارای خاصیت پیزوالکتریسیته می‌باشند. به این مواد که واسطه‌ای برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و بالعکس هستند، مبدل یا تراسدیوسر (transuscer) می‌گویند.

روش مگنتو استریکسیون

این خاصیت در مواد فرومغناطیس (مواد دارای دو قطبی‌های مغناطیسی کوچک بطور خود به خود با دو قطبی‌های مجاور خود همخط شوند) تحت تاثیر میدان مغناطیسی بوجود می‌آید. مواد مزبور در این میدان ها تغییر طول می‌دهند و بسته به فرکانس جریان متناوب به نوسان در می‌آیند و می‌توانند امواج فراصوت تولید کنند. این مواد در پزشکی کاربرد ندارند و شدت امواج تولید شده به این روش کم است و بیشتر کاربرد آزمایشگاهی دارد.

ساختمان ترانسد یوسر

ترانسدیوسر وظیفه تبدیل انرژی الکتریکی به صوتی و بر عکس را دارد که به دو روش پیوسته و نا پیوسته ساخته می شود . در ترانسدیوسر نا پیوسته کریستال پیزو الکتریک بین ۲ الکترود و صفحه ای قرار می گیرد بر روی الکترود فوقانی ماده میرا کننده قرار می گیرد که از انتشار امواج تولید شده به خارج بدن جلوگیری می کند این مواد میرا کننده امپدانس صوتی بالایی دارند و باعث ارتقای کیفیت تصویر می شوند . مجموعه اینها درون قابی قرار می گیرند . کریستالهای موجود در این ترانسدیوسر هم گیرنده هم فرستنده هستند . یعنی برای مدت کوتاهی فرستنده و برای مدت بیشتری گیرنده هستند .در ترانسدیوسرهای پیوسته اصول همان است ولی  دو کریستال وجود دارد که یکی همواره فرستنده و دیگری همواره گیرنده است. در کاربرد های بالینی مهمترین عامل تعیین کننده فرکانس قطر کریستال است .

ترانسدیوسر هایی که در اولترا سونو گرافی تشخیصی کاربرد دارند دارای فواصل کانونی بلند cm12-8 و متوسط ۶-۷ cmو کوتاه هستند . در سونو گرافی از ترانسدیوسر هایی استفاده می شود که محل تحت بررسی در فاصله کانونی آن قرار گیرد .

ویژگی های ترانسدیوسر

لب های جانبی : گاهی برخی از پرتو های خروجی از ترانسدیوسر با زاویه زیادی از پرتو اصلی منحرف می شوند که قدرت کمی دارند اما گاهی اوقات با افزایش قدرت باعث ایجاد آرتیفکت می شوند (این مشکل در ترانسدیوسر های Phased arrayحاد تر است )

جداسازی یا تفکیک

تفکیک توانایی تشخیص دستگاه برای تمایز ۲ جسم و به ۲ صورت است:

۱)تفکیک کناری که عبارتست از توان تفریق ۲ جسم که به پهلو کنار هم قرار گرفته اند و عمود بر پرتواند.

۲)تفکیک محوری که عبارتست از توان تمایز ۲ جسمی که به پهلو کنار هم قرار گرفته اند و موازی پرتواند.

عوامل تاثیر گذار بر روی تفکیک

۱) طول موج اولتراسوند  ۲)عرض باند

عوامل موثر در جداسازی دستگاه از جمله میرا کنندگی و فرکانس است که طول پالس را تعیین می کند و هرچه طول پالس زیادتر باشد قدرت جداسازی کمتر است و همچنین جداساز ی کناری به پهنای باند بستگی دارد . بزرگی کریستال و ویژگی های کانونی بزرگترین تاثیر را روی پهنای باند دارد.

 طول پالس و فرکانس تکرار پالس : برای ارتقای کیفیت جداسازی باید طول پالس (مدت زمان ارسال موج اولتراسوند) کوتاه باشد فاصله زمانی پالس باید بر اساس حداکثر مدتی که اکوها دریافت می شوند مشخص شود.

شدت: مقدار انرژی که از واحد سطح در مدت یک ثانیه می گذرد اما چون در وسط پالس پرتو قدرت بیشتری دارد باید معین کرد قدرت در چه فاصله ای از پرتو مورد نظر است.

تکنیک های آشکارسازی امواج برگشتی در سونوگرافی (Ultrasound)

امواج برگشتی را می توان به دو روش Aمد و Bمد به تصویرکشید . در روش A اکو ها بر اساس دامنه شان بر روی یک ”خط پایه“ که دلالت بر محور مرکزی پرتو دارد بصورت خطوط عمود یا اسپیک هایی ظاهر می شوند هرچه اکو قویتر باشد ارتفاع اسپیک ها بزرگتر خواهد بود

با رسیدن یک پالس الکتریکی به ترانسدیوسر همزمان یک اسپیک بر روی اسیلوسکوپ ظاهر می شود که شروع پالس صوتی را نشان می. دهد پالس صوتی ضمن عبور از بدن در برخورد با فصل مشترک محیط های مختلف انعکاس هایی خواهد داشت فاصله هر فصل مشترک از ترانسدیوسر با مدت زمان برگشت اکوهای بدست آمده از آن رابطه مستقیم دارد . به این خاطر با احتساب این زمان و دانستن سرعت صوت در بافت می توان عمق هر فصل مشترک را تعیین نمود.

در روش B امواج بر گشت به صورت نقاط درخشان بر روی صفحه اسیلوسکوپ ظاهر می شود میزان درخشندگی هر نقطه به قدرت اکوی مربوط به آن بستگی دارد. دستگاههای B در واقع تصویری از مقطع بافت در محل قرارگیری ترانسدیوسر ارائه می دهد. پرتوهای اولتراسوند را می توان به تیغه ای تشبیه نمود که دسته آن تیغه ترانسدیوسر می باشد. هنگامی که ترانسدیوسر در جهت طولی بدن قرار گیرد و در عرض بدن حرکت داده باشد مقاطع ساژیتال بسیار زیادی از آن نقطه از بدن می دهد.حال در صورتی که در عرض بدن قرار بگیرد و در جهت طولی حرکت داده شودضمن حرکت مقاطع عرضی بسیار زیادی از بافتهای ارائه شده در مسیر را ارائه می دهد. به همین ترتیب با تغییر جهت ترانسدیوسر می توان از سطوح مختلف ارگانهای مختلف تصویربرداری کرد و از مجموعه تصاویر دو بعدی یک تصویر سه بعدی در ذهن تشکیل داد.

در روش A مد در صورتی که اکوها مربوط به ساختمان متحرک باشد اسپیک های ظاهر شده نیز متحرک خواهد بود. در روش M مد که نوعی B مد می باشداین اکوها به صورت نقاط درخشانی بر روی صفحه اسیلوسکوپ ظاهر می شوند که همزمان با حرکت ارگان متحرک این نقاط نیز به عقب و جلو می روند. گزارش کردن حرکت ارگان به این روش نامفهوم است در نتیجه از روش TMمد استفاده می شود که اکو ها را به صورت نقاطی در طول یک خط پایه روی صفحه اسیلوسکوپ ظاهر می کند.که با سرعت ثابتی به طرف بالای صفحه حرکت کرده و دو مرتبه تدریجا به سمت پایین حرکت می کند با استفاده از TMمد می توان ضربان قلب را اندازه گیری کرد برای همین در کاردیولوژی برای مطالعه حرکت دریچه ها کاربرد دارد

سیستم های REALTIME

اسکنرهای مدرن امروزی REALTIMEاست و بیش از ۱۵ تصویر در ثانیه می دهد که باعث می شود تصاویر متوالی دیده شوند.

سیستم های دو بعدی REALTIME

الف) حرکت دادن مکانیکی ترانسدیوسر هایی که یک یا چند المنت دارند : از این تکنیک در اسکنرهای مکانیکی استفاده می شود و به آنها اسکنرهای Mechanical Sector awayمی گویند.

ب)استفاده از ردیفی از ترانسدیوسر ها که ثابت هستند و به صورت الکترونیکی فعال می شوند:  از این تکنیک در اسکنرهای الکترونیکی که به اسکنرهای Electronocal awaylموسوم می باشند استفاده می شود.

سیستم های مکانیکال

الف)سیستم های نوسان کننده :در این ترانسدیوسر ها فقط یک کریستال وجود دارد که با زاویه۶۰-۱۵ درجه نوسان می کند و به دو دسته تقسیم می شوند:

۱)کریستال با بدن تماس دارد که به آن غیر محبوس گویند و عامل و بیمار هر دو نوسان را حس می کنند

۲)کریستال در یک ظرف پر از مایع قرار داردکه به آن محبوس گفته می شود و نوسان آن هم حس نمی شود

ب)ترانسدیوسرهای دوار ۳ یا ۴ کریستال بر روی یک صفحه دوار با فاصله ۹۰ یا ۱۲۰درجه قرار گرفته اند که هر کدام به نوبت از روی پنجره آکوستیکی تعبیه شده گذشته و تصویری قطاعی می دهد.

اصول الکترونیکی تصویر سونوگرافی (Ultrasound)

الف)تعداد زیادی کریستال (تا ۴۰۰عدد) کنار هم قرار گرفته و به صورت متوالی ۴ تا ۴ تا نوسان می کنند. پرتو های اولترا سونیک حاصل موازی اند و تصویر بدست آمده مربع مستطیل است .

ب)این ترانسدیوسرها از تعدادی کریستال تا ۲۰ عدد تشکیل شده که به طور متوالی نوسان می کنند و به طور الکتریکی به نحوی فعال می شوند که پرتو قطاعی بوده و تصویر نیز قطاعی خواهد بود .

آرتیفکت های تصویری

مسایلی که باعث تصاویر غیر طبیعی می شوند:

۱)سایه صوتی

۲)انعکاس آینه ای

۳)انعکاس غیر آینه ای

۴)آرتیفکت های نوسان

۵)آرتیفکت های مربوط به تسهیل عبور صوت

۶)اثر مربوط به حجم