อัลตร้าซาวด์

อัลตราซาวนด์เป็นเทคนิคการวินิจฉัยที่ใช้อัลตราซาวนด์ หลังสามารถใช้ในการ "ดำเนินการ" อัลตราซาวนด์อย่างง่ายหรือรวมกับ CT เพื่อให้ได้ภาพส่วนต่างๆของร่างกาย (CT-Echotomography) หรือเพื่อให้ได้ข้อมูลและภาพการไหลเวียนของเลือด ( เอคโคคัลเลอร์ดอปเปลอร์)

บทความเชิงลึก

หลักการทำงาน

ในทางฟิสิกส์ อัลตราซาวนด์เป็นคลื่นเชิงกลที่ยืดหยุ่นตามยาวซึ่งมีลักษณะความยาวคลื่นสั้นและความถี่สูง คลื่นมีคุณสมบัติทั่วไป:

• พวกเขาพกไม่ว่าอะไร
• พวกเขาข้ามอุปสรรค
• พวกเขารวมเอฟเฟกต์ของพวกเขาโดยไม่ดัดแปลงซึ่งกันและกัน

เสียงและแสงประกอบด้วยคลื่น
คลื่นมีลักษณะเฉพาะด้วยการเคลื่อนที่แบบสั่นซึ่งความเค้นขององค์ประกอบจะถูกส่งไปยังองค์ประกอบที่อยู่ใกล้เคียงและจากสิ่งเหล่านี้ไปยังองค์ประกอบอื่น จนกระทั่งมันแพร่กระจายไปยังทั้งระบบ การเคลื่อนที่นี้เป็นผลมาจาก "การประกบกันของการเคลื่อนที่แต่ละอย่าง เป็นการเคลื่อนที่แบบรวม เนื่องจากการมีอยู่ของพันธะยืดหยุ่นระหว่างส่วนประกอบของระบบ มันทำให้เกิดการแพร่กระจายของการก่อกวนโดยไม่มีการขนส่งสสารใดๆ ใน ทิศทางใด ๆ ภายในระบบเอง การเคลื่อนที่แบบรวมกลุ่มนี้เรียกว่า คลื่น การแผ่ขยายของอัลตราซาวนด์เกิดขึ้นในสสารในรูปของการเคลื่อนที่ของคลื่นซึ่งสร้างแถบการบีบอัดสลับกันและการเกิดปฏิกิริยาหายากของโมเลกุลที่ประกอบเป็นตัวกลาง
แค่คิดว่าเมื่อหินถูกโยนลงไปในสระแล้วคุณจะเข้าใจแนวคิดของคลื่น

ความยาวคลื่นหมายถึงระยะห่างระหว่างจุดสองจุดที่ต่อเนื่องกันในเฟส กล่าวคือ มีแอมพลิจูดและทิศทางการเคลื่อนที่เหมือนกันในชั่วขณะเดียวกัน หน่วยวัดคือ เมตร ซึ่งรวมถึงหลายย่อยด้วย ช่วงความยาว d " คลื่นที่ใช้ใน อัลตราซาวนด์อยู่ระหว่าง 1.5 ถึง 0.1 นาโนเมตร (นาโนเมตรคือหนึ่งในพันล้านของเมตร)
ความถี่หมายถึงจำนวนการสั่นที่สมบูรณ์หรือรอบที่อนุภาคสร้างขึ้นในหน่วยเวลาและวัดเป็นเฮิรตซ์ (Hz) ช่วงความถี่ที่ใช้ในการอัลตราซาวนด์อยู่ระหว่าง 1 ถึง 10-20 เมกะเฮิรตซ์ ( MHz เช่นหนึ่ง ล้านเฮิรตซ์) และบางครั้งก็มากกว่า 20MHz ด้วยซ้ำ ความถี่เหล่านี้ไม่ได้ยินจากหูของมนุษย์
คลื่นแพร่กระจายด้วยความเร็วที่แน่นอน ซึ่งขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่นและความหนาแน่นของตัวกลางที่คลื่นผ่านความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นถูกกำหนดโดยผลคูณของความถี่ตามความยาวคลื่น (vel = freq x ความยาวคลื่น)

ในการเผยแพร่อัลตราซาวนด์จำเป็นต้องมีสารตั้งต้น (เช่นร่างกายมนุษย์) ซึ่งจะเปลี่ยนแรงยืดหยุ่นของการเกาะติดกันของอนุภาค ขึ้นอยู่กับสารตั้งต้น ดังนั้นขึ้นอยู่กับความหนาแน่นและแรงยึดเหนี่ยวของโมเลกุล จะมีความเร็วการแพร่กระจายที่แตกต่างกันของคลื่นอยู่ภายใน
Acoustic Impedance ถูกกำหนดให้เป็นความต้านทานภายในของสสารที่จะข้ามโดยอัลตราซาวนด์ มันส่งผลต่อความเร็วของการแพร่กระจายของพวกมันในสสารและเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความหนาแน่นของตัวกลางคูณด้วยความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ในตัวกลางเอง (IA = vel x ความหนาแน่น) เนื้อเยื่อต่างๆ ของร่างกายมนุษย์ล้วนมีอิมพีแดนซ์ที่แตกต่างกัน และนี่คือหลักการที่ใช้เทคนิคอัลตราซาวนด์เป็นหลัก
ตัวอย่างเช่น อากาศและน้ำมีอิมพีแดนซ์เสียงต่ำ ไขมันในตับและกล้ามเนื้อมีระดับกลาง และกระดูกและเหล็กมีค่าสูงมาก นอกจากนี้ ด้วยคุณสมบัตินี้ของเนื้อเยื่อ เครื่องอัลตราซาวนด์บางครั้งจึงสามารถมองเห็นสิ่งที่ CT (Computed Tomography) มองไม่เห็น เช่น โรคไขมันพอกตับ ซึ่งเป็นการสะสมของไขมันในเซลล์ตับ (เซลล์ตับ) เม็ดเลือดจาก ฟกช้ำ ( extravasation ของเลือด) และคอลเลกชันของเหลวหรือของแข็งอื่น ๆ ที่แยกได้

ในอัลตราซาวนด์ อัลตราซาวนด์ถูกสร้างขึ้นสำหรับ เพียโซอิเล็กทริกเอฟเฟกต์ ความถี่สูง. เพียโซอิเล็กทริกหมายถึงคุณสมบัติซึ่งมีผลึกควอทซ์หรือเซรามิกบางประเภท สั่นที่ความถี่สูงหากเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นหากข้ามด้วยกระแสไฟฟ้าสลับ คริสตัลเหล่านี้บรรจุอยู่ภายในโพรบอัลตราซาวนด์ที่สัมผัสกับผิวหนังหรือเนื้อเยื่อของตัวแบบ เรียกว่า ทรานสดิวเซอร์ ซึ่งจะปล่อยลำแสงอัลตราซาวนด์ที่ตัดผ่านร่างกายเพื่อตรวจสอบและรับ "การลดทอนที่มีความสัมพันธ์โดยตรงกับการปล่อย ความถี่ของทรานสดิวเซอร์ ดังนั้นยิ่งความถี่ของอัลตราซาวนด์สูงเท่าไหร่ก็ยิ่งเจาะเข้าไปในเนื้อเยื่อได้มากขึ้นด้วยความละเอียดของภาพที่สูงขึ้น สำหรับการศึกษาอวัยวะในช่องท้อง มักใช้ความถี่ในการทำงานระหว่าง 3 ถึง 5 เมกะเฮิรตซ์ ในขณะที่ความถี่ที่สูงกว่า มากกว่า 7.5 เมกะเฮิรตซ์ ที่มีความสามารถในการแก้ไขที่มากกว่า ใช้สำหรับการประเมินเนื้อเยื่อผิวเผิน (ไทรอยด์ เต้านม ถุงอัณฑะ เป็นต้น)
จุดผ่านระหว่างผ้าที่มีอิมพีแดนซ์เสียงต่างกันเรียกว่าส่วนต่อประสาน เมื่อใดก็ตามที่อัลตราซาวนด์ตรงกับส่วนต่อประสานลำแสงจะมาเป็นส่วนหนึ่ง สะท้อน (ย้อนกลับ) และบางส่วน หักเห (เช่น ดูดซึมโดยเนื้อเยื่อข้างใต้) ลำแสงสะท้อนเรียกอีกอย่างว่าเสียงสะท้อน ในระยะย้อนกลับจะกลับไปที่ทรานสดิวเซอร์ซึ่งกระตุ้นคริสตัลของโพรบที่สร้างกระแสไฟฟ้า กล่าวอีกนัยหนึ่ง เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกจะเปลี่ยนอัลตราซาวนด์เป็นสัญญาณไฟฟ้า จากนั้นคอมพิวเตอร์จะประมวลผลและแปลงเป็นรูปภาพในวิดีโอแบบเรียลไทม์
ดังนั้นจึงเป็นไปได้ โดยการวิเคราะห์ลักษณะของคลื่นอัลตราซาวนด์ที่สะท้อน เพื่อให้ได้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ในการแยกแยะโครงสร้างที่มีความหนาแน่นต่างกัน พลังงานสะท้อนเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงของอิมพีแดนซ์อะคูสติกระหว่างพื้นผิว 2 ด้าน สำหรับความผันแปรที่สำคัญ เช่น ทางเดินระหว่างอากาศกับผิวหนัง ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องใช้สารเจลาตินระหว่างโพรบกับผิวหนังซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อกำจัดอากาศ

วิธีการดำเนินการ

อัลตราซาวนด์สามารถทำได้สามวิธี:

โหมด A (โหมดแอมพลิจูด = การมอดูเลตแอมพลิจูด): ปัจจุบันถูกแทนที่ด้วยโหมด B ด้วยโหมด A เสียงสะท้อนแต่ละตัวจะถูกนำเสนอเป็นการโก่งตัวของเส้นฐาน (ซึ่งแสดงเวลาที่ใช้สำหรับคลื่นสะท้อนกลับเพื่อกลับไปยังระบบรับ กล่าวคือ ระยะห่างระหว่างส่วนต่อประสานที่ทำให้เกิดการสะท้อนกลับและโพรบ) เช่น "พีค" ที่มีแอมพลิจูดตรงกับความเข้มของสัญญาณที่สร้างมันขึ้นมา เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการแสดงสัญญาณอัลตราซาวนด์และเป็นประเภทหนึ่งมิติ (กล่าวคือ มีการวิเคราะห์ในมิติเดียวเท่านั้น) ให้ข้อมูลเฉพาะลักษณะของโครงสร้างที่ตรวจสอบ (ของเหลวหรือของแข็ง) A-Mode ยังคงใช้อยู่แต่ในจักษุวิทยาและประสาทวิทยาเท่านั้น

TM-Mode (โหมด Time Motion): ในนั้น ข้อมูล A-Mode ถูกเสริมด้วยข้อมูลไดนามิก ได้ภาพสองมิติซึ่งแต่ละเสียงสะท้อนจะถูกแสดงด้วยจุดเรืองแสง จุดเคลื่อนที่ในแนวนอนสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของโครงสร้าง หากอินเทอร์เฟซอยู่กับที่ จุดสว่างก็จะยังคงอยู่กับที่ คล้ายกับโหมด A แต่มีความแตกต่างที่บันทึกการเคลื่อนไหวของเสียงสะท้อน วิธีนี้ยังคงใช้ในการรักษาโรคหัวใจ โดยเฉพาะการสาธิตจลนพลศาสตร์ของลิ้นหัวใจ

โหมด B (โหมดความสว่างหรือการปรับความสว่าง): เป็นภาพสะท้อนเสียงสะท้อนแบบคลาสสิก (เช่น ส่วนหนึ่งของร่างกาย) ของการแสดงเสียงสะท้อนบนจอโทรทัศน์ที่มาจากโครงสร้างที่ตรวจสอบ ภาพถูกสร้างขึ้นโดยการแปลงคลื่นสะท้อนเป็นสัญญาณที่มีความสว่าง (เฉดสีเทา) เป็นสัดส่วนกับ "ความเข้มของเสียงสะท้อน"; ความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ระหว่างเสียงสะท้อนต่างๆ "สร้าง" บนหน้าจอภาพของอวัยวะ อยู่ระหว่างการตรวจสอบ อีกทั้งยังนำเสนอภาพสองมิติ

การแนะนำระดับสีเทา (เฉดสีเทาต่างๆ เพื่อแสดงถึงเสียงสะท้อนของแอมพลิจูดที่ต่างกัน) ได้ปรับปรุงคุณภาพของภาพอัลตราซาวนด์ให้ดียิ่งขึ้น ดังนั้นโครงสร้างของร่างกายทั้งหมดจึงถูกแสดงด้วยโทนสีตั้งแต่สีดำไปจนถึงสีขาว จุดสีขาวแสดงถึงการมีอยู่ของ "ภาพที่เรียกว่า" hyperechoic (เช่นการคำนวณ) ในขณะที่จุดดำของ "ภาพ hypoechoic (เช่นของเหลว)

ตามเทคนิคการสแกน อัลตราซาวนด์ B-Mode สามารถเป็นแบบคงที่ (หรือแบบแมนนวล) หรือแบบไดนามิก (เรียลไทม์) ด้วยอัลตราซาวนด์แบบเรียลไทม์ รูปภาพจะถูกสร้างขึ้นใหม่อย่างต่อเนื่อง (อย่างน้อย 16 การสแกนที่สมบูรณ์ต่อวินาที) ในเฟสไดนามิก การแสดงต่อเนื่องแบบเรียลไทม์

ต่อ: การประยุกต์ใช้ "อัลตราซาวนด์"