یک دستگاه سونوگرافی چگونه کار می‎کند؟

تصویر برداری اولتراسوند، یک روش تشخیصی غیر تهاجمی به حساب می‎آید که از امواج صوتی با فرکانس بالا، به منظور ایجاد تصاویری از اعضای داخلی بدن استفاده می‎نماید. در این جا اطلاعاتی در مورد روش کار دستگاه سونوگرافی فراهم می‎نماییم.

یک دستگاه سونوگرافی چگونه کار می‎کند؟

وی اسکن، یک دستگاه تصویر برداری اولتراسوند به اندازه‎ی یک کف دست می‎باشد که شرکت بهداشت و درمان جی ای این وسیله را ایجاد نمود و مؤسسه‎ی ملی تصویر برداری زیست پزشکی و زیست مهندسی (NIBIB) نیز در آن سرمایه گذاری نمود. وی اسکن به پزشکان اجازه می دهد که بر حاملگی‌ها نظارت داشته باشند، اعضای داخلی را مشاهده نمایند و مشکلات مرتبط با جریان خون را بررسی کنند.
اصطلاح "اولتراسوند" به فرکانسی اشاره دارد که بالاتر از محدوده‎ی شنوایی انسان می‎باشد. تصویر برداری اولتراسوند که به عنوان سونوگرافی پزشکی و تشخیصی نیز شناخته می‎شود، یک روش تصویر برداری غیر تهاجمی می‎باشد که استفاده از امواج صوتی با فرکانس بالا را برای تشخیص و نیز برای اهداف درمانی در بر می‎گیرد. این گونه در نظر گرفته می‌شود که این دستگاه نسبت به اشعه‎های ایکس و سی تی اسکن‎ها، امن‎تر باشد، به سبب آن که مستلزم استفاده از اشعه‎ی یونیزان نمی‎باشد.
دستگاه سونوگرافی، یک ابزار تشخیصی ادغام شده با رایانه می‎باشد که شامل یک پروب مبدل، واحد پردازش مرکزی (CPU)، نمایشگر، صفحه کلید با دسته‎ی کنترل، ابزارهای ذخیره سازی دیسک و چاپگر می‎باشد. اجزای آن، برای تولید تصاویری از اعضای داخلی با یک دیگر به طور هم زمان، کار می‎کنند.

تصویر برداری اولتراسوند و اثر پیزو الکتریک معکوس:

کریستال‎های پیزو الکتریک، کریستال‏هایی هستند که هنگامی بار الکتریکی تولید می‎نمایند که تحت تنش مکانیکی قرار گیرند. تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی، به عنوان اثر پیزو الکتریک مطرح می‎گردد. کوارتز، تیتانات باریم، نیوبات سرب، تیتانات زیرکونات سرب و غیره، برخی از مواد پیزو الکتریک به شمار می‎روند. در مورد یک سونوگرافی، امواج اولتراسوند پالس شده، با کمک کریستال‎های پیزو الکتریکی تولید می‎گردند که در یک پروب دستی به نام مبدل قرار داده می‎شوند. هنگامی که یک جریان الکتریکی به کریستال پیزو الکتریک اعمال می‎شود، تنش مکانیکی را ایجاد می‎نماید. این مورد، به عنوان اثر پیزو الکتریک معکوس شناخته می‎شود. در واقع اثر پیزو الکتریک معکوس است که برای تولید امواج اولتراسوند مورد اعتماد می‎باشد.
هنگامی که یک جریان الکتریکی به این کریستال‌ها اعمال می‌گردد، منجر به تغییر سریعی در شکل آن‌ها می‎شود. این برقراری جریان الکتریکی منجر به این می‎گردد که کریستال‌ها آن دسته از امواج صوتی را تولید نمایند که به سمت بیرون حرکت می‎کنند. هنگامی که این امواج فشاری یا امواج صوتی، به عقب باز می‎گردند و به کریستال‏ها ضربه وارد می‎کنند، آن‎ها از خود جریان الکتریکی خارج می‎کنند.
فرکانسی که به منظور تصویربرداری اولتراسوند استفاده می‎گردد، بین 2 تا 15 مگا هرتز می‎باشد. یک رابطه‎ی معکوس بین طول موج و فرکانس امواج اولتراسوند وجود دارد. امواج اولتراسوند با فرکانس بالا، دارای طول موج کوتاه می‎باشند و امواج اولتراسوند با فرکانس پایین، طول موج بلندی دارند. از فرکانس‎های بالا برای بررسی اندام‎ها یا بافت‎هایی استفاده می‎گردد که نزدیک به سطح بدن قرار دارند. امواج دارای فرکانس بالا، تصاویری با وضوح بالا فراهم می‎نمایند. اگر چه امواج با فرکانس پایین می‎توانند به ساختارهای عمیق‎تر نیز نفوذ کنند، این امواج، تصاویری با وضوح پایین‎تر ایجاد می‎نمایند.

اجزای یک دستگاه سونوگرافی

دستگاه‌های سونوگرافی، امروزه به آسانی در دسترس هستند و به طور گسترده‎ای برای اهداف تشخیصی مورد استفاده قرار می‏گیرند. اجازه دهید دریابیم که امواج اولتراسوند چگونه تولید می‎شوند و از طریق این دستگاه منتقل می‎گردند.

واحد پردازش مرکزی (CPU)

واحد پردازش مرکزی، منبع‎های تغذیه را برای پروب مبدل در بر می‎گیرد و نیز شامل ریز پردازنده‎ای می‎باشد که به مجموعه‎ای از مداراتی اشاره می‎کند که واحد پردازش مرکزی را به بقیه‎ی رایانه متصل می‎نماید. وظیفه‎ی CPU، این است که داده‎ها را دریافت کند و خروجی‎هایی را از طریق پردازش داده‎ها بر طبق دستور العمل‎های ذخیره شده ایجاد نماید. در سونوگرافی، واحد پردازش مرکزی، جریان الکتریکی را به مبدل می‎فرستد و اطلاعات فرستاده شده را به واسطه‎ی پردازنده، پردازش و به تصاویر دو بعدی و سه بعدی تبدیل می‎نماید. این تصاویر را می توان بر روی نمایشگر مشاهده کرد.

مبدل

مبدل، یک جزء جدایی ناپذیر از سونوگرافی به حساب می‎آید. اصطلاح "مبدل" به دستگاهی اشاره می‎کند که انرژی را از یک شکل به شکل دیگری تبدیل می‎نماید. این وسیله به عنوان فرستنده و نیز به عنوان گیرنده عمل می‎کند. در سونوگرافی، ژلی بر روی بخش مورد نظر بدن قرار داده می‎شود تا از بد شکل شدن امواج صوتی جلوگیری نماید. پروب، بر روی بخش مورد نظر از بدن به جلو و عقب حرکت داده می‎شود. اعمال یک جریان الکتریکی به کریستال‌ها در مبدل، منجر به تولید امواج اولتراسوند می‎گردد. انعکاس امواج اولتراسوند در مرز انواع مختلفی از بافت رخ می دهد. مبدل، انرژی مکانیکی حاصل از این انعکاس‎ها یا این امواج اولتراسوند را که از اندام یا بافت هدف قرار داده شده به عقب باز می‎گردند، به یک جریان الکتریکی تبدیل می‎کند. سپس CPU، اطلاعات مربوط به بلندی و دامنه‎ی انعکاس‎ها و نیز مدت زمان مورد نیاز امواج اولتراسوند به منظور منعکس شدن در مبدل را پردازش می‎کند تا تصاویر دو بعدی و سه بعدی از اندام‎های داخلی ایجاد نماید.

سایر اجزاء

• تکنسین سونوگرافی می‌تواند از صفحه کلید برای افزودن یادداشت‎ها و اندازه گیری از تصویر استفاده نماید. از کنترل‎های پالس مبدل می‎توان برای تغییر دادن مدت و فرکانس مربوط به پالس‎های اولتراسوند یا تغییر حالت اسکن استفاده نمود.
• داده‌های پردازش شده در CPU تغییر می‎یابند و به تصویری تبدیل می‎گردند که می‎توان آن را بر روی نمایشگر مشاهده نمود.
• تصاویر و داده های پردازش شده را می‌توان بر روی هارد دیسک به همراه سوابق پزشکی بیمار ذخیره نمود. ممکن است این اطلاعات هم زمان بر روی دیسک ذخیره گردند یا تنها یکی از آن‌ها روی هارد دیسک ثبت شود.
• به علاوه، تکنسین سونوگرافی می‎تواند تصویری را انتخاب نماید که بتوان آن تصویر را توسط یک چاپگر حرارتی متصل به دستگاه سونوگرافی چاپ نمود.
سونوگرافی کاربردهای مختلفی در فرآیندهای تشخیصی دارد اما این ابزار، برای تجزیه و تحلیل رشد جنین به امری الزامی تبدیل گشته است. در حالی که سونوگرافی معمولی، تصاویر دو بعدی از استخوان بندی انسان سه بعدی ایجاد می‎کند، درحال حاضر تولید تصاویر سه بعدی و چهار بعدی نیز امکان پذیر می‎باشد. در حالی که اسکن‎های سه بعدی، هنوز تصاویری از جنین در سه بعد هستند، تصاویر سه بعدی در حال حرکت از جنین، به عنوان اسکن‎های چهار بعدی مطرح می‎گردند. اگر چه اثرات زیان آوری به استفاده از اولتراسوند مربوط نگشته‎اند، نگرانی‎هایی در مورد ارتباط احتمالی بین سوء استفاده از اولتراسوند و اثرات حرارتی مربوط به امواج اولتراسوند مطرح شده‏اند. به عنوان مثال، اگر پروب در یک نقطه از بدن برای مدت زمان طولانی بدون حرکت باقی بماند، می‎تواند منجر به افزایش درجه‎ی حرارت در آن نقطه گردد. به منظور کاهش دادن چنین خطراتی، بسیار ضروری است که دستگاه سونوگرافی به دست یک سونوگرافیست با تجربه مورد استفاده قرار گیرد.