ساختار واصول کار دستگاه اکوکاردیوگرافی

اکوکاردیوگرافی یکی از انواع دستگاه های تصویربرداری است، که مختص تصویربرداری از سیستم قلبی عروقی است.
اساس کار این دستگاه بر مبنای تصویربرداری توسط امواج اولتراسوند است. در حقیقت میتوان گفت: اکوکاردیوگرافی یک تصویر صوتی از قلب است.
در این روش با استفاده از امواج اولتراسوند تصاویری تک بعدی، دوبعدی، سه بعدی و همزمان از دیواره ها و دریچه های قلبی به دست میآید. که در تشخیص نارسائی های قلبی و عروقی از آن استفاده میشود.

شکل۱: اکوکاردیوگراف
شکل۱: اکوکاردیوگراف

تشخیص ها و اندازه گیری های تست اکوکاردیوگرافی

۱-بیماری های دریچه های قلب(مثل حضور لخته، رشد باکتری ها روی دریچه ها و…) (VHD)
۲- اندازه قلب
۳- جریان خون در قلب
۴- حرکت دیوارهی قلب
۵- فشار داخل قلب
۶- ضخامت دیواره ی قلب
۷- ناحیه هایی که جریان خون درآنها ضعیف است.
۸- ناحیه هایی که ماهیچه به خوبی منقبض نمیشود.
۹- مشکلات قلبی مادرزادی در جنین

اکوکاردیوگرافی
روش انجام اکوکاردیوگرافی

انجام این آزمون هیچگونه آمادگی قبلی نمیخواهد و به گونه ای است که بیمار روی تخت به پهلوی چپ بخوابد و پزشک پروب مخصوص دستگاه را که به ژل روان کننده آغشته شده برای مدت چند دقیقه روی سینه وی حرکت دهد و از نماهای مورد نظر تصویربرداری کند. با این حال انجام این آزمون نباید بیش از اندازه ساده انگاشته شود و انجام آن باید صرفا توسط متخصصان با تجربه کافی در این زمینه صورت پذیرد.

امواج فراصوت  (Ultrasound Waves)

امواج صوتی صرفاً ارتعاشات سازمان یافته ی مولکول ها یا اتم های یک محیطی هستند که قادر به منتشر کردن این امواج است. معمولاً ارتعاشات به صورت سینوسی ایجاد میشوند.

شکل۲: امواج فراصوت
شکل۲: امواج فراصوت

امواج فراصوت، امواجی هستند که دارای فرکانسی بالاتر از فرکانس شنوایی انسان اند.
محدودهی این امواج در کاربردهای تصویربرداری پزشکی در حد چند مگا هرتز است.
ازاولتراسوند در پزشکی جهت کاربردهای تشخیصی و درمانی مانند: فیزیوتراپی برای گرم کردن اعضا داخلی بدن به صورت عمقی( دیاترمی) و یا سونوگرافی استفاده میشود.
حداقل چهار مزیت برای امواج فراصوت در تصویربرداری پزشکی وجود دارد:

  •  امواج فراصوت میتوانند در قالب یک باریکه پرتو(beam) هدایت شوند.
    • امواج فراصوت از قانون های بازتاب و انکسار تبعیت میکنند.
  •  امواج فراصوت به خارج اجسام کوچک بازتابیده میشود.
  •  امواج فراصوت هیچ تاثیر شناخته شدهی زیان آور بهداشتی ندارند.
دو اشکال عمده برای امواج فراصوت وجود دارد:
  • انرژی آن در محیط های گازی به طور ضعیفی منتشر میشود. در واقع گذشتن فراصوت از هوا غیر ممکن است. بنابراین مبدل باید تماس بدون وجود هوا با بدن داشته باشد. علاوه بر این آزمایش قسمت هایی از بدن که حاوی هوا هستند نیز مشکل است.
  • تصاویر فراصوت، نسبتاً حاوی نویز هستند و کیفیت و کنتراست کمتری نسبت به X-ray و MRI دارند.

تولید امواج فراصوت

امواج فراصوت به دو روش تولید میشوند:

الف) روش مگنتو استریکسیون (Magneto striation)

این خاصیت در مواد فرومغناطیس (مواد دارای دو قطبیهای مغناطیسی کوچک بطور خود به خود با دو قطبیهای مجاور خود هم خط شوند) تحت تاثیر میدان مغناطیسی بوجود میآید. مواد مزبور در این میدانها 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.

ب)روش پیزو الکتریسیته (Piezo electric)

تاثیر متقابل فشار مکانیکی و نیروی الکتریکی را در یک محیط اثر پیزو الکتریسیته میگویند. به طور 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 پیزوالکتریسیته فقط در بلورهایی که دارای تقارن مرکزی نیستند، وجود دارد. بلور کوارتز از این دسته مواد است و اولین ماده ای بود که برای ایجاد امواج فراصوت از آن استفاده میشد.
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 اند. به این مواد که واسطهای برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و بالعکس هستند، مبدل یا ترانسدیوسر (transducer) میگویند. یک ترانسدیوسر اولتراسونیک بکار میرود که انرژی الکتریکی را به انرژی فراصوت تبدیل کند که به داخل بافت بدن نفوذ و انرژی فراصوت انعکاس یافته را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

اکوکاردیوگراف

پرتو فراصوت

یک مبدل میتواند امواج تخت موازی با سطح کریستال تابش کند. میتوان سطح تابش کریستال را به صورت ترکیبی از تعداد زیادی چشمه نقطه ای تصور کرد. به طوریکه جمع موجهای حاصل از آنها جبهه های موج یا سطوحی را بوجود آورد. در اثر تداخل این امواج، موجی ایجاد میشود که تا یک ناحیه به طور مستقیم پیش میرود و از یک نقطه مشخص به بعد واگرا میشود. دسته پرتو نزدیک مبدل دارای رویه های موازی است.
ناحیهای که پرتوها در آن واگرا میشوند(N)، ناحیهی فرانهوفر یا میدان دور نام دارد: (R شعاع کریستال و λ طول موج تابشی از کریستال است). هرچه قطر کریستال و فرکانس کریستال بیشتر باشد، طول ناحیهی فرنل بیشتر است.
زاویه واگرایی در ناحیه ی دور را میتوان از رابطه (۱) محاسبه کرد:        
(۱)             ۲٫۵                                                                                                                                                     
D قطر کریستال است.

خطرات امواج فراصوت

الف) سوختگی
اگر امواج پیوسته و در یک مکان بدون چرخش بکار روند، در بافت باعث سوختگی میشود و باید امواج حرکت داده شوند.
ب) پارگی کروموزومی
استفاده دراز مدت از امواج اولتراسوند با شدت خیلی بالا پارگی در رشته دی ان ای (DNA) را نشان میدهد.
پ) ایجاد حفره یا کاویتاسیون
یکی از عوامل کاهش انرژی امواج اولتراسوند هنگام گذشتن از بافتهای بدن ایجاد حفره یا کاویتاسیون است. همه محلولها شامل مقدار قابل ملاحظهای حبابهای گاز غیر قابل دیدن هستند و دامنه بزرگ نوسانهای امواج اولتراسوند در داخل محلول ها میتواند بر روی بافتها تغییرات بیولوژیکی ایجاد کند (پارگی در دیواره سلولها و از هم گسستن مولکول های بزرگ).

مراحلی که در طی ارسال فراصوت در بدن اتفاق میافتد

۱- دستگاه اولتراسوند بوسیله پروب پالسهای صوتی فرکانس بالا (۱تا۵ مگاهرتز) به داخل بدن میفرستد.
۲- امواج صوتی وارد بدن میشوند و به مرز بین اعضا برخورد میکنند (برای مثال بین مایع و بافت نرم، بافت نرم و استخوان).
۳- قسمتی از امواج صوتی به سمت پروب بازتابیده میشود، قسمتی جذب بافت میشود و قسمتی از آن عبور میکند تا به مرز بعدی میرسد و بازتابیده میشود.
۴- امواج برگشتی جمع آوری میشوند و برای دستگاه تقویت میشوند.
۵- دستگاه فاصله بین پروب تا (مرزهای) بافت یا عضو را با در نظرگرفتن سرعت صوت در بافت و زمان برگشت هر اکو
(معمولاً در حد میلیونیم ثانیه)، محاسبه میکند.
۶- دستگاه فاصله ها و شدتهای اکوهای دریافتی را بر روی صفحه نمایش به صورت یک تصویر دو بعدی نشان میدهد.

ساختمان مبدل (Transducer)
ساختار عمومی مبدلهای فراصوت به صورت روبرو است.
بخش نوسانی مبدل کریستال است که انرژی فراصوتی را برای انتقال به محیط ایجاد میکند. ضخامت این کریستالها میتواند به هر اندازهای اختیار شود، ولی هر چه کریستال نازکتر باشد فرکانس بالاتری خواهد داشت.
بخش پشتی کریستال با یک ماده میراکننده (Damping material) برای جلوگیری از تابش انرژی کریستال پر شده است.

شکل(۳): ساختمان مبدل
شکل(۳): ساختمان مبدل

همچنین پوشش تمام پلاستیک پروب را در بر میگیرد تا ارتعاشات پروب به محیط منتقل نشود، پودری که عایق صوتی است داخل مبدل ریخته میشود. کریستال در جلوی پروب و در دو طرف آن جوشنهای خازن قرار میگیرد. برای جلوگیری از تماس مستقیم جوشن با بدن بیمار، لایهای وجود دارد که علاوه بر عایق کردن جوشن، عمل تطبیق امپدانس را نیز انجام میدهد.
ضخامت کریستال را باید طوری انتخاب کرد که فرکانس تشدید بلور حاصل شود. این ضخامت باید نصف طول موج باشد. نکتهی دیگر اینکه کریستال یک پروب فرستنده در عین حال گیرنده است. همچنین یک ترانسدیوسر میتواند چند کریستالی باشد.
نحوه ی تاثیر اثر پیزوالکتریک بر روی کریستال در شکل (۳) نشان داده شده است.

انواع مبدل فراصوت
نحوه شکل دادن به سیگنال اولتراسوند حاصله، نوع اسکن، محل تمرکز (focus ) امواج و سایرمشخصاتی که کیفیت تصویر را می سازند به نوع ترنسدیوسر و نحوه تحریک الکترونیکی آن بستگی داردکه در زیر با چند نوع متداول آن آشنا می شویم:
۱- پروب های آرایه خطی: در این نوع ترانسدیوسر کلیه کریستال ها روی یک سطح مسطح کنار هم قرار گرفته و می توانیم با تاخیر ایجاد شده در تحریک المانهای پرتو را در یک محدوده متمرکز نموده یا با تاخیر تحریک در المانهای بالا یا پایین آرایه پرتو را به طرف بالا یا پایین منحرف کرد.
مزیت عمده این نوع پروب ها داشتن پنجره پهن در نزدیک میدان است و می توان بافتهای سطحی را با دید بهتر بررسی نمود.
۲- پروبهای محدب: از نظر اصول کار الکترونیک مانند پروبهای خطی هستند با این تفاوت که جهت دستیابی به میدان وسیع دهانه در دور از میدان آرایه کریستالها روی یک سطح محدب چیده شده اند تا سطح اسکن افزایش یابد.

شکل۴: پروب محدب
شکل۴: پروب محدب

۳- پروب های آرایه فازی حلقوی: این پروب ها دارای آرایه کریستال خطی بوده و اما تحریک کریستالها بصورت فازی و با تاخیر زمانی انجام می گیرد در نتیجه بر حسب اینکه ابتدا تحریک الکترونیکی از کدام کریستال آغاز شود می توان پرتو را به سمت بالا، پایین یا ناحیه خاص در وسط منحرف کرد.
۴- پروب های سکتور آرایه فازی حلقوی (APAS): در اینگونه از پروبها علیرغم آنکه تحریک بصورت فازی انجام میگیرد اما اسکن بصورت مکانیکی است و در واقع آرایه کریستال با حرکت یک موتور، مسیر را اسکن مینماید. این نوع پروب دارای آرایه کریستالهای حلقوی شکل است و به همین دلیل یک پرتو مخروطی شکل ایجاد نموده و امکان تمرکز دو بعدی را فراهم می نماید، موجب افزایش رزولوشن تصویر در رشته میانه میگردد.

شکل۵: پروب های سکتور آرایه فازی حلقوی
شکل۵: پروب های سکتور آرایه فازی حلقوی

انواعی از پروب ها در شکل (۶)دیده می شود.

شکل۶: انواع پروب
شکل۶: انواع پروب

منابع:
۱- مهدی مرکباتی،پیدا کردن مرزهای قلب انسان در تصاویر اکوکاردیوگرافی با استفاده از تبدیل ویولت،
( کارشناسی ارشد، برق، گرایش الکترونیک، ۱۳۸۵ )
۲- رمضان بخشیان استرس اکوکاردیوگرافی ، تهران، نشر شورا، ۱۳۷۹
۳- زهرا حقیقی، اصول اکوکاردیوگرافی ، تهران، نشر ماهتاب، ۱۳۸۳
۴- دکتر حجت اله خواجه پور، آشنایی با روشهای مختلف تصویربرداری، فصل نامه آموزشی دانشکده پزشکی دانشگاه علوم پزشکی بقیه ا… (عج)، سال چهاردهم، شماره ۸۴٫

منبع : ماهنامه تجهیزات پزشکی شماره ۱۹۳

نویسنده: سید مسعود زرگری، کارشناس مهندسی پزشکی و کارشناس ارشد مهندسی برق s.masoud.zargari@gmail.com

 

>> مجله تخصصی مدیکیار

>> فروشگاه مدیکیار

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

توسط
تومان