الموجات فوق الصوتية الطبية
ما هي الموجات فوق الصوتية
لا تختلف الموجات فوق الصوتية كثيرًا عن الموجات الصوتية المألوفة لدينا ، باستثناء أننا لا نستطيع سماع "صوتها". عندما يصل تردد الموجات الصوتية إلى أكثر من 2 0 كيلو هرتز ، وهو ما يتجاوز النطاق الذي يمكن للأشخاص العاديين إدراكه ، فإن هذا النوع من الموجات الصوتية يسمى الموجات فوق الصوتية. وبالمثل ، إذا كان تردد الموجة الصوتية أقل من النطاق الذي يمكن أن يسمعه البشر ، فهي عبارة عن موجة دون صوتية. لذلك في الخصائص الفيزيائية الأخرى ، فإن الموجات فوق الصوتية هي في الأساس نفس الموجات الصوتية. الموجات فوق الصوتية / الموجات الصوتية هي نوع من الموجات الميكانيكية ، الموجة الطولية وموجة الضغط. ينتشر عن طريق اهتزاز الجسيمات ، وسيستمر اهتزاز الجسيمات في توليد مناطق ضغط عالية ومنخفضة نسبيًا (كما هو موضح في الشكل أدناه) ، واتجاه اهتزازها متوافق مع اتجاه الانتشار ، وبالتالي فإن انتشار الموجات فوق الصوتية يتطلب وسيط. تحت وسائط مختلفة ، تختلف سرعة الموجات فوق الصوتية. على سبيل المثال ، تبلغ السرعة في الهواء حوالي 340 مترًا في الثانية ، وفي جسم الإنسان تبلغ حوالي 1540 مترًا في الثانية ، وسرعة الفراغ 0. للموجات فوق الصوتية مجموعة واسعة من التطبيقات ، خاصة في المجال الطبي. كطريقة غير مشعة ، يمكن أن تساعد الموجات فوق الصوتية الأطباء في إجراء تشخيص أفضل للمرضى. سيتم توسيعه بالتفصيل لاحقًا.
كيفية توليد الموجات فوق الصوتية
يعتمد توليد الموجات فوق الصوتية وتوليد الموجات الصوتية على نفس المبدأ. بالنسبة للموجات الصوتية ، عادة ما نستخدم الهاتف كمثال. عند التحدث ، يتم تحويل الصوت (الطاقة الميكانيكية) إلى إشارات كهربائية (طاقة كهربائية) تنتقل إلى الطرف الآخر ، ثم عند الاستماع ، يتم تحويل الإشارات الكهربائية مرة أخرى إلى صوت. هذا هو بالضبط نفس عملية توليد واستقبال الموجات فوق الصوتية ، ومبدأها هو التأثير الكهروضغطي. التأثير الكهرضغطية هو أن بعض المواد ، مثل الكوارتز ، ستولد درجة معينة من الجهد على سطحها عندما تتعرض لضغط ميكانيكي ؛ وإذا طبقنا جهدًا على سطحه ، فسوف ينتج عنه درجة معينة من التشوه الميكانيكي. ثم من خلال التحكم الدقيق في الإشارات الكهربائية ، يمكننا توليد واستقبال الموجات فوق الصوتية. في الوقت الحاضر ، تعد PZT أكثر المواد المستخدمة في أجهزة الموجات فوق الصوتية شيوعًا. في التشغيل العادي للأداة ، تظهر الموجات فوق الصوتية عادةً على شكل نبضات بدلاً من الموجات المستمرة ، لذلك بشكل عام ، تستقبل PZT إشارة النبض الكهربائي ، وتولد موجة فوق صوتية ، ثم تبدأ في المراقبة ، ويعيد الاستقبال موجة واحدة بعد آخر. يتم تحويل الإشارات فوق الصوتية إلى إشارات كهربائية مقابلة لمزيد من معالجة البيانات ، وتتكرر الدورة حتى اكتمال الفحص.
انتشار الموجات فوق الصوتية في جسم الإنسان
كما ذكرنا سابقًا ، تبلغ سرعة الموجات فوق الصوتية في جسم الإنسان حوالي 1540 مترًا في الثانية ، وهي في الواقع قيمة متوسطة وهي أيضًا سرعة المعايرة التي تستخدمها أجهزة الموجات فوق الصوتية في معظم الحالات. كما سيتم ذكره لاحقًا ، يعتمد التصوير بالموجات فوق الصوتية على تقدير سرعة الموجات فوق الصوتية ، وسيكون لدقتها تأثير مباشر على جودة الصورة. ثم تختلف سرعة الإرسال للأعضاء والأنسجة المختلفة. على سبيل المثال ، تبلغ مساحتها حوالي 1510 مترًا في الثانية في الدماغ ، وحوالي 1560 مترًا في الثانية في الكبد والكلى ، و 1570 مترًا في الثانية في العضلات ، وما إلى ذلك. وهذه لا تختلف كثيرًا عن المتوسط. ومع ذلك ، فإن سرعة الموجات فوق الصوتية في الدهون تبلغ حوالي 1440 مترًا في الثانية فقط. هذا الاختلاف في السرعة يجعل جودة الصورة بالموجات فوق الصوتية تنخفض بشكل كبير بالنسبة للمرضى الذين يعانون من السمنة المفرطة ، لذلك في هذه الحالة ، ستقوم الأداة بإعادة معايرة السرعة أو ضبطها ديناميكيًا.
نظرًا لأن الموجات فوق الصوتية هي نوع من الموجات ، فإنها ستنتج أيضًا ظواهر فيزيائية مرتبطة بالموجات بأنسجة وأعضاء مختلفة أثناء انتشار جسم الإنسان. هذه الظواهر هي أساس التصوير بالموجات فوق الصوتية. بشكل أساسي الإرسال والانعكاس والتشتت والانكسار. عندما يصدر PZT موجات فوق صوتية ويصادف أعضاء / أنسجة بشرية ، يمكن أن يخترق جزء من الموجات ويستمر في الانتشار بعمق داخل جسم الإنسان على طول الاتجاه الأصلي ، وهو الإرسال وسيتم امتصاص طاقة الأمواج جزئيًا في هذه العملية ؛ الجزء المتبقي من الموجات التي تعود في الاتجاه المعاكس والتي تستقبلها PZT ، هذا الجزء هو الموجة المنعكسة ، وإشارة هذه الموجات المنعكسة هي المادة الخام الرئيسية للتصوير ؛ عادة ما تكون طاقة الموجات المتناثرة صغيرة جدًا ، وسوف تتداخل الموجات المنكسرة مع التصوير. بشكل أساسي ، قدرة الموجات فوق الصوتية على الإرسال وقدرة الأعضاء / الأنسجة على امتصاص الموجات فوق الصوتية تحدد مدى العمق الذي يمكن أن "تراه" الموجات فوق الصوتية. نظرًا لانخفاض التردد ، يكون اختراق الموجات فوق الصوتية أقوى ، لذلك عندما يحتاج الأطباء إلى رؤية أعمق ، غالبًا ما يتم استخدام كاشف بتردد أقل (محول طاقة) ، لكن التردد المنخفض يؤدي عادةً إلى تدهور جودة الصورة. هذه مقايضة يجب القيام بها وسيتم مناقشتها بالتفصيل لاحقًا عندما نتحدث عن أجهزة الكشف.
مقدمة في التصوير الطبي بالموجات فوق الصوتية
مع تعميق البحث والاحتياجات الطبية ، تغيرت صور الموجات فوق الصوتية من 1D فقط إلى 3D / 4D. يمكن لأجهزة الموجات فوق الصوتية الآن دعم مجموعة متنوعة من أوضاع التصوير لتلبية احتياجات مختلف المرضى والأطباء. يقدم ما يلي العديد من أوضاع التصوير السائدة.
الوضع A: هو ما يسمى بـ 1D ، وهو الوضع الأبسط. يصدر الكاشف موجة من الموجات فوق الصوتية في اتجاه معين ، ويعرض الجهاز المعادلة بين الإشارة المنعكسة والعمق ، والصورة تشبه الإشارة التي نراها عادة على مرسمة الذبذبات. كان الوضع A هو الوضع الرئيسي لأدوات الموجات فوق الصوتية المبكرة وهو أقل استخدامًا الآن ، ولكن يمكن استخدامه أيضًا لتوجيه الموجات عالية الطاقة لعلاج الأورام أثناء الجراحة.
الوضع B: B هو السطوع هنا. في هذا الوضع ، يقوم الكاشف بمسح منطقة ما ويقوم بإنشاء صورة ثنائية الأبعاد بتدرج الرمادي. هذا هو أحد أكثر الأوضاع استخدامًا. كلما كان اللون أفتح (أبيض) ، كانت الإشارة المنعكسة أقوى ، وعمومًا سطح العضو / الأنسجة ، وكلما كان اللون أغمق (أسود) ، كانت الإشارة المنعكسة أضعف.
الوضع M: M هو الحركة هنا. في وضع الحركة ، تقوم الأداة بإجراء مسح وتصوير سريع للوضع B ، بحيث يمكن للطبيب رؤية حركة العضو ، وهو أمر مهم بشكل خاص للتشخيص المتعلق بالقلب.
وضع دوبلر: وضع دوبلر ، سمي على اسم استخدام ظاهرة دوبلر لقياس سرعة الأجسام المتحركة. في وضع دوبلر ، يمكن للأطباء مراقبة تدفق واتجاه الدم لتحديد الآفات المحتملة في الأوعية الدموية.
لون دوبلر: يمكن فهم هذا الوضع ببساطة على أنه وضع B / M-mode بالإضافة إلى Doppler ، أي على أساس الصور ثنائية الأبعاد ذات التدرج الرمادي ، يتم استخدام وضع دوبلر ومعايرة الألوان لعرض الموضع وتدفق الدم ومعدل التدفق و اتجاه الأوعية الدموية.
3D / 4D: الوضع ثلاثي الأبعاد هو صورة ثلاثية الأبعاد يمكنها عرض الأعضاء / الأنسجة. أما بالنسبة إلى 4D ، فهي صورة ثلاثية الأبعاد في الوقت الفعلي. في حين أن العديد من أجهزة الموجات فوق الصوتية المتقدمة تستخدم أوضاعًا ثلاثية الأبعاد ورباعية الأبعاد ، إلا أنها لا تُستخدم كثيرًا بشكل عام.
