อัลตราซาวด์ทางการแพทย์
อัลตราซาวด์คืออะไร
อัลตราซาวนด์ไม่ต่างจากคลื่นเสียงที่เราคุ้นเคยมากนัก ยกเว้นว่าเราไม่ได้ยิน "เสียง" ของมัน เมื่อความถี่ของคลื่นเสียงถึงมากกว่า 20 kHz ซึ่งอยู่นอกเหนือช่วงที่คนปกติสามารถรับรู้ คลื่นเสียงประเภทนี้เรียกว่าอัลตราซาวนด์ ในทำนองเดียวกัน หากความถี่ของคลื่นเสียงต่ำกว่าช่วงที่มนุษย์ได้ยิน แสดงว่าเป็นคลื่นอินฟาเรด ดังนั้นในคุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ โดยพื้นฐานแล้ว คลื่นอัลตราโซนิกจะเหมือนกับคลื่นเสียง คลื่นอัลตราซาวนด์/คลื่นเสียงเป็นคลื่นกล คลื่นตามยาว และคลื่นแรงดัน การแพร่กระจายโดยการสั่นสะเทือนของอนุภาคและการสั่นสะเทือนของอนุภาคจะยังคงสร้างพื้นที่ความดันค่อนข้างสูงและต่ำ (ดังแสดงในรูปด้านล่าง) และทิศทางการสั่นสะเทือนสอดคล้องกับทิศทางการแพร่กระจายดังนั้นการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิก ต้องใช้สื่อ ภายใต้สื่อต่าง ๆ ความเร็วของคลื่นอัลตราโซนิกจะแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ความเร็วในอากาศประมาณ 340 เมตรต่อวินาที ในร่างกายมนุษย์ประมาณ 1,540 เมตรต่อวินาที และความเร็วในสุญญากาศเท่ากับ 0 อัลตราซาวนด์มีการใช้งานที่หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการแพทย์ ด้วยวิธีการที่ไม่มีกัมมันตภาพรังสี อัลตราซาวนด์สามารถช่วยแพทย์ในการวินิจฉัยผู้ป่วยได้ดีขึ้น จะขยายความในรายละเอียดในภายหลัง
วิธีสร้างอัลตราซาวนด์
การสร้างคลื่นอัลตราโซนิกและการสร้างคลื่นเสียงเป็นไปตามหลักการเดียวกัน สำหรับคลื่นเสียง เรามักจะใช้โทรศัพท์เป็นตัวอย่าง เมื่อพูด เสียง (พลังงานกล) จะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า (พลังงานไฟฟ้า) ที่เคลื่อนที่ไปยังปลายอีกด้านหนึ่ง จากนั้นเมื่อฟัง สัญญาณไฟฟ้าจะถูกแปลงกลับเป็นเสียง กระบวนการนี้เหมือนกันทุกประการกับกระบวนการสร้างและรับคลื่นอัลตราโซนิก และหลักการของพวกมันคือเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริก ผลกระทบของเพียโซอิเล็กทริกคือวัสดุบางชนิด เช่น ควอตซ์ จะสร้างแรงดันไฟฟ้าในระดับหนึ่งบนพื้นผิวของมันเมื่ออยู่ภายใต้แรงดันทางกล และถ้าเราใช้แรงดันไฟฟ้ากับพื้นผิว มันจะทำให้เกิดการเสียรูปทางกลในระดับหนึ่ง ด้วยการควบคุมสัญญาณไฟฟ้าที่แม่นยำ เราจึงสามารถสร้างและรับคลื่นอัลตราโซนิกได้ ปัจจุบัน PZT เป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปในเครื่องมืออัลตราโซนิก ในการทำงานปกติของเครื่องมือ คลื่นอัลตราโซนิกมักจะปรากฏในรูปแบบของพัลส์มากกว่าคลื่นต่อเนื่อง ดังนั้นโดยทั่วไป PZT จะรับสัญญาณพัลส์ไฟฟ้า สร้างคลื่นอัลตราโซนิก จากนั้นจึงเริ่มตรวจสอบ และรับกลับเป็นหนึ่ง หลังจากนั้นอีก สัญญาณอัลตราโซนิกจะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สอดคล้องกันสำหรับการประมวลผลข้อมูลเพิ่มเติม และวงจรจะทำซ้ำจนกว่าการสแกนจะเสร็จสิ้น
การขยายพันธุ์ของอัลตราซาวนด์ในร่างกายมนุษย์
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ความเร็วของคลื่นอัลตราโซนิกในร่างกายมนุษย์อยู่ที่ประมาณ 1,540 เมตรต่อวินาที ซึ่งอันที่จริงแล้วเป็นค่าเฉลี่ยและเป็นความเร็วในการสอบเทียบที่ใช้โดยเครื่องมืออัลตราโซนิกในกรณีส่วนใหญ่ ดังจะกล่าวในภายหลัง การถ่ายภาพอัลตราซาวนด์อาศัยการประมาณความเร็วของอัลตราซาวนด์ และความแม่นยำของภาพจะส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของภาพ จากนั้นสำหรับอวัยวะและเนื้อเยื่อต่าง ๆ ความเร็วในการส่งจะแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในสมองประมาณ 1,510 เมตรต่อวินาที ในตับและไตประมาณ 1,560 เมตรต่อวินาที ในกล้ามเนื้อ 1,570 เมตรต่อวินาที เป็นต้น ซึ่งไม่ต่างจากค่าเฉลี่ยมากนัก อย่างไรก็ตาม ความเร็วอัลตราโซนิกของไขมันนั้นอยู่ที่ประมาณ 1440 เมตรต่อวินาทีเท่านั้น ความแตกต่างของความเร็วนี้ทำให้คุณภาพของภาพอัลตราโซนิกลดลงอย่างมากสำหรับผู้ป่วยโรคอ้วน ในกรณีนี้ เครื่องมือจะปรับเทียบใหม่หรือปรับความเร็วแบบไดนามิก
เนื่องจากอัลตราซาวนด์เป็นคลื่นชนิดหนึ่ง มันจะสร้างปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับคลื่นด้วยเนื้อเยื่อและอวัยวะต่างๆ ในระหว่างการแพร่พันธุ์ของร่างกายมนุษย์ ปรากฏการณ์เหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับการถ่ายภาพด้วยอัลตราซาวนด์ ส่วนใหญ่เป็นการส่ง การสะท้อน การกระเจิง และการหักเหของแสง เมื่อ PZT ปล่อยคลื่นอัลตราโซนิกและสัมผัสกับอวัยวะ/เนื้อเยื่อของมนุษย์ ส่วนหนึ่งของคลื่นสามารถเจาะและแพร่กระจายลึกเข้าไปในร่างกายมนุษย์ต่อไปตามทิศทางเดิม ซึ่งเป็นการส่งผ่านและพลังงานของคลื่นจะถูกดูดซับบางส่วนในกระบวนการ ส่วนที่เหลือของคลื่นที่กลับมาในทิศทางตรงกันข้ามและได้รับโดย PZT ส่วนนี้เป็นคลื่นสะท้อนกลับ และสัญญาณของคลื่นสะท้อนเหล่านี้เป็นวัตถุดิบหลักสำหรับการถ่ายภาพ พลังงานของคลื่นที่กระจัดกระจายมักจะมีขนาดเล็กมากและคลื่นหักเหจะรบกวนการถ่ายภาพ โดยทั่วไป ความสามารถของอัลตราซาวนด์ในการส่งผ่านและความสามารถของอวัยวะ/เนื้อเยื่อในการดูดซับอัลตราซาวนด์จะเป็นตัวกำหนดว่าอัลตราซาวนด์สามารถ "มองเห็น" ได้ลึกเพียงใด เพราะยิ่งความถี่ต่ำเท่าไร การเจาะอัลตราซาวนด์ก็จะยิ่งแรงขึ้น ดังนั้นเมื่อแพทย์จำเป็นต้องมองลึกลงไปก็มักจะใช้เครื่องตรวจจับความถี่ต่ำ (Transducer) แต่ความถี่ต่ำมักจะทำให้คุณภาพของภาพลดลง นี่เป็นการประนีประนอมที่ต้องทำและจะมีการหารือในรายละเอียดในภายหลังเมื่อเราพูดถึงเครื่องตรวจจับ
ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับการถ่ายภาพอัลตราซาวด์ทางการแพทย์
ด้วยการวิจัยและความต้องการทางการแพทย์ที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น ภาพอัลตราซาวนด์ได้เปลี่ยนจาก 1D เป็น 3D/4D เท่านั้น เครื่องมืออัลตราซาวนด์สามารถรองรับโหมดการถ่ายภาพที่หลากหลายเพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ป่วยและแพทย์ที่แตกต่างกัน ต่อไปนี้จะแนะนำโหมดการถ่ายภาพกระแสหลักหลายโหมด
โหมด A: เรียกว่า 1D ซึ่งเป็นโหมดที่ง่ายที่สุด เครื่องตรวจจับปล่อยคลื่นของคลื่นอัลตราโซนิกในทิศทางที่แน่นอน และเครื่องมือแสดงสมการระหว่างสัญญาณที่สะท้อนกับความลึก และภาพจะคล้ายกับสัญญาณที่เรามักจะเห็นบนออสซิลโลสโคป โหมด A เป็นโหมดหลักของเครื่องมืออัลตราซาวนด์ในยุคแรก ๆ และปัจจุบันมีการใช้งานน้อย แต่ก็ยังสามารถนำมาใช้เพื่อเป็นแนวทางคลื่นพลังงานสูงในการรักษาเนื้องอกระหว่างการผ่าตัด
โหมด B: B คือความสว่างที่นี่ ในโหมดนี้ ตัวตรวจจับจะสแกนพื้นที่และสร้างภาพ 2D ระดับสีเทา นี่เป็นหนึ่งในโหมดที่ใช้บ่อยที่สุด ยิ่งสีจางลง (สีขาว) สัญญาณที่สะท้อนออกมาจะแรงขึ้น โดยทั่วไปแล้วพื้นผิวของอวัยวะ/เนื้อเยื่อ และยิ่งสีเข้ม (สีดำ) มากเท่าใด สัญญาณที่สะท้อนกลับยิ่งอ่อนลงเท่านั้น
โหมด M: M คือการเคลื่อนไหวที่นี่ ในโหมดการเคลื่อนไหว เครื่องมือจะทำการสแกนและถ่ายภาพในโหมด B อย่างรวดเร็ว เพื่อให้แพทย์สามารถเห็นการเคลื่อนไหวของอวัยวะ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการวินิจฉัยที่เกี่ยวข้องกับหัวใจ
โหมด Doppler: โหมด Doppler ตั้งชื่อตามปรากฏการณ์ Doppler เพื่อวัดความเร็วของวัตถุที่เคลื่อนที่ ในโหมด Doppler แพทย์สามารถตรวจสอบการไหลเวียนและทิศทางของเลือดเพื่อระบุรอยโรคที่เป็นไปได้ในหลอดเลือด
Color Doppler: โหมดนี้สามารถเข้าใจได้ง่ายๆ ว่าเป็นโหมด B/M-mode บวกกับ Doppler นั่นคือบนพื้นฐานของภาพระดับสีเทา 2D โหมด doppler และการปรับเทียบสีจะใช้เพื่อแสดงตำแหน่ง การไหลเวียนของเลือด อัตราการไหล และ ทิศทางของหลอดเลือด
3D/4D: โหมด 3D เป็นภาพ 3 มิติที่สามารถนำเสนออวัยวะ/เนื้อเยื่อได้ สำหรับ 4D มันคือภาพ 3 มิติแบบเรียลไทม์ ในขณะที่เครื่องมืออัลตราซาวนด์ขั้นสูงจำนวนมากปรับใช้โหมด 3D และ 4D แต่โดยทั่วไปมักไม่ค่อยได้ใช้งานมากนัก
