ULTRASONOGRAF AYEGL DL SOYLU SES NEDR Denge durumunda

ULTRASONOGRAFİ AYŞEGÜL İDİL SOYLU

SES NEDİR? • Denge durumunda bulunan bir ortamda taneciklerin mekanik titreşim hareketi sesi meydana getirir. (ancak her titreşim hareketi muhakkak bir ses meydana getirmez)

Ses dört kategoride sınıflandırılabilir: • İnfrases (İnfrasound): Frekansı 0 -20 Hz arasındadır. • Duyulabilir Ses (Audible Sound): Frekansı 20 -20. 000 Hz arasındadır. İnsan en iyi 250 Hz ve 3000 Hz arasındaki konuşma frekansı bölgesini duyar. • Ultrases (Ultrasound): Frekansı 20. 000 -1 GHz arasındadır. (İnsan işitemez) • Hiperses (hipersound): Frekans>1 GHz olan sestir.

Ses dalgalarının tekrarlanan seri basınç dalgaları yayıldığı ortamlardaki molekülleri titreştirerek longitudinal ilerler.

Ses dalgaları maddesel ortamlarda yayılır, boşlukta ise yayılmaz.

Periyod (T): bir tam devir süresi (saniye) Frekans (f): saniyedeki devir sayısı(Hertz) Dalga boyu (λ): bir periodda alınan mesafe (metre)

Amplitüd/genlik (A): orjin-tepe ya da orjin-çukur mesafesi Dalganın amplitüdü transfer ettiği enerji ile doğru orantılı

F=1/T

V=f x λ Ultrasonik frekanslarda belli bir ortamdaki ses hızı sabit olduğu için frekans artınca sesin dalga boyu kısalmaktadır. Ses frekansı 1, 5 MHz‘den 3 MHz’e çıkınca dalga boyu da 1 mm’ den 0, 5 mm’ye düşer. Seramik disklerin kalınlığı ürettikleri ses frekansı ile ters orantılıdır. (bu durum üretilebilecek maksimum frekansı sınırlar).

Ultrasesin etkileri • Fiziksel etki • Kimyasal etki • Biyolojik etki

Fiziksel Etkileri: a) Kabarcık Oluşumu: Yeterince büyük şiddetli ultrases dalgaları sıvılarda kabarcıklanma yaratır. Bu yol ile sıvı içerisinde bulunan katı cisimciklerin ve bakterilerin parçalanmasını sağlar. b) Isı Etkisi: ses titreşim enerjisi ısı enerjisine dönüşerek ortamı ısıtır. c) Sis Oluşumu: Bir sıvı içerisinde ilerleyen şiddetli bir ultrases dalgası hava-sıvı sınırında yansıdığı zaman sıvı molekülleri püskürür ve sıvı yüzeyinde bir sis tabakası gözlenir. d) Gazdan Arıtma: Bazı durumlarda katı ve sıvı içinde çözünmüş bulunan gazların arıtılması gerekebilir. Bu amaç ile gazdan arıtılmak istenen madde de ultrasese tabi tutulur.

Kimyasal Etkileri: a) Reaksiyon hızlanması B) Oksitlenme c) bileşim bozulması d) Kristallenme e) kaynama sıcaklığının değişmesi f) molekül zincirlerinin parçalanması

Ultrasesin Biyolojik Etkileri a) Isı Etkisi: ultrasese maruz kalmış organın sıcaklığı artar. b) Mikro Masaj Etkisi: ultrases bir organda yayılırken hücre grupları periyodik basınç değişimine maruz kalır. c) Elektriksel Etkisi: ultrasesin oluşturduğu basınç değişimi iri biyolojik parçacıkların elektriksel kutuplanmasına yol açar. (PİEZOELEKTRİK OLAY) d) İvme Etkisi: ultrases titreşimini alan bir ortam parçacığı oldukça büyük bir ivme ile titreşir.

ULTRASES NASIL ÜRETİLİR? Ultrases 3 metodla elde edilir. Mekanik: özel olarak hazırlanmış membranların titreştirilmesi Piezo-elektrik(500 MHz) : en sık yöntem Magnetostriktif (300 KHz) ilk kez 1880’de Piere ve Jacques CURİES kardeşlerce, piezoelektrik özellik gösteren kristaller yardımı ile üretilmiştir.

Ultrases üretiminde kuartz, lityum sülfat, kadmium sülfat, çinko oksit, tourmaline, baryum, titanat, kurşun titanat gibi piezoelektrik özelliğine sahip kristaller kullanılmaktadır. Kuartz ve turmalin en yaygın kullanılan piezoelektrik kristallerdir. Curie noktası: Bir kristalin piezoelekterik özelliğini kaybettiği sıcaklık noktası. Doğada düşük sıcaklıklarda piezoelektrik etki gösteren birçok kristal vardır. Ancak bunların çoğu oda sıcaklığında istenilen piezoelektrik özellikleri gösteremediğinden ultrason dönüştürücüsü olarak kullanılmaz.

• US’da kullanılan enerji ultrases olup temel çalışma prensibi echo/yankıdır. • Ultrason cihazı ses dalgalarının değişik yoğunlukta dokular içinde farklı hızlarda ilerlemesi ve yansıması prensibine dayanır. • Görüntüler yansıyan sesin amplütüdüne göre bilgisayar tarafından işlenerek elde edilir. • Kesitsel bir görüntüleme yöntemidir, gerçek zamanlı görüntü verir.

Piezoelektrik özellikte kristal disk şeklinde kesilip, yüzeyleri ince iletken bir metal(altın, gümüş, alüminyum ) ile kaplanır. Kristalin alt ve üst yüzeylerine mekaniksel basınç uygulanırsa, bu yüzeylerde kutuplanmalar, tersi bir uygulama sonucunda ise devamlı değişen voltajın frekansına bağlı seri bir şekilde uzama ve kısalmalar elde edilir. Bu mekaniksel uzayıp kısalmalar (titreşimler) da bize ultrasesi verir. Elektrik akımının veya manyetik alanın, kristaller tarafından basınç dalgaları yoluyla mekanik enerjiye çevrilmesi ile enerji form değiştirmektedir.

Piezoelektrik olay üzerine mekanik bir basınç uygulanan bazı kristal ve seramik malzemelerde bir elektriksel gerilimin oluşmasıdır.

Piezoelektrik olay; çift yönlüdür. • Elektriksel uyarım kristali mekanik olarak komprese ettiğinde ultrases • Ultrasesin mekanik basıncı kristali kompresyona uğrattığında elektriksel sinyaller oluşur. Ters piezoelektrik olayla ultrases elde Normal piezoelektrik olayla ultrases edilir, sistem verici olarak kullanılır. algılanır, sistem alıcı olarak kullanır. (voltaja bağlı uzama ve kısalma) (mekanik etkiye bağlı kutuplanma)

Dokularda sesin yayılma hızı, dokunun iki önemli parametresine bağlıdır. Dokunun elastisitesi (en önemli faktör: TO) Dokunun dansitesi (atom no ile ilişkili)

Ultrasonografik sesin hızı; dalganın bulunduğu ortama göre değişkendir. Elastisite Madde Hava Kan Kas Kemik Yağ sesin dokudaki yayılma hızı Yoğunluk 0, 001 1, 06 1, 85 0, 93 Ses hızı (m/s) 330 1560 1570 3360 1480 gazlarda en yavaş katılarda da en hızlı Dokulardaki ortalama hız 1540 m/s Hız yağ dokusunda(kompressibl) daha düşük iken katı ve sıvılarda(az kompressibl) yüksek

Sesin şiddeti (ultrases enerjisinin kuvveti) • cm 2 başına düşen güç/ belirli bir alanda belirli süre akan enerjidir (watt/cm 2/sn) • Diagnostik US cihazlarında kullanılan sesin şiddeti 1 -40 mili. Watt • Doku harabiyeti 4 Watt gibi çok yüksek değerlerde oluşur

Sesin demet yapısı ve uzanımı • Yakın zon(fresner) Ses demeti lineer seyreder En iyi aksiyal rezolüsyonu Genişliği US frekansı ile transdüser çapının bir fonksiyonu • Fokal zon İki zon sınırındaki bölge En iyi lateral rezolüsyon • Uzak zon(fraunhofer) Ses demetinin paralelizmini kaybettiği ve bir yelpaze gibi açılarak genişlediği alan İmaj rezolüsyonu giderek azalmakta, periferdeki objeler distorsiyone

Ultrases İle Madde Arasındaki Ara Yüz Etkileşimleri • Yansıma (reflection) • Saçılma (scattering) • Kırılma (refraction)

Yansıma (reflection) Belirleyici faktörler 1 -Akustik impedans arası fark 2 - Ses dalgalarının karşılaştığı dokunun yüzeyi (düzgün ise yansıma, düzensiz ise saçılma) 3 -Yansıtıcı yüzeyle sesin dalga boyları arasındaki ilişki 4 -İnsidans (çarpma) açısı: Ses demetinin yansıtıcı yüzey ile yaptığı açıdır, dik açıya yaklaştıkça yansıma azalır.

Ses dalgalarının tümünün kırılma göstermeksizin yansıdığı açıya kritik açı denir, her ortamda ses hızı ile ilişkili olarak değişiklik gösterir

Akustik empedans(z): Ortamın sesin yayılmasına gösterdiği direnç (z=d x v) • Ses dalgası yayıldığı ortamınkinden farklı akustik empedanslı bir ortam yüzeyi ile karşılaşırsa tam/kısmen yansır • İmpedans farklılığı • Geriye dönüş miktarı R = z 2 –z 1/ z 2 +z 1 (İlk ortamın akustik empedansı z 1 ikinci ortamınki z 2) R = 0 (z 2 = z 1) ise yansıma olmaz R = 1 ise z 2 z 1’den çok büyüktür ve tam yansıma olur yansıma Hava ile doku arasındaki yaklaşık R = 1’dir yani akustik impedans farkı çok fazladır. Sesin tamamı yansımasın diye prob ile cilt yüzeyi arasındaki hava katmanını ortadan kaldırıp R’yi küçültmek için akustik jel kullanılır

• Penetrasyon: sesin doku içinde derine ulaşması • Frekans doku içerisindeki absorbsiyon penetrasyon Vücudun derin bölümlerinde (abdomen) düşük frekanslı (3. 5 -5 MHz) Yüzeyel vücut parçalarını (tyroid, meme) yüksek frekanslı (7. 5 -10 MHz) ultrases kullanılır.

Saçılma (scattering) Yansıtıcı yüzey boyutu dalga boyutundan küçükse oluşur Saçılma her yöne Birbirini güçlendirir veya zayıflatır Görüntüde beneklenmeye neden olur

Kırılma (refraction) • • Ses dalgalarının bir ortamdan diğerine geçerken gösterdiği yön değişikliği Farklı ses hızlarına sahip ortamlar arası sınırda yön değişikliği (snell kanunu) Rezolüsyon kaybına, spatial distorsiyona ve artefaktlara neden olur Kırılma açısı ultrasesin ortamdaki hızı ile ilişkilidir Yanlış konum ve derinlikte gösterir Sınıra dik ses ile azaltılabilir

Ortam İçi Etkileşim Absorbsiyon (soğurulma) Atenüasyon (zayıflama) Ses frekansı ve ortamların fiziksel özellikleri ile ilişkili

Absorbsiyon: Ses dokuda yayılırken sadece bir kısım hareket enerjisi diğer doku parçacıklarına hareket enerjisi olarak iletilir, kalan kısmı ise ısıya dönüşür. Titreşim enerjisi kat edilen mesafe ile gittikçe azalır. sesin dokuda ulaşacağı derinlik: yüksek frekanslı ses < düşük frekanslı ses

Atenüasyon (zayıflama): dokudaki ilerleyişi sırasında absorbsiyon, yansıma ve saçılmasına bağlı ses demetinin zayıflaması

USG cihaz elemanları • Transmitter (aktarıcı) • Transduser (çevirici) • Receiver (alıcı) ve işlemci • Görüntü oluşturucu • Görüntü kaydedici

Transmitter Belirli aralıklarla kısa süreli yüksek voltaj şeklinde transdusere enerji gönderir.

Transduserlerin yapılacağı materyalde bulunması gereken özellikler 1. Piezoelektrik karakteristiğe sahip olmalı 2. Homojen yapıda olmalı 3. Arzu edilen şekil ve büyüklükte çalışılmasına izin vermeli 4. Sıcaklık nedeniyle özelliklerinde çok az değişim olmalı 5. İç direnci mümkün olduğunca düşük olmalı 6. Fiziksel ve kimyasal özellikleri uzun süre muhafaza etmeli

Transduser(çevirici) prob adı verilen bir başlıkta taşınır. Koruyucu tabaka Lens Aktif piezoelektrik kristal (voltaj farkı=ses, kompresyon=elektrik) Uyum sağlayıcı tabakalar Arka destek bloğu

Piezoelektrik kristal kalınlığı sesin frekansı ile ters orantılıdır.

Akustik impedans farkını azaltarak yansımayı azaltır. Kauçuk ya da lastik Sekonder vibrasyonu azaltır

• Real –time US dinamik inceleme • 1 sn’de çok sayıda ses demeti pulsu gönderip toplar ve resim karesi (frame) oluşturur • Frame, birim zamanda elde olunan görüntü elementi sayısı – görüntüleme alanının genişliği(FOV) – görüntüleme derinliği – birim zamanda gönderilen puls sayısı • Sn’de 16 ve > tekrarlanan görüntüleme yapıldığında , göz bu imajları birbirinden ayrı ve kesikli değil , sinema filmi şeridinin hızlı hareketi gibi süregen bir görüntü olarak algılar

TRANSDUSERLER • Mekanik tip – Dönen diskli – Osilasyonlu • Elektronik tip – Lineer dizilimli – Konveks dizilimli – Faz dizilimli

Mekanik tip transdüserler: Öncül tip Tipleri: dönen diskli(3 -4 transduser) osilasyonlu (sektör transduser) Dezavantajları: sınırlı frame oranları inceleme alan darlığı distorsiyon

ELEKTRONİK TİP TRANSDUSERLER

Lineer dizilimli elektronik transdüserler : • Lineer olarak dizilmiş 64 -200 kristalin uyarılması ile görüntüleme alanı hızla taranır • Ardışık lineer; her bir transdüser elemanı bir sıra halinde uyarılır, lateral rezolüsyonları düşüktür • Segmental lineer; ardışık 4 -5 transdüser elemanı eş zamanlı uyarılır, daha fazla görüntü çizgisi sağlamasından dolayı daha kaliteli görüntü oluşturur

Faz dizilimli elektronik transdüserler : Çok minimal zaman aralıkları ile kademeli olarak uyarılmakta ve görüntüleme alanı süpürülür tarzda taranmaktadır, ultrasesin yayılım ve ekoların toplanması şeklindedir sektör

SEKTÖR DİZİLİMLİ TRANSDUSER Kristaller düz ya da yarım halka şeklinde dizilir Prob yüzeyi eğimli Sektör ya da dilim şeklinde imaj Abdominal incelemede LİNEER DİZİLİMLİ TRANSDUSER Kristaller düz şekilde dizilir Prob yüzeyi düz Dikdörtgen imaj Süperfisiyal incelemede

Receiver (alıcı) ve işlemci Değişik derinliklerden gelen ekoların intensitelerinin ayarlanmasında kullanılan kontrol mekanizmaları • Zaman -Kazanç Kontrolü (Time-Gain Compansation =TCG) belirli derinlikten gelen eko sinyallerini güçlendirip homojenleştirir • Delay: TGC’nin hangi derinlikten itibaren sinyalleri güçlendireceğini belirler • İntensite: Pulsun daha güçlü ekolardan oluşmasını sağlar • Gain: Her derinlikten gelen eko orantılı olarak güçlendirilir • Rejekt: görüntü oluşturmaya yararı olmayan düşük şiddetteki ekoları ortadan kaldırır • Yakın / Uzak Gain • Enhancament: Ekoları güçlendirmeye yöneliktir

Zaman -Kazanç Kontrolü (Time-Gain Compansation =TCG)

Dinamik range (aralık) Transdusere dönen geniş amplitüd aralığındaki ekolar monitörlerin gösterebileceği aralığa sıkıştırılır

Gösterilebilen en yüksek ve en düşük amplitüdlerin oranı Desibel (d. B) Dinamik range arttıkça küçük ekojenite değişiklikleri ayırt edilebilir.

US Gösterim Metodları • A(amplitüd) mod • B(brightness)mod • M(motion) mod

A-Mod (Amplitid Mode /A-Scan) • Transdüsere geri dönen sesin oluşturduğu elektrik sinyalleri bir monitörde yalnızca amplitüdlerini aktaran grafikler şeklinde gösterilir • En önemli işlevi amplitüdler arası mesafe ile derinlik ölçümüdür • Ekoensefalografide ve tarafından kullanılmaktadır oftalmoglar

B –Mod(Brightnes-Mode/B-Scan) • Belli değerin altındaki amplitüdler gösterilmez (siyah), eşik değerin üstündekiler hep aynı parlaklıkta (beyaz) gösterilir. (2 ton) • Eşik değerin altında kaldığı için dikkate alınmayan, eşik değerden yüksek olduğu için hepsi aynı olarak yorumlanan bilgiler: karmaşa ve yetersizlik • Gri Skala: Yansıyan her eko şiddetine göre farklı gri tonla eşlendirilip ekrana öyle aktarılır 16 gri tonla başlanmış sonradan 128 ve daha fazla gri tonlara taşınmıştır

M-Mode(Motion-Mode) görüntüleme • Hareketli yapılardan yansıyan ekolar zaman-pozisyon grafiği şeklinde kaydedilir. • Kalbin inceleme yöntemidir. B ve M mod, mitral kapak hareketleri

Görüntü kalitesi=Geometrik (spatial) rezolüsyon Birbirine yakın iki noktanın ayrı görüntülenebilmesi Kesit kalınlığı: Transduser yapısıyla belirlenir, müdahale edilemez Aksiyal rezolüsyon Lateral rezolüsyon

Aksiyal rezolüsyon: Ses demeti doğrultusunda birbirinden ayırt edilebilen 2 nokta arası minimal mesafe f ile ilişkili Düşük dalgaboyu-yüksek frekans= yüksek aksiyal rezolüsyon=yüksek imaj detayı

Lateral rezolüsyon: Ses demetine dik, prob uzun eksenine paralel doğrultuda birbirinden ayırt edilebilen 2 nokta arasındaki minimal mesafe Efektif ses demeti genişliği ile D. O. Transduser boyutu küçüldükçe ve f arttıkça efektif ses demeti daralır=LR artar

f Aksiyel rezolüsyon ve lateral rezolüsyon Penetrasyon (yüzeyel doku)

US ARTEFAKTLARI Sesin kırılması ve/veya yansıtılması artefaktlara sebep olur. • Reverberasyon artefaktı • Ayna artefaktı • Kuyruklu yıldız artefaktı • Akustik gölge artefaktı • Akustik yankı artım artefaktı • Kırılma artefaktı • Duplikasyon artefaktı • Aksdışı artefaktı • Kesit kalınlığı artefaktı

Reverberasyon Artefakı • Transduser ile doku arasındaki aşırı akustik empedans farklılığı Reflektif yüzeyden gelen ekoların bir kısmının transduser yüzeyinden geri dönüp tekrar reflektif yüzeye çarpması neticesinde yansıtıcı yüzeyin gerisinde distale doğru gittikçe zayıflayan eko birikimine n. o. • Reflektif yüzeyin arkasında yüzeyin transdusere uzaklığına eşit mesafede yüzeyin daha zayıf ekolu görüntüsü oluşur. • Mesanede, safra kesesi ön duvarında

Ayna artefaktı • Ses demetinin düzgün ve güçlü bir yansıtıcı yüzey ile karşılaşmasıyla Güçlü yansıtıcı diafragma nedeniyle oluşmuş karaciğer hemanjiomu ayna artefaktı görüntüsü

Kuyruklu yıldız artefaktı • Ses demetinin kendisini zil gibi titreştirecek bir yapı ile karşılaşması sonucunda • Titreşim transdusere ardarda ekoların dönmesine ve ekojeniteleri giderek azalan kuyruk görünümüne n. o • RİA, saçma taneleri, biyopsi iğnesi, safra yollarında gaz, safra kesesi duvarındaki kolesterol polipleri

Akustik gölge • Sesin hemen tümünün yolu üzerindeki bir oluşum tarafından geriye yansıtılması sonucunda oluşur. • Kemik ve kalsifikasyonlar

Akustik artım • Ses demeti içinden geçtiği doku tarafından komşu dokulara göre daha az zayıflatıldığında ortaya çıkar. Ses demeti daha az soğurulduğundan ilgili yapıyı terk ettiğinde daha yoğundur. Bu durum terk ettiği yapı arkasında eko birikmesine n. o • Kistlerin posteriorunda oluşur.

Kırılma artefaktı • Ses demetinin değişik yayılım hızındaki bir dokudan diğerine geçişi sırasında ortaya çıkar. Sesin reflektif yüzeye çarpma açısı da rol oynar.

Duplikasyon artefaktı • Kırılmaya bağlı bir artefakttır. • Abdominal orta hatta yapılan transvers incelemede izlenir • Sesin yağ dokusu ve karın ön duvarındaki rektus kaslarının arka duvarının oluşturduğu yüzey tarafından kırılmasına bağlı gestasyonel kese, RIA, foley sondanın çiftmiş gibi görülmesi

Kesit kalınlığı artefaktı • Ses demetinin kalınlığı incelenen bir bölgedeki kistik bir oluşumun genişliğinden daha fazla olduğunda, ses demetinin bir kısmı kesit planı dışındaki yapılara çarpıp kist içine projeksiyon gösterir • İncelenen doku içerisinde çamur, püy benzeri bir görünüm

KAYNAKLAR • • Tanısal Ultrasonografi (Carol M. Rumack) Tanısal ultrasonografi(Sandra L. Hagen) Essentials Of Ultrasound Physics. (James A. Zagzebski) Temel ultrasonografi ve doppler. (Mustafa Seçil)

DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER