Babeh Edi

Fisika Suara Dari Dr Enjun SpOG

Suara merupakan suatu energi gelombang mekanis yang berupa getaran- getaran partikel yang berjalan melalui suatu media perantara, misalnya udara. Telinga manusia dapat mendengar suara bila gelombang suara tersebut mempunyai frekuensi 20–20.000 siklus per detik (Hertz). Gelombang suara yang datang akan menggetarkan gendang telinga kemudian impuls getaran tersebut dihantarkan ke indera dan pusat pendengaran.

Ultrasound atau suara ultra adalah gelombang suara berfrekuensi lebih dari 20.000 Hz. Kebanyakan peralatan diagnostik dalam kedokteran memakai frekuensi 1–10 MHz (1 MHz = 1.000.000 siklus/detik). Gelombang suara yang melalui medium menyebabkan partikel yang ada di dalam medium bergerak maju mundur secara longitudinal sehingga terjadi pemadatan (kompresi) dan peregangan partikel yang berdekatan. Jarak antara dua kelompok partikel yang memadat dan meregang disebut panjang gelombang (λ = lamda).

Panjang gelombang menentukan resolusi gambar USG. Makin pendek gelombang suara resolusinya makin baik. Saat ini, umumnya mesin USG yang ada memilikiλ antara 0,1–1,5 mm. Kecepatan suara ditentukan oleh kepadatan dan kompresibilitas media yang dilaluinya. Makin padat maka makin cepat kecepatan suaranya. Terdapat korelasi antara kecepatan suara (v = m/detik), frekuensi (f = Hertz), dan panjang gelombang (λ = meter) dengan rumus: v = f.λ Jaringan tubuh memiliki kecepatan suara yang berbeda-beda, misalnya udara 330 m/detik, lemak 1500 m/detik, air 1495 m/detik, otot 1545–1630 m/detik, jaringan lunak 1460–1615 m/detik, dan tulang 2700–4100 m/detik. Tulang
Agenda bahasan pada bab Fisika Dasar terdiri dari :
•
Fisika suara
•
Transduser
•
Interaksi suara dengan jaringan
•
Keamanan pemeriksaan USG
•
Tampilan gambar
•
Artefak
2
memiliki kecepatan hantaran gelombang suara tertinggi karena merupakan
jaringan tubuh yang paling padat.

Selain itu, perlu diperhatikan intensitas suara. Hal ini berkaitan dengan keamanan pemakaian USG. Intensitas suara adalah kekuatan suara per luas daerah tertentu (watt/cm2). Intensitas suara yang dipergunakan di kedokteran sangat kecil (milliwatt/cm2) dan biasanya tidak ditulis dalam bentuk absolut, tetapi dalam bentuk rasio (nisbah) dari dua intensitas suara, terutama dalam bentuk logaritmanya (dB). Makin tinggi intensitas suara yang dipergunakan, makin besar paparan energi yang diterima oleh sel, dan makin berbahaya bagi sel atau jaringan tersebut.
Gambar 2.1. Gelombang suara (λ )
Transduser

Transduser merupakan bagian terpenting dari peralatan USG karena dari alat ini suara ultra dihasilkan melalui zat yang bersifatpiezoelectric. Suatu benda dikatakan mempunyai sifatpiezoelectric apabila ketika bergetar akan menghasilkan listrik. Bila benda tersebut diberi aliran listrik kemudian bergetar maka disebut bersifat piezoelectric terbalik.

Suatu kristal alami yang disebutquartz mempunyai sifatpiezoelectric dan pertama kali dipergunakan untuk menghasilkan suara ultra. Saat iniquartz telah digantikan oleh keramik sintetik, misalnyabarium titanate dan lead zirconate
titanate yang mempunyai kemampuan bergetar lebih baik dari quartz.

Di dalam sebuah transduser bisa terdapat lebih dari 64 buah elemen kristal piezo (tebalnya kurang dari 1 mm) yang tersusun berderet-deret. Elemen tersebut berfungsi menghasilkan getaran suara-ultra dan menangkap getaran gema suara yang kembali yang kemudian diubah menjadi impuls listrik dan diubah ke dalam bentuk gambar di layar monitor. Bentuk penjejak yang paling sering dijumpai dalam bidang diagnostik suara-ultra adalah yang yang memiliki eleman ganda (multi-element transducer array) yang sanggup menghasilkan gambar USGreal-time. Alat untuk melakukan pemeriksaan USG yang langsung bersentuhan dengan tubuh pasien adalah transduser dan tersedia di pasaran dalam bentuklinear,kurvilinear, atausektor.
Dalam bidang obstetri dan ginekologi,transduser yang sering dipergunakan
adalah bentuk kurvilinear dan bulat atau sektor (untuk pemeriksaan
3

transvaginal). Bentuklinear masih dapat dipergunakan untuk USG obstetri dengan kehamilan di atas 12 minggu.Transduser transrektal hanya dipergunakan pada keadaan tertentu. Contoh transduserkurvilinear dapat dilihat pada Gambar 2.2
Gambar 2.2. Transduser Philips kurvilinear 2D dan 3D
(Sumber : RSPAD Gatot Soebroto Ditkesad)
Interaksi Suara dengan Jaringan

Gelombang suara yang melalui jaringan akan mengalami interaksi sehingga terjadi atenuasi (pelemahan intensitas suara) yang disebabkan oleh adanya pembiasan/penyimpangan berkas suara (divergensi), penyerapan energi suara (absorbsi), dan pantulan suara (defleksi). Energi yang diserap oleh jaringan akan menyebabkan peningkatan suhu jaringan. Makin tinggi frekuensi suara makin besar absorbsinya, makin banyak energi yang diserap jaringan makin sedikit suara yang dapat diteruskan. Oleh karena itu, untuk melihat organ tubuh yang terletak jauh dari transduser, diperlukan peralatan USG dengan frekuensi kurang dari 3 MHz, sedangkan untuk organ superfisial dipakai transduser dengan frekuensi tinggi, misalnya 7–10 Mhz.

Jumlah gelombang suara yang diabsorbsi juga tergantung pada kepadatan dan kekakuan jaringan yang dilewati. Makin padat dan kaku jaringan yang dilewati makin besar absorbsinya, misalnya tulang menyerap suara kira-kira 10 kali lebih besar dibanding jaringan lunak.
4
Pantulan gelombang suara dapat berupascattering ataureflection.
Scattering terjadi bila dimensi permukaan medium yang dikenai berukuran sama

besar atau lebih kecil dari panjang gelombang suara yang datang yang kemudian suara akan dipantulkan ke berbagai arah.Reflection terjadi bila dimensi permukaan medium yang dikenai lebih besar dari panjang gelombang suara yang datang.

Selain itu, bila suatu gelombang suara mengenai batas antara dua media maka sebagian dari gema suara tersebut akan dipantulkan dan sebagian lagi akan diteruskan/dibiaskan. Besarnya gema suara yang dipantulkan tergantung pada perbedaan acoustic impedances dari kedua medium tersebut.Acoustic
impedance adalah tahanan yang diberikan oleh suatu jaringan terhadap suara
yang melewatinya.
Acoustic impedance (z) tergantung pada densitas (p) dan kecepatan
suara (v) sehingga diperoleh rumus: z = p.v. Makin besar perbedaanacoustic
impedance dua buah jaringan yang dilewati gema suara maka makin banyak

suara yang dipantulkan. Udara mempunyai nilai z : 0,00004 (sangat kecil), dibandingkan jaringan lemak (z : 1,63), otot (z : 1,70) atau tulang (z : 7,80). Akibatnya hampir semua gema suara dari dan ke jaringan tertentu yang melewati udara akan dipantulkan sehingga hanya sedikit sekali gema suara yang akan diteruskan.

Agar gambar yang tampak pada layar monitor menjadi jelas, gelombang suara yang dipantulkan harus makin sedikit. Ada beberapa cara untuk mengurangi pantulan suara. Salah satu caranya dengan memberikan bahan perangkai (coupling agent), misalnya jeli atauaquasonic di antara permukaan kulit dan transduser. Cara-cara yang lain adalah membuat kandung kemih terisi cukup penuh sehingga kandung kemih tersebut berfungsi sebagai jendela akustik (acoustic window) untuk melihat organ pelvik di bawahnya atau dengan cara menggerakkan/mengubah posisi transduser agar tidak melewati gelembung udara yang berada di dalam usus atau tulang yang menghalangi organ atau jaringan di bawahnya.
Keamanan Pemeriksaan USG
Gelombang suara ultra yang dipergunakan dalam bidang diagnostik kedokteran
memiliki energi yang sangat kecil ( kurang dari 20 milliwatt per sentimeter
persegi) sehingga sampai kini tidak ada bukti klinis yang menyatakan bahwa

gelombang suara ultra tersebut berbahaya bagi janin. Meskipun demikian, ada prinsip umum yang harus diikuti yaitu lakukan pemeriksaan sesuai dengan kaidah-kaidah yang telah ditentukan dimana pemeriksa sudah kompeten didalam pemeriksaan USG.
AIUM (American Institute of Ultrasound in Medicine) memberikan panduan
dalam melakukan pemeriksaan USG diagnostik dan menyatakan bahwaUSG
aman dipergunakan dalam pemeriksaan obstetri dan ginekologi oleh mereka
yang memiliki pengetahuan dan keterampilan yang memadai (kompeten).

Meskipun alat ini aman, tetapi seorang Sonografer atau Sonologist haruslah orang yang berkompetensi dalam bidang pencitraan ini, artinya yang bersangkutan telah memiliki pengetahuan dan keterampilan yang memadai

Pantulan gelombang suara dapat berupascattering ataureflection.
Scattering terjadi bila dimensi permukaan medium yang dikenai berukuran sama

besar atau lebih kecil dari panjang gelombang suara yang datang yang kemudian suara akan dipantulkan ke berbagai arah.Reflection terjadi bila dimensi permukaan medium yang dikenai lebih besar dari panjang gelombang suara yang datang.

Selain itu, bila suatu gelombang suara mengenai batas antara dua media maka sebagian dari gema suara tersebut akan dipantulkan dan sebagian lagi akan diteruskan/dibiaskan. Besarnya gema suara yang dipantulkan tergantung pada perbedaan acoustic impedances dari kedua medium tersebut.Acoustic
impedance adalah tahanan yang diberikan oleh suatu jaringan terhadap suara
yang melewatinya.
Acoustic impedance (z) tergantung pada densitas (p) dan kecepatan
suara (v) sehingga diperoleh rumus: z = p.v. Makin besar perbedaanacoustic
impedance dua buah jaringan yang dilewati gema suara maka makin banyak

suara yang dipantulkan. Udara mempunyai nilai z : 0,00004 (sangat kecil), dibandingkan jaringan lemak (z : 1,63), otot (z : 1,70) atau tulang (z : 7,80). Akibatnya hampir semua gema suara dari dan ke jaringan tertentu yang melewati udara akan dipantulkan sehingga hanya sedikit sekali gema suara yang akan diteruskan.

Agar gambar yang tampak pada layar monitor menjadi jelas, gelombang suara yang dipantulkan harus makin sedikit. Ada beberapa cara untuk mengurangi pantulan suara. Salah satu caranya dengan memberikan bahan perangkai (coupling agent), misalnya jeli atauaquasonic di antara permukaan kulit dan transduser. Cara-cara yang lain adalah membuat kandung kemih terisi cukup penuh sehingga kandung kemih tersebut berfungsi sebagai jendela akustik (acoustic window) untuk melihat organ pelvik di bawahnya atau dengan cara menggerakkan/mengubah posisi transduser agar tidak melewati gelembung udara yang berada di dalam usus atau tulang yang menghalangi organ atau jaringan di bawahnya.
Keamanan Pemeriksaan USG
Gelombang suara ultra yang dipergunakan dalam bidang diagnostik kedokteran
memiliki energi yang sangat kecil ( kurang dari 20 milliwatt per sentimeter
persegi) sehingga sampai kini tidak ada bukti klinis yang menyatakan bahwa

gelombang suara ultra tersebut berbahaya bagi janin. Meskipun demikian, ada prinsip umum yang harus diikuti yaitu lakukan pemeriksaan sesuai dengan kaidah-kaidah yang telah ditentukan dimana pemeriksa sudah kompeten didalam pemeriksaan USG.
AIUM (American Institute of Ultrasound in Medicine) memberikan panduan
dalam melakukan pemeriksaan USG diagnostik dan menyatakan bahwaUSG
aman dipergunakan dalam pemeriksaan obstetri dan ginekologi oleh mereka
yang memiliki pengetahuan dan keterampilan yang memadai (kompeten).

Meskipun alat ini aman, tetapi seorang Sonografer atau Sonologist haruslah orang yang berkompetensi dalam bidang pencitraan ini, artinya yang bersangkutan telah memiliki pengetahuan dan keterampilan yang memadai
5
dalam melakukan pemeriksaan USG obstetri dan ginekologi dan dibuktikan
dengan Sertifikat Kompetensi yang dimilikinya.

Pendidikan dan pelatihan USG perlu dilakukan secara berkala dan berkesinambungan untuk memelihara dan meningkatkan pengetahuan, keterampilan dan etika, mencegah malpraktek, dan melindungi pasien dari oknum-oknum yang tidak berkompeten dalam pemeriksaan USG. Pada tabel 2.1. di bawah ini dicantumkan beberapa hasil penelitian mengenai kemungkinan dampak negatif pemeriksaan USG terhadap janin.
Tabel 2.1. Penelitian Pengaruh USG Terhadap Janin Intra Uteri
Peneliti
Tipe
Penelitian
Jumlah Peserta
Hasil Penelitian
Bernstine
(1969)
Retrospektif
720 neonatus terpapar
Doppler in utero
Tidak
terdapat
perbedaan
bermakna kejadian anomali.
Hellman dkk
(1970)
Retrospektif
1114 janin
Angka kejadian anomali 2,7%
Serr
dkk
(1971)
Retrospektif
150 neonatus
Tidak
terdapat
perbedaan
kejadian anomali
Falus
dkk
(1972)
Retrospektif
171 neonatus
Tidak
terdapat
perbedaan
bermakna

gangguan perkembangan anak usia 6 bulan hingga 3 tahun
Scheidt dkk
(1978)

Retrospektif
dan
pengamatan
lanjut

297 USG dan amnio- sentesis; 661 amnio- sentesis; 949 tanpa pemeriksaan
Abnormalitas

reflek mencengkram dan tonus leher; tidak ada perbedaan pada 122 orang lainnya
Kinnier-
Wilson dan
Waterhause
(1984)
Retrospektif

1731 ibu yang memiliki anak meninggal karena kanker; 1731 orang kelompok kontrol.
Tidak
terdapat
perbedaan
terhadap paparan USG.
Cartwright
dkk (1984)
Retrospektif

555 anak penderita kanker; 1110 orang kelompok kontrol

Tidak ada perbedaan bermakna risiko terkena kanker akibat paparan USG
Bakketeig
dkk (1984)
Retrospektif
510 USG; 499 kontrol
Tidak ada efek samping biologis
jangka pendek
Stark
dkk
(1984)

Retrospektif
dan
pengamatan
lanjut
425 USG; 381 kontrol

Risiko disleksia meningkat, tetapi risiko kelainan neurologi lainnya tidak berbeda.
Lyons
dkk
(1988)

Retrospektif
dan
pengamatan
lanjut

149 keturunan dengan jenis kelamin sama; 1 terpapar,
1
tidak
terpapar
Tidak
terdapat

perbedaan pertumbuhan saat lahir dan pada usia 6 tahun
Sumber : Reece EA, Assimakopoulos E, Zheng X, et al. The Safety of Obstetric Ultrasonography
: concern for the fetus. Obstet Gynecol. 1990;76:139-146.
6

Meskipun berbagai penelitian menyatakan bahwa pemeriksaan USG aman bagi janin (lihat Tabel 2.1), indikasi medis yang jelas tetap merupakan suatu keharusan yang harus ditaati oleh setiap pemeriksa. Selain pengetahuan tentang anatomi dan fisiologi, seorang sonografer atau sonologist harus juga mengenali
artefak yang dapat terjadi pada saat pemeriksaan USG. Artefak tersebut dapat
membuat salah interpretasi atau menyulitkan dalam penegakkan suatu diagnosis
sonografis.
Tampilan Gambar

Peralatan utama pada mesin USG terdiri dari layar monitor, pusat pengolahan data utama (CPU : central processing unit) dan bidai untuk memasukkan perintah (keyboard). Tampilan gambar pada layar monitor dapat berupa ampiltudo (A),brightness (B),time-motion (T-M), dan Doppler. Tampilan Amplitudo saat ini sudah tidak dipergunakan lagi dalam bidang obstetri ginekologi. Tampilanbrightness saat ini sudah merupakan gambaran yang nyata (real-time), artinya yang kita lihat adalah yang juga sedang diperiksa, misalnya pada waktu janin bergerak, maka pada saat yang sama kita juga dapat melihat pada layar monitor bayi yang sedang bergerak.
Gambar 2.3. Gambaran profil wajah janin pada tampilan B-mode.
Pada gambar ini dapat diamati pergerakan kepala atau mulut janin

Pada pemeriksaantime-motion atau lebih sering disebut “M-mode” dapat dilihat suatu grafik pergerakan yang berhubungan dengan keteraturan dan satuan waktu, misalnya dari pergerakan katup jantung dapat diukur berapa frekuensi denyut jantung janin dalam satu menit dan dapat dilihat apakah teratur atau tidak. Selain itu, dapat juga diukur ketebalan dinding jantung janin, serta patologi yang ada pada jantung dan daerah sekitarnya.