Babeh Edi

Diagnostic Ultrasound

Diagnostik ultrasound, bebas dari bahaya radiasi pengion. Pencitraan diagnostik dengan ultrasound berdasarkan sifat mekanik jaringan.

Limitasi pemeriksaan

·       Barrier/rintangan oleh gas dan tulang

·       Derajat skill dan pengalaman pemeriksa

Bunyi merupakan gelombang getaran mekanis yang dapat ditangkap oleh alat pendengar bila mempunyai frekuensi 16 – 20 kHz. Ultrasound mempunyai frekuensi > 20 kHz.

Bunyi dan ultrasound membutuhkan medium untuk merambat. Gelombang ultrasound adalah gelombang longitudinal, menyebabkan partikel medium bergetar searah dengan arah rambat gelombang.

Karakter gelombang dinyatakan oleh

·       Frekuensi

·       Perioda

·       Panjang gelombang

·       Laju

·       Amplitudo

·       intensitas

Frekuensi (f)

Frekuensi atau laju getaran, ultrasound untuk diagnostik 1 – 15 MHz, untuk opthalmologi dipakai frekuensi mencapai 30 MHz. Frekuensi berkaitan dengan bentuk berkas gelombang, kenaikan frekuensi menurunkan diameter divergensi berkas. Divergensi berkas juga dipengaruhi oleh diameter sumber pemancar. Frekuensi berpengaruh pada resolusi citra dan daya tembus gelombang.

Perioda (T)

Perioda, waktu getar = 1/frekuensi

T (sekon) = 1/f (sekon)

T (m sek) = 1/f (MHz)

Laju (c)

Laju ditentukan oleh sifat medium, elastisitas dan kerapatan. Elastisitas dinyatakan dengan modulus elastisitas bulk (k), ukuran tegang-lentur medium, rasio tekanan yang diberikan pada massa medium tertentu dengan perubahan volume

c =

r menyatakan densitas medium.

Jaringan mempunyai perbedaan lebih tinggi dalam kompressibilitas dibanding dengan densitas, sehingga laju ultrasound dalam tulang (tidak dapat ditekan, nilai k tinggi) relatif tinggi. Harga c dalam jaringan lunak 1540 m/sekon atau 1.54 mm/m sek. Dalam paru-paru cepat rambat sekitar 0.3 – 1.2 mm/m sek.

Panjang gelombang (l)

Panjang gelombang adalah jarak yang dibutuhkan oleh satu getaran gelombang.

l = c/f

c (mm/m sek) = l (mm) x f (MHz)

Panjang gelombang ultrasound yang dipakai dalam medis 0.1 – 1.5 mm, berpengaruh pada resolusi citra.

Amplitudo (A)

Amplitudo menyatakan perubahan maksimum tekanan dari keadaan dasar. Amplitudo berpengaruh pada intensitas.

Intensitas (I)

Intensitas menyatakan jumlah energi yang datang tegak lurus permukaan per satuan luas per satuan waktu. Satuan I adalah W/m²s dan untuk ultrasound sering dinyatakan dalam W/cm²s atau mW/cm²s atau daya per satuan luas watt/m² atau watt/cm²

I = (½) A²/r c

Perbandingan intensitas sering diperlukan, agar harganya tidak terlalu besar dinyatakan dengan logaritmanya dengan satuan bel atau decibel (0.1 bel)

Intensitas relatif dB = 10 log (I₁/I₂) dB

Karena I sebanding dengan A² maka

Intensitas relatif dB = 20 log A₁/A₂ dB

Dalam praktek, mengingat (I₁/I₂)= 2 dan 10 ekuivalen dengan 3 dB dan 10 dB, maka harga rasio yang lain biasanya dinyatakan sebagai kombinasi faktor 2 dan 10

Impedansi (z)

Tekanan meningkat bila partikel ditekan dan didorong ke depan, dan menurun pada saat partikel ditarik balik dan meregang. Kecepatan positif bila partikel menjauhi sumber, sebaliknya negatif bila mendekati sumber. Kecepatan (sesaat) gelombang (v) sebanding dengan ekses tekanan p

p = konstanta x v

Konstanta kesebandingan antara p dan v dalam suatu medium disebut impedansi (z)

z = p/v dan dapat diperoleh sebagai perkalian densitas r dengan laju ultrasound c

z = r c

Nilai z tidak tergantung pada frekuensi, untuk jaringan lunak dan air ~ 1.5 kg/m²s (rayl)

Pulsa ultrasound

Gelombang ultrasound dalam bentuk pulsa tidak kontinu. Pulsa pada umumnya berisi 2 siklus/getar, dengan maksimum tekanan dalam orde MPa (megapascal). Untuk informasi 1 MPa mendekati sama dengan 10 tekanan atmosfer. Bila z mendekati 1.5 Mrayl, dengan menggunakan rumus z = p/v, kecepatan maksimum partikel menjadi kurang dari 1 m/s. Pergeseran maju dan mundurnya partikel akan berbanding terbalik dengan frekuensi, dan juga kecil, pada umumnya sekitar 0.01 μm

Karakteristik spektrum energi adalah centre frequency (f_c), yang terjadi pada saat spektrum memiliki nilai maksimum, dan pulse bandwidth didefinisikan sebagai lebar spektrum energi pada ½ maksimum. Pulse bandwidth meningkat dengan penurunan panjang pulsa.

Pulse bandwidth (MHz) = 1/panjang pulsa (ms)

Gelombang kontinu dianggap sebagai pulsa dengan amplitudo konstan dan panjang tak hingga, sehingga mempunyai bandwidth sempit (spektrum garis tunggal). Untuk pulsa dua siklus, bandwidth sekitar 50% f_c. Sehingga pulsa pencitraan 3 MHz berarti pulsa mempunyai centre frequency f_c 3 MHz, namun berisi banyak energi dengan frekuensi antar sekitar 2.2 MHz dan 3.8 MHz.

Propagasi ultrasound dalam jaringan

Atenuasi diakibatkan oleh

·       divergensi berkas

·       refleksi dan refraksi parsial

·       absorpsi dan hamburan

Absorpsi merupakan proses konversi energi gelombang menjadi panas. Perubahan tekanan meningkatkan gerakan molekul jaringan, menghasilkan energi panas. Fraksi energi yang diubah menjadi panas sama untuk setiap siklus, sehingga absorpsi sebanding dengan frekuensi.

Hamburan terjadi bila gelombang menemui halangan kecil dengan ukuran sekitar panjang gelombang atau lebih kecil. Fraksi daya yang datang dihamburkan oleh struktur kecil meningkat tajam dengan kenaikan frekuensi dan ukuran struktur. Atenuasi sebagai akibat absorpsi dan hamburan naik dengan kenaikan frekuensi.

Koefesien atenuasi (a)

Koefesien atenuasi (a) bervariasi dengan perbedaan jaringan dan meningkat dengan kenaikan frekuensi f, sedemikian sehingga harga a/f mendekati konstan. Untuk air dan udara a sebanding dengan f². Half depth atau kedalaman jaringan untuk mengurangi intensitas menjadi setengah (-3 dB) sama dengan 3/a cm.

 
Propagasi gelombang ultrasound dalam jaringan
Laju gelombang, tidak banyak bervariasi dengan frekuensi.

Atenuasi

Atenuasi sebagai akibat

·       divergensi

·       refleksi parsial

·       refraksi parsial

·       absorpsi

·       hamburan

Absorpsi, konversi energi gelombang menjadi panas. Jumlah panas yang diubah/diserap menjadi panas sama untuk tiap siklus, sehingga absorpsi meningkat sebanding dengan kenaikan frekuensi.

Hamburan terjadi bila gelombang merambat dan menemui halangan dengan ukuran sekitar atau lebih kecil dari panjang gelombang. Fraksi energi yang dihamburkan meningkat cepat dengan kenaikan frekuensi ukuran struktur. Atenuasi akibat absorpsi dan hamburan, meningkat dengan kenaikan frekuensi.

Koefesien atenuasi

Koefesien atenuasi (a), laju pengurangan intensitas per satuan jarak tempuh gelombang dalam jaringan (dB/cm)

a dipengaruhi oleh frekuensi dan jenis jaringan,

a/f konstan, a sebanding dengan f² untuk air dan udara.

Refleksi

Bila gelombang ultrasound menjumpai permukaan/batas dua meterial dengan karakteristik akustik berbeda, terjadi refleksi yang membawa sebagian energi gelombang datang. Bila permukaan halus, dikatakan specular reflector, yang bersifat seperti cermin.

Bila R rasio intensitas gelombang pantul/refleksi dengan gelombang datang, maka harga R tergantung pada karakteristik impedansi kedua material z₁ dan z₂

T menunjukkan fraksi transmisi.

Bila dalam dua media z₁ = z₂, tidak terjadi refleksi pada bidang batas. Bila z₁ berbeda jauh dengan z₂ fraksi energi yang direfleksikan tinggi. Gas mempunyai z sangat rendah, sehingga bidang batas dengan gas akan ultrasound tidak ditransmisikan bila melalui gas (koefesien refleksi 0.999)

Refleksi ultrasound dari batas dua organ jaringan lunak kecil, karena perbedaan impedansi akustik z rendah (koefesien refleksi sekitar 0.01), batas antara darah dan gumpalan darah ~ 10^-6 (-60 dB).

Permukaan kecil dan tidak teratur, mengakibatkan ultrasound datang tidak tegak lurus pada permukaan, mengakibatkan refleksi ke semua arah, disebut diffuse dan menghasilkan echo lebih rendah.

Refraksi/pembiasan

Bila ultrasound jatuh tidak tegak lurus (membentuk sudut) pada bidang batas antara dua medium dengan kecepatan ultrasound di dalamnya berbeda, gelombang transmisi dibelokkan. Mengikuti hukum Snellius

c₂ > c₁ berkas didefleksikan menjauhi garis normal

c₂ < c₁ berkas didefleksikan mendekati garis normal

c₂ = c₁ gelombang datang tegak lurus tidak terjadi refraksi

Variasi kecepatan gelombang dalam jaringan kecil, refraksi kecil

Bila c₂ > c₁, dan sudut datang besar, sin sudut refraksi > 1, sehingga tidak terjadi transmisi, berarti terjadi total internal reflection dan gelombang kembali ke medium pertama.

Hamburan

Bila target lebih kecil dari bebrapa panjang gelombang, hamburan terjadi ke segala arah (diffuse). Bila ukuran target lebih kecil lagi, hamburan Rayleigh terjadi, dan daya (W) yang dihamburkan tergantung pada frekuensi f, dan ukuran penghambur (a).

W = konstanta x a⁶ f⁴

Perbedaan antar jaringan dan antar kondisi patologi akan menghasilkan echo yang berbeda, menimbulkan bentuk speckle (becak) dan texture pada citra.

Transduser ultrasound

Transduser ultrasound mengubah signal listrik menjadi gelombang ultrasound, dan mengubah gelombang ultrasound menjadi signal listrik (efek piezolistrik). Transduser ultrasound PZT (lead zirconate titanium), mempunyai impedansi akustik tinggi.

Ketebalan transduser, dipilih sesuai dengan half wave resonance. Contoh untuk ultrasound 3 MHz, panjang gelombang ~ 1. 33 mm, c dalam PZT ~ 4000 m/s, ketebalan transduser ~ 0.67 mm.

Pulsa pendek diperlukan untuk memperoleh resolusi aksial yang baik. Namun pada saat eksitasi listrik berhenti, gelombang ultrasound masih bergerak dalam PZT untuk sementara waktu, proses demikian disebut ringing, dan diredam oleh backing layer.

Matching impedance layer, digunakan untuk menjembatani perbedaan impedansi antara PZT dan jaringan. Impedansi matching layer (z_PZT x z_jaringan )^1/2 dengan ketebalan ¼ l_PZT

Matching layer tunggal dapat menghasilkan 100% transmisi ke pasien untuk gelombang kontinu. Bila gelombang pulsatif, pulsa sebagai spektrum frekuensi, dipakai multiple matching layers yang berisi beberapa lapis dengan ketebalan dan impedansi bervariasi, dapat memberikan kesesuaian efektif dalam jangkauan frekuensi lebar. 

Berkas Ultrasound

Bentuk dan ukuran berkas, serta variasi intensitas berkas, ditentukan oleh bentuk transduser dan panjang gelombang, dipengaruhi oleh proses diffraksi.

Ultarasound l yang dipancarkan oleh lempengan transduser datar dengan radius a, mempunyai berkas konvergen sepanjang ~ a²/ l, pada jarak tersebut ukuran berkas sempit ~ a (diukur dari pusat dan sampai intensitas setengah intensitas pada sumbu). Daya pada penampang lintang berkas sama, sehingga pada daerah ini intensitas pada sumbu maksimum. Daerah sebelum daerah maksimum berakhir disebut near field atau Fresnel zone, dan di luarnya disebut far field atau Fraunhofer zone.

Dalam daerah far field, berkas divergen dengan sudut q terhadap sumbu berkas, dan sin q = 0.6 l/a. Dapat dilihat bahwa peningkatan frekuensi (penurunan l) berakibat daerah near field lebih panjang dan divergensi (q) berkas far field mengecil

Berkas dapat difokuskan dengan menggunakan transduser dalam bentuk mangkok konkaf. Gelombang terkonsentrasi menjadi berkas sempit pada kedalaman tertentu, disebut focal zone. Jarak antara transduser dengan posisi berkas paling sempit, disebut panjang focal.

Bila panjang focal < 0.5 a²/l, berkas disebut terfokus kuat, lebar berkas pada fokus (w_F) mengikuti hubungan

w_F = F l/a

Untuk berkas tidak terfokus, frekuensi tinggi menghasilkan berkas sempit. Luas celah (a) lebih besar dibutuhkan untuk memperoleh lebar berkas sama untuk kedalaman fokus lebih tinggi.

Bila panjang > 0.5 a²/l, berkas disebut terfokus lemah. Bila panjang focal tidak dapat divariasi, maka berkas terfokus lemah lebih baik dibanding dengan berkas terfokus kuat. Untuk tujuan klinis, berkas sempit panjang lebih bermanfaat dibanding dengan berkas sangat sempit tetapi pendek.

Selain berkas utama, gelombang ultrasound mempunyai pula berkas samping yang lebih lemah. Apodisasi adalah teknik untuk mengurangi amplitudo relatif berkas samping, dengan membuat kekuatan pancar transduser tidak uniform, kuat di tengah dan lemah di pinggir.

Tranduser berlaku sebagai pemancar dan penerima berkas. Dalam praktek, dipakai deretan probes (transduser) untuk memperoleh data dari berbagai posisi.

Cara pencitraan ultrasound

Metoda pulse-echo mengandaikan laju ultrasound dalam jaringan mendekati konstan, ~ 1540 m/s sesuai dengan pulang-pergi 1.3 ms per mm. Asumsi kedua, berkas ultrasound lurus dan sempit sehingga echo datang dari target berada dalam sumbu berkas.

Laju transmisi pulsa disebut pulse repetition frequency (prf) mempunyai maksimum, sesuai dengan persyaratan waktu agar echo dari struktur paling dalam dapat ditangkap sebelum pulsa berikutnya dipancarkan. Untuk kedalaman 15 cm, bila laju gerak ultrasound 1.3 ms/mm, echo akan diterima ~ 200 ms kemudian. Oleh karenanya prf tertinggi dipilih sehingga 200 ms dalam 1 s, yang berarti sekitar 5000 pulsa per sekon. Harga prf lebih tinggi dipakai untuk scanning organ superfisial.

A-mode scans (amplitudo)

Amplitudo echo sebagai fungsi waktu ditayangkan pada  monitor. Waktu dihitung mulai pulsa dipancarkan dan menjadi sumbu horizontal. Posisi horizontal pada amplitudo maksimum menunjukkan waktu perjalanan ultrasound (pergi-pulang), sesuai dengan kedalaman pemantul.

A mode adalah cara yang teliti untuk mengetahui jarak antara dua target.

M-mode scans (motion)

M-mode scans menunjukkan tayangan 2 dimensi posisi permukaan atau pemantul sepanjang garis scan sebagai fungsi physiological time, berarti diukur dalam sekon tidak dalam mikrosekon yang sesuai dengan orde waktu tempuh ultrasound. Pada umumnya mode ini digunakan pada pemeriksaan jantung (melihat gerakan katup, dinding bilik). Pada saat M-mode dilakukan, proses pencitraan B-mode berhenti, transmisi pulsa hanya diarahkan pada garis scan. Ekho yang dihasilkan setiap pulsa transmisi direpresentasikan sebagai modulasi brightness sepanjang satu garis scan mode M dengan brightness menunjukkan amplitudo ekho. Setiap urutan transmisi-echo menghasilkan garis M mode baru, hasilnya ditayangkan setelah tayangan sebelumnya. Beberapa unit ultrasound menayangkan sampai sekitar 10 sekon. Dengan adanya 2D real time echocardiography, Doppler, dan pencitraan aliran berwarna, pencitraan dengan M mode menjadi ditinggalkan. 

B-mode scans (brightness)

Dalam B scan, sumbu berkas (scan line) digerakkan menyapu tubuh pasien untuk memperoleh bidang scan. Sebelum ada scanner real time B mode, gerakan transduser dilakukan manual (static B scanner). Dalam modern scanner, berkas menyapu atomatis yang dikontrol oleh a hand held probe. Sudut dan posisi sumbu berkas/scan line relatif terhadap probe dimonitor secara elektronis. Echo dari semua sumbu utama/garis scan membentuk citra dan ditayangkan citra dua dimensi bidang citra. Amplitudo setiap echo menentukan derajat keabuan (brightness) titik pada display.

Posisi pada citra B mode sesuai dengan arah sumbu berkas, tidak selalu vertikal. Merupakan suatu konvensi bahwa untuk target yang berada pada sumbu utama probe akan ditunjukkan terletak pada pusat scan line vertikal pada displai, untuk sembarang orientasi probe. Dalam beberapa unit, memungkinkan operator memutar citra 90⁰ ataupun 180⁰.

Pencitraan Doppler

Pencitraan Doppler digunakan untuk mengamati partikel bergerak, terutama aliran darah. Distribusi gerakan partikel ditayangkan dengan pemberian warna pada citra.

B-mode scanners

Lebar daerah citra (lapangan pandang) ditentukan oleh jenis probe

·       linear probes menghasilkan lapangan pandang terlebar pada target superficial

·       sector probes menayangkan lapangan pandang lebih lebar untuk target yang dalam.

Kedalaman maksimum yang memberikan echo berguna untuk informasi diagnostik dinyatakan sebagai penetrasi. Frekuensi tinggi, penetrasi rendah, karena atenuasi tinggi.

Sensitivitas merupakan ukuran reflektor atau penghambur terlemah yang dapat dibedakan dengan noise. Sensitivitas bervariasi dengan kedalaman, paling tinggi pada daerah dekat fokus transmisi. Sensitivitas yang dapat dicapai pada kedalaman maksimum ditentukan oleh penetrasi. Sensitivitas untuk sembarang kedalaman tergantung pada

·       penentuan daya output

·       posisi fokus

·       seluruh gain sistem

Sensitivitas maksimum suatu scanner dinyatakan dengan dynamic range, rasio antara intensitas echo terbesar yang dapat diterima (sebelum jenuh) dengan echo terkecil yang dapat dibedakan dengan noise. Dynamic range dapat divariasi, dapat dikurangi di bawah harga maksimum.

Resolusi spasial

Resolusi aksial, kemampuan menentukan jarak terkecil (memisahkan) dua titik target, satu di belakang yang lain dan berada pada garis scan yang sama.

Resolusi lateral, kemampuan memisahkan dua target yang saling berdekatan pada kedalaman sama
.

 

Resolusi aksial mendekati sama dengan ½ pulsa transmisi, jarak antar echo dari kedua bidang menjadi sama dengan panjang pulsa. Penurunan harga d mengakibatkan dua echo bergabung menjadi echo panjang, dan dua target akan ditayangkan sebagai citra satu target panjang. Panjang pulsa biasanya dua panjang gelombang (l=c/f), frekuensi tinggi berarti panjang pulsa lebih pendek dan berakibat resolusi aksial lebih baik.

Resolusi lateral mendekati sama dengan lebar transmit –receive beam. Target titik ditayangkan sebagai deretan titik tegak lurus garis scan. Bila dua titik target berdekatan, keduanya menghasilkan gabungan dua deretan titik, bila jarak kedua titik kurang dari lebar berkas. Lebar berkas sempit, resolusi lateral tinggi dan meningkat dengan kenaikan frekuensi.

Resolusi kontras, kemampuan sistem scanning membedadakan dua echo berdasarkan amplitudonya, dipengaruhi oleh lebar berkas tegak lurus bidang scan, menetukan tebal irisan

Temporal resolution, kemampuan mengikuti perubahan dalam citra jaringan, dipengaruhi oleh frame rate (tergantung pada kedalaman dan lebar lapangan pandang, densitas garis scan), dan pemilihan frame averaging.

Artefak dalam B mod  
Artefak citra mengakibatkan kesalahan interpretasi struktur jaringan yang diamati. Artefak dapat dalam bentuk derajat keabuan, ukuran, posisi, ataupun adanya atau tidak adanya echo.

Speckle pattern

Citra B mode menunjukkan bahwa hamburan tissue parenchyma (functional elements of an organ) terlihat sebagai speckle/bercak dalam bentuk daerah terang dan gelap. Untuk jaringan stasioner, bentuk speckle terlihat berulang-ulang dari frame ke frame, bersifat random tidak ada hubungan antara suatu speckle dengan jaringan penghambur tertentu. Perlu diperhatikan bahwa echo pada suatu saat berasal dari target yang terdistribusi dalam suatu volume yang ditentukan oleh waktu saat pulsa ditransmisikan, penampang lintang berkas, dan panjang pulsa. Signal resultan bervariasi acak tergantung pada distribusi spasial target dalam volume. Interval terang pada beberapa garis scan yang berdekatan menimbulkan speckle.

Meskipun ukuran dan bentuk speckle berbeda, namun lebar rata-rata speckle (tegak lurus garis scan) sama dengan lebar berkas, dan tinggi speckle rata-rata (searah dengan garis scan) sama dengan setengah panjang pulsa. Suatu sista dalam jaringan padat tidak terlihat bila ukuran axial dan lateral lebih kecil dari bentuk speckle di sekitarnya.

Reverberasi (refleksi multipel)

Bila pulsa menemui suatu pasangan permukaan dengan daya refleksi tinggi, echo dari permukaan yang lebih dalam sebagian dapat dipantulkan kembali membentuk pulsa baru yang lebih lemah dan ditransmisikan ke tubuh lagi. Akibatnya suatu target tidak menghasilkan satu echo dalam citra, melainkan membentuk deretan reverberasi echo dengan jarak sama, dan secara gradual intensitas melemah. Reverbasi sering membantu untuk mengidentifikasi suatu struktur yang berisi air.

Artefak lebar berkas

Target terisolasi dalam lingkungan cairan, seperti batu empedu, jari ataupun lengan foetus, ataupun bagian usus dalam cairan asam, akan terlihat sebagai ”lapisan” lebar dalam citra. Kemungkinan dua target berdekatan dalam jangkauan sama, terlihat seperti target panjang, atau suatu lubang dalam permukaan dikaburkan oleh penggabungan citra ”lapisan” yang diperoleh dari jaringan pada tiap tepinya.

Slice thickness artefact

Slice thickness mengakibatkan noise dalam citra. Berkas mempunyai ukuran lebar yang tegak lurus bidang scan, sehingga ekho yang terdeteksi bukan dari bidang scan saja, melainkan ditambah dari daerah dua sisi dengan ukuran setengah lebar berkas. Pelebaran berkas pada kedalaman menentukan ketebalan lapisan/slice. Ekho dari target dalam slice namun tidak dalam bidang scan akan menghasilkan noise dan mengurangi resolusi citra. Untuk mengurangi noise ini, digunakan deretan annular scanner.

 
Mirror image

Suatu batas dengan daya refleksi tinggi dapat berlaku sebagai cermin, mendefleksikan pulsa transmisi maupun refleksi. Echo target terlihat sebagai citra dengan arah berlawanan relatif terhadap batas tersebut.

Missing interfaces

Interface yang halus sering tidak dapat divisualisasikan penuh dalam citra, karena pulsa tidak jatuh tegak lurus pada seluruh interface.

Registration error

Dalam B mode scan, dianggap laju ultrasound sama dalam semua jaringan. Sebagai contoh, axial misregestrasi tonjolan citra bagian retina yang berada dibalik lensa, karena laju ultrasound yang relatif lebih tinggi dalam lensa. Dalam gambar (b), misregistrasi akibat refraksi.

Acoustic shadow

Struktur seperti tulang atau kasifikasi batu empedu dapat merefleksikan dan/atau menyerap seluruh daya ultrasound datang, sehingga tidak ada echo dari jaringan sesudah struktur tersebut. Masalah dapat diatasi dengan menggerakkan transducer pada posisi lain, untuk menghindari halangan tersebut.

Post cystic enhancement

Sebaliknya dengan shadowing, ultrasound melewati struktur dengan daya atenuasi rendah yang ditayangkan lebih terang. Artefak sering berguna untuk mengidentifikasi kehadiran cairan dalam suatu area. Terjadi bila TGC (time gain compensation) diberikan untuk kompensasi absorpsi jaringan padat, namun di daerah pandang berisi cairan ataupun material dengan absorpsi rendah. Ekho berasal dari material setelah cairan memperoleh gain ekstra, yang sebetulnya tidak diperlukan.

Edge shadows

Bayangan ini diakibatkan oleh dinding dengan bentuk kurva lengkung yang mengelilingi suatu struktur, seperti pembuluh darah, organ kecil seperti kantung empedu. Bentuk permukaan convex mengakibatkan refleksi divergen, dan kehilangan intensitas cepat, sehingga struktur sesudahnya menerima berkas terlalu lemah.

Efek Doppler

Perubahan frekuensi echo akibat gerakan target disebut efek Doppler. Perubahan frekuensi positif bila target bergerak ke arah sumber, dan negatif bila sebaliknya.

Hubungan transmitted wave (f_T) dan received back (f_R) dengan Doppler shift (f_D)

f_D = f_R – f_T

Bila target bergerak searah atau berlawanan arah dengan sumber

f_D/ f_T = 2 v/c

Umumnya gerakan target membentuk sudut q dengan gelombang datang, sehinggapersamaan Doppler menjadi

f_D = (2 v cos q)/c

Teknik spectral Doppler

System Doppler, membandingkan antara daya dan frekuensi ultrasound yang ditransmisikan dengan yang direfleksikan oleh tubuh. Suatu volume dalam pembuluh darah berisi banyak (milyunan) sel yang mempunyai range laju gerak yang bervariasi. Akibatnya, system Doppler menghasilkan spectrum dari banyak signal yang sesuai dengan range frekuensi Doppler.

Karena Doppler frekuensi hanya beberapa kHz, umumnya untuk mengenalinya digunakan loudspeaker. Rendah dan tinggi laju aliran darah dapat dikenali dengan relative rendah dan tinggi suara loudspeaker. Sistem Doppler menggunakan dua loudspeaker, satu untuk indicator pergeseran frekuensi negatif, yakni bila arah aliran berlawanan dengan arah gelombang echo, dan yang lain sebaliknya untuk indicator pergeseran frekuensi positif.

Amplitudo pulsa echo

Pulsa echo yang kembali ke tranducer mempunyai amplitudo jauh lebih kecil dibanding pada pulsa meninggalkan transducer dan mulai masuk ke tubuh.

Amplitudo relatif

Amplitudo relatif (dB) = 20 log (A2/A1)

Perhatikan pengurangan 12 dB berarti amplitudo berkurang menjadi 0.25 amplitudo semula.

Andaikan ultrasound dengan frekuensi 2.5 Mz masuk ke dalam medium seperti di bawah ini.

Lemak: atenuasi 0.66 dB/cm MHz, sehingga laju atenuasi 1.7 dB/cm (lintasan a). Setelah melewati 3 cm lemak, amplitudo pulsa teratenuasi 5 dB (1.7 dB/cm x 3 cm). Pada batas antara lemak-otot, gelombang sebagian dipantulkan dan sebagian ditransmisikan. Andaikan pada batas lemak-otot, amplitudo pulsa mengalami pengurangan amplitudo 20 dB (lintasan b).Pulsa kembali menempuh lemak lagi dan amplitudi mengalami pengurangan 5 dB (lintasan c). Sampai di transducer amplitudo pulsa berkurang 30 dB.

Otot: laju atenuasi 5 dB/cm, melewati 3 cm amplitudo berkurang 15 dB (lintasan d). Pada batas otot-fluida amplitudo berkurang sekitar 25 dB (lintasan e). Mencapai transducer mengalami atenuasi dari otot dan lemak (lintasan f dan g), sehingga amplitudo berkurang 65 dB.

Fluida: Hampir seluruh pulsa energi melewati batas otot-fluida. Atenuasi fluida (air) rendah (lintasan h). Sebagian pulsa dipantulkan balik setelah bertemu dengan batas fluida-otot (i), selanjutnya mencapai transducer setelah melalui fluida (j), otot (k) dan lemak (l).

Otot: pulsa mengalami atenuasi sekitar 10 dB (lintasan m).

Tulang : pulsa mengalami refleksi kuat pada batas otot-tulang, amplitudo pulsa hanya mengalami atenuasi hanya 3.8 dB (lintasan n).Pulsa kembali ke transducer setelah melewati beberapa medium (lintasan o, p, q, dan r). Pada saat mencapai transducer amplitudo mengalami pengurangan sekitar 69 dB.

A Mode

Amplitudo pulsa echo ditunjukkan oleh tinggi pulsa pada displai. Posisi displai pulsa pada sumbu horisontal sebanding dengan waktu kembali echo, yang dinyatakan sebagai jarak dari transducer.

Agar amplitudo pulsa dapat menunjukkan kekuatan refleksi, diperlukan efek pengurangan karena atenuasi dihilangkan. Untuk memperoleh informasi kekuatan refleksi, dibuat gain amplifier meningkat dengan waktu setiap pulsa meninggalkan transducer, dan dikenal sebagai TCG (time controlled gain). Harga TCG berbeda pada berbagai jarak dalam tubuh, dan merupakan kompensasi pengurangan karena atenuasi.

Brightness (B Mode)

Displai menggunakan amplitudo untuk mengontrol brightness spot pada layar. Hubungan antara brightness citra dengan amplitudo echo ditentukan karakteristik dan kontrol setting sistem pesawat ultrasound.