Fisika Dasar
Judi Januadi Endjun
Divisi
Kedokteran Feto MaternalDepartemen Obstetri dan GinekologiRSPAD Gatot Soebroto
Ditkesad / FK UPN Veteran – Jakarta 2009
Fisika Suara
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 tersebutmempunyai frekuensi
20–20.000 siklus per detik (Hertz ).
Gelombang
suara yangdatang akan menggetarkan gendang telinga kemudian impuls getaran
tersebutdihantarkan ke indera dan pusat pendengaran.Ultrasound atau suara ultra
adalah gelombang suara berfrekuensi lebih dari20.000 Hz. Kebanyakan peralatan
diagnostik dalam kedokteran memakaifrekuensi 1–10 MHz (1 MHz = 1.000.000 siklus/detik).
Gelombang suara yangmelalui medium menyebabkan partikel yang ada di dalam
medium bergerakmaju mundur secara longitudinal sehingga terjadi pemadatan
(kompresi) danperegangan partikel yang berdekatan. Jarak antara dua kelompok
partikel yangmemadat dan meregang disebut panjang gelombang (λ= lamda).Panjang gelombang menentukan resolusi gambar
USG. Makin pendekgelombang suara resolusinya makin baik. Saat ini, umumnya
mesin USG yangada memiliki λ antara 0,1–1,5 mm. Kecepatan suara ditentukan
oleh kepadatan dan kompresibilitas media yang dilaluinya. Makin padat maka
makin cepatkecepatan 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 udara330 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
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/cm). Intensitas suara yang dipergunakan di
kedokteransangat kecil (milliwatt/cm) dan biasanya tidak ditulis dalam bentuk
absolut,tetapi dalam bentuk rasio (nisbah) dari dua intensitas suara, terutama
dalambentuk logaritmanya (dB). Makin tinggi intensitas suara yang
dipergunakan,makin besar paparan energi yang diterima oleh sel, dan makin
berbahaya bagisel atau jaringan tersebut.Gambar 2.1. Gelombang suara (λ)
Transduser
Transduser
merupakan bagian terpenting dari peralatan USG karena dari alat inisuara ultra
dihasilkan melalui zat yang bersifat piezoelectric
Suatu
bendadikatakan mempunyai sifat piezoelectric apabila ketika bergetar
akan menghasilkan listrik. Bila benda tersebut diberi aliran listrik kemudian
bergetar maka disebut bersifat piezoelectric terbalik
Suatu kristal
alami yang disebut quartz
mempunyai sifat piezoelectric dan
pertama kali dipergunakan untuk
menghasilkan suara ultra. Saat ini quartz telah
digantikan oleh keramik sintetik, misalnya barium titanate dan lead
zirconatetitanate yang mempunyai
kemampuan bergetar lebih baik dariquartz
Di dalam
sebuah transduser bisa terdapat lebih dari 64 buah elemen kristalpiezo
(tebalnya kurang dari 1 mm) yang tersusun berderet-deret. Elementersebut
berfungsi menghasilkan getaran suara-ultra dan menangkap getarangema suara yang
kembali yang kemudian diubah menjadi impuls listrik dandiubah ke dalam bentuk
gambar di layar monitor. Bentuk penjejak yang palingsering dijumpai dalam
bidang diagnostik suara-ultra adalah yang yang memilikieleman ganda (multi-element
transducer array ) yang sanggup menghasilkangambar USG real-time
.Alat untuk
melakukan pemeriksaan USG yang langsung bersentuhan dengan tubuh pasien adalah
transduser dan tersedia di pasarandalam bentuk
linear, kurvilinear, atau sektor .Dalam bidang obstetri dan ginekologi, transduser yang sering dipergunakanadalah
bentuk kurvilinear dan bulat atau sektor (untuk pemeriksaan transvaginal). Bentuk linear masih dapat dipergunakan untuk USG
obstetridengan kehamilan di atas 12 minggu.
Transduser transrektal hanya dipergunakan
pada keadaan tertentu. Contoh transduser kurvilinear dapat dilihatpada Gambar 2.2Gambar 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 sehinggaterjadi 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 akanmenyebabkan peningkatan suhu jaringan. Makin
tinggi frekuensi suara makinbesar absorbsinya, makin banyak energi yang diserap
jaringan makin sedikitsuara yang dapat diteruskan. Oleh karena itu, untuk
melihat organ tubuh yangterletak jauh dari transduser, diperlukan peralatan USG
dengan frekuensi kurangdari 3 MHz, sedangkan untuk organ superfisial dipakai
transduser denganfrekuensi tinggi, misalnya 7–10 Mhz.Jumlah gelombang suara
yang diabsorbsi juga tergantung pada kepadatandan kekakuan jaringan yang
dilewati. Makin padat dan kaku jaringan yangdilewati makin besar absorbsinya,
misalnya tulang menyerap suara kira-kira 10kali lebih besar dibanding jaringan
lunak.
4
Pantulan
gelombang suara dapat berupa scattering atau reflection
Scattering terjadi
bila dimensi permukaan medium yang dikenai berukuran samabesar atau lebih kecil
dari panjang gelombang suara yang datang yangkemudian suara akan dipantulkan ke
berbagai arah.
Reflection terjadi bila dimensi
permukaan medium yang dikenai lebih besar dari panjang gelombangsuara yang
datang.Selain itu, bila suatu gelombang suara mengenai batas antara dua
mediamaka sebagian dari gema suara tersebut akan dipantulkan dan sebagian
lagiakan diteruskan/dibiaskan. Besarnya gema suara yang dipantulkan
tergantungpada perbedaan acoustic impedancesdari kedua medium tersebut.
Acoustic impedance adalah tahanan yang diberikan oleh suatu jaringan
terhadap suarayang melewatinya.
Acoustic
impedance ( z ) tergantung pada densitas (p)
dan kecepatansuara ( v ) sehingga
diperoleh rumus:
z = p.v.
Makin besar perbedaan acoustic 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 melewatiudara akan dipantulkan sehingga hanya sedikit sekali gema
suara yang akan diteruskan.Agar gambar yang tampak pada layar monitor menjadi
jelas, gelombangsuara yang dipantulkan harus makin sedikit. Ada beberapa cara
untukmengurangi pantulan suara. Salah satu caranya dengan memberikan
bahanperangkai ( coupling
agent ), misalnya jeli atau
aquasonic di antara permukaankulit dan transduser.
Cara-cara yang lain adalah membuat kandung kemih terisicukup penuh sehingga
kandung kemih tersebut berfungsi sebagai jendelaakustik (acoustic window )
untuk melihat organ pelvik di bawahnya atau dengancara menggerakkan/mengubah
posisi transduser agar tidak melewati gelembungudara 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 kedokteranmemiliki 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, adaprinsip umum yang harus diikuti yaitu lakukan
pemeriksaan sesuai dengankaidah-kaidah yang telah ditentukan dimana pemeriksa
sudah kompeten didalam pemeriksaan USG.AIUM ( American Institute of Ultrasound in
Medicine) memberikan panduandalam melakukan pemeriksaan USG diagnostik dan
menyatakan bahwa USG aman
dipergunakan dalam pemeriksaan obstetri dan ginekologi oleh merekayang memiliki
pengetahuan dan keterampilan yang memadai (kompeten).
Meskipun alat ini aman, tetapi seorang Sonografer atau Sonologist
haruslahorang yang berkompetensi dalam bidang pencitraan ini, artinya
yangbersangkutan telah memiliki pengetahuan dan keterampilan yang memadai
dalam melakukan pemeriksaan USG obstetri
dan ginekologi dan dibuktikan dengan Sertifikat Kompetensi yang
dimilikinya.Pendidikan dan pelatihan USG perlu dilakukan secara berkala
danberkesinambungan untuk memelihara dan meningkatkan pengetahuan,keterampilan
dan etika, mencegah malpraktek, dan melindungi pasien dari oknum-oknum yang
tidak berkompeten dalam pemeriksaan USG.
Pada tabel2.1.
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
Bernstine(1969)Retrospektif 720
neonatus terpapar Doppler in uteroTidak 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 anomaly Falus dkk(1972) Retrospektif 171 neonatus Tidak terdapat
perbedaanbermakna gangguanperkembangan anak usia 6 bulan hingga 3 tahunScheidt
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 control 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, tetapirisiko kelainan
neurologi lainnya tidak berbeda.Lyons dkk (1988) Retrospektif danpengamatan
lanjut149 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.
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 tentanganatomi dan
fisiologi, seorang sonografer atau sonologist harus juga mengenali artefak yang dapat
terjadi pada saat pemeriksaan USG. Artefak tersebut dapatmembuat salah
interpretasi atau menyulitkan dalam penegakkan suatu diagnosissonografis.
Tampilan Gambar
Peralatan
utama pada mesin USG terdiri dari layar monitor, pusat pengolahandata utama (CPU
: central processing unit ) dan bidai untuk memasukkanperintah ( keyboard ).
Tampilan gambar pada layar monitor dapat berupaampiltudo (A), brightness (B),time-motion (T-M), dan
Doppler. Tampilan Amplitudo saat ini sudah tidak dipergunakan lagi dalam bidang
obstetriginekologi. Tampilan brightness
saat ini sudah merupakan gambaran yang
nyata (real-time), artinya yang kita
lihat adalah yang juga sedang diperiksa, misalnyapada waktu janin bergerak,
maka pada saat yang sama kita juga dapat melihatpada 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 janinPada
pemeriksaan time-motion atau lebih sering disebut “M-mode” dapatdilihat
suatu grafik pergerakan yang berhubungan dengan keteraturan dansatuan waktu,
misalnya dari pergerakan katup jantung dapat diukur berapafrekuensi denyut
jantung janin dalam satu menit dan dapat dilihat apakah teratur atau
tidak. Selain itu, dapat juga diukur ketebalan dinding jantung janin,
sertapatologi yang ada pada jantung dan daerah sekitarnya.
Resolusi
aksial dan lateral juga mempengaruhi ketajaman gambar.Resolusi aksial adalah
kemampuan untuk membedakan dua titik pada daerahyang tegak lurus dengan
transduser. Resolusi lateral adalah kemampuan untuk membedakan dua titik pada
daerah horizontal (lateral) terhadap transduser.Selain itu, ketajaman gambar
juga dipengaruhi oleh adanya artefak.
Artefak
Bagaimana
terjadinya artefak sangat penting untuk diketahui dan dipahamisehingga
sonografer/sonologist akan mampu meminimalisasikankan kesalahaninterpretasi
diagnostik yang mungkin terjadi. Beberapa artefak yang penting dansering
terjadi pada pemeriksaan USG antara lain :
1. Kelompok
Propagasi
a.Reverberasi
Reverberasi
berupa
gambaran gema yang tersusun berlapis-lapis sejajar. Halini disebabkan karena
gema suara-ultra terpantul berulang-ulang antarapenjejak dan suatu reflektor
yang kuat.
Gambar 2.8.
Reverberasi pada permukaan dalam dinding kista ovarium (lihat tanda panah)
b.Refraksi
Refraksi
terjadi oleh karena adanya reflektor yang kuat yang bertindak sebagai refracting
boundary dari suara yang datang sehingga suatu benda tidak pada tempat
yang sebenarnya. Contohnya gambaran double
image pada tulang kepala yang
menyerupai spalding sign
c.Multipath
Multipath seperti pada artefak
refraksi, tetapi suara yang datang dan dipantulkan berulang-ulang oleh
setidaknya dua reflektor akan menyebabkanterlihatnya suatu benda dengan jarak
yang lebih jauh dari keadaansebenarnya.
d.Bayangan
Cermin
Bayangan
cermin adalah terlihatnya benda yang sebenarnya berada dihadapan benda yang
terlihat. Misalnya suatu massa anekhoik yang ada didalam hepar akan tampak
seperti terletak di atas diafragma. Di sini diafragmabertindak sebagai
reflektor yang kuat terhadap suara yang datang danmemantulkannya ke tempat
lain.
e.Side
Lobe dan Grating Lobe
Side lobe dan
grating lobe
tampak berupa
gema-gema tambahan di daerahtepi suatu reflektor yang kuat. Hal ini terjadi
karena adanya suara-ultra tambahan yang dipancarkan oleh transduser di samping
berkas suara-ultra utama.
f.Beam-width
Artifact
Gejala ini
terjadi karena berkas suara-ultra lebar sehingga suatu titik
reflektor dapat terekam oleh beberapa elemen transduser sehingga terlihat
menjadi
suatu garis
pendek. Pada keadaan lain bila berkas suara-ultra terlampaulebar sehingga
sebagian mengenai objek yang diperiksa dan sebagian lagimengenai jaringan di
sekitarnya, maka gema-gema dari jaringan di sekitarnyadapat terekam seakan-akan
berada di dalam objek (fill-in artifact ).
2. Kelompok
Atenuasi
a. Bayangan
Akustik (shadowing ) Bayangan akustik adalah pengurangan atau
hilangnya intensitas suara dibelakang suatu massa padat. Hal ini disebabkan
oleh adanya atenuasi dandefleksi.
Gambar 2.9.
Artefak bayangan akustik (dari potongan AKDR)
IUD =intra uterine device
b.Enhancement
Enhancement adalah
peningkatan intensitas gema yang terjadi di belakang suatu massa kistik.
c.Refraction
(Edge) Shadowing
Refraction
(edge) shadowing yaitu terlihat adanya pelemahan suara berupa shadowing dari
tepi suatu massa non ekhoik yang bertindak sebagai lensa cembung.
d. Focal
Enhancement atau Focal
Banding
Focal
enhancement atau focal banding bisa terjadi di tempat dimana suarayang
datang di suatu tempat (misalnya near gain) lebih banyak dari tempatlain
(misalnya far gain).
3. Kelompok Resolusi
a.Resolusi
Aksial dan Lateral
Resolusi
adalah kemampuan alat USG untuk membedakan dua titik yangberdekatan sebagai
terpisah dan tidak bersatu.
b. Acoustic
Speckle
Acoustic Speckle merupakan
pantulan gema yang tersebar yang merupakanefek intervensi dari sebaran suara
yang mengenai jaringan.c.
Section
Thickness
Section
thickness merupakan
akibat dari datangnya suara (beam width) yang tegak lurus dengan suatu benda.
Misalnya terlihatnya seperti debris atau penebalan dinding dari suatu kista.
4. Lain-lain
a.Commet-tail
Commet-tail merupakan contoh dari menhancement lokal yang merupakan kumpulan
gema yang menyerupai short range
reverberation Biasanyaterlihat di
belakang diafragma.
b.Ring-down
Ring-down menyerupai gambaranncommet-tail tetapi asalnya adalah resonansi
suara akibat melewati gelembung gas (di dalam usus atau kandung empedu).
c.Speed
Error
Speed
error adalah gambaran suatu benda ketika terlihat lebih dekat ataulebih
jauh dari keadaan yang sebenarnya akibat perbedaan kecepatan suara.
d.Range
Ambiguity
Gambarannya
menyerupai speed
error tetapi ini disebabkan oleh kesalahan dalam pengiriman suara gema.
Pulsa dikirim sebelum menerima gema suara yang dipantulkan kembali.
Kepustakaan
1. Chudleigh
P, Pearce Malcolm. “
Basic physics
and ultrasound machine”.Dalam:
Obstetrics Ultrasound: How, Why and When,
1st
Ed.
ChurchilLivingstone, London, 1992:247-286.
2.
Wijayanegara H, Wirakusumah FF, Mose JC, Sukarya WS.Kursus
Dasar Ultrasonografi dan Kardiotokografi . Bagian/SMF Obstetri dan
Ginekologi FKUniversitas Padjadjaran, RSUP dr, Hasan Sadikin, Bandung, 2000.
3. Reece EA,
Assimakopoulos E, Zheng X dkk.
The Safety of
ObstetricsUltrasonography : concern for the fetus. Obstet
Gynecol.1990;76:139-146.
4. Pribadi A.
Fisika Dasar Ultrasonografi .
Dalam : Buku Ajar UltrasonografiDasar Obstetri dan. Editor : Johanes C Mose
dkk. Bagian/ UPF Obstetri dan Ginekologi FK Universitas Padjadjaran, 2006:1-13.
No comments:
Post a Comment