Babeh Edi

TEKNIK PESAWAT IMEJING-USG

A.    KOMPONEN DASAR ULTRASONOGRAFI

I.    PENDAHULUAN

                  Ultrasonografi adalah teknik pemeriksaan yang menggunakan gelombang ultrasound frekwensi tinggi 1-15 MHz. Ultrasonografi dibentuk dari beberapa komponen-komponen dasar. Komponen-komponen dasar USG tersebut diantaranya adalah Master Synchronizer, Tranducer, Pulse/Transmitter, Receiver dan Image Processor, Display

MASTER  CONTROL

PULSE GENERATOR

SIGNAL MANIPULATION AND STORAGE

IMAGE DISPLAY

TRANSDUCER

 

II.  KOMPONEN DASAR ULTRASONOGRAFI

                  Suatu sistem basic pulse-echo instrumentasi terdiri dari suatu tranduser yang bergantung pada konfigurasinya, dapat mengandung satu atau lebih elemen piezoelektrik. Energi di dalam sistem basic pulse-echo adalah energi listrik, tetapi energi di dalam tubuh pasien adalah bunyi (energi mekanik). Fungsi tranduser adalah merubah energi listrik menjadi energi mekanik selama transmisi dan mengubah energi mekanik kembali menjadi energi listrik selama penerimaan.

                  Bagian pulse dari suatu sistem pulse-echo memberikan eksitasi (rangsangan) shock kepada tranduser. Voltase eksitasi dari pulse dapat bervariasi pada beberapa sistem ultrasound. Variasi voltase eksitasi tranduser mempengaruhi jumlah energi yang keluar dari tranduser.

A.    Master Synchronizer

            Yaitu rangkaian elektronik yang berfungsi untuk mengatur seluruh fungsi-fungsi ultrasonografi.

B.     Tranduser

                  Yaitu sebagai transmitter dan receiver gelombang suara. Secara umum dapat diartikan suatu perlatan yangdapat mengubah suatu bentuk energi ke bentuk yang lain.Misal : akustik ke kinetik, elektrik ke panas dan motor elektrik.

                  Tranducer memiliki beberapa elemen, yaitu :

1.      Elemen aktif

            Yaitu kristal piezo elektrik, biasanya lead titanate atau lead zirconate dalam bentuk bubuk, kemudian diproses sesuai bentuk dan ukuran yang dikehendaki.

            Efek Piezoelektrik yaitu bahan-bahan yang dapat menimbulkan tegangan ketika bentuk bahan tersebut berubah atau material yang mengalami perubahan bentuk bila menerima suatu tegangan.

2.      Elemen Samping (Backing Material)

            Yaitu bahan yang berada tepat dibelakang elemen aktif dan berfungsi untuk menyerap suara  yang memantul kebelakang (menjauhi pasien) dan meningkatkan karakteristik imaging tranduser.

3.      Matching Layer

            Terletak didepan kristal kontak langsung dengan kulit pasien, yang memiliki nilai impedansi antara kulit dan kristal sehingga energi suara dapat secara maksimal ditranmisikan.

4.      Wire (kabel)

            Digunakan sebagai perantara pengirim dan menerima energi untuk diproses menjadi gambar.

            Tranduser mempunyai frekwensi (untuk pulse US) yang ditentukan oleh ketebalan dan cepat rambat bahan piezoelektrik. Semakin tipis aktif elemen, semakin tinggi frekwensi tranduser. Semakin besar cepat rambat aktif material, semakin besar frekwensi trandusernya.

            Kecepatan sebelum kembali eksitasi pulser ke tranduser disebut Pulse Repertition Frequency (PRF) yang ditentukan oleh timing section. Timing section juga memberikan sinkronasi pada bagian-bagian sistem lain sehingga echo yang kembali akan diproses dan di display sesuai dengan posisi aksialnya.

Frekwensi tranduser dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu

a.       Bandwidth (Hz)

Yaitu rentang frekwensi terendah dan tertinggi suara yang dikeluarkan oleh tranduser. Semakin kecil bandwidth nilai frekwensi yang dikeluarkan tranduser semakin tepat. Damping material akan meningkatkan nilai bandwith. Semakin pendek pulsa, semakin tinggi bandwidth. Misal tertulis 3,5 MHz yang dikeluarkan bisa 2-5 MHz. 

b.      Faktor Q

Faktor Q menunjukan kemampuan tranduser untuk mengeluarkan frekwensi ultrasound yang bersih/jernih. Tranduser imaging cenderung mempunyai faktor Q yang rendah, hal tersebut diperlukan karena untuk menghasilkan pulsa pendek.Pulsa pendek akan menghasilkan resolusi aksial yang baik. Bandwidth lebar dan faktor Q rendah akan menghasilkan pulsa pendek sehingga resolusi aksial semakin baik.

                  c.   Panjang pulsa (Pulse Length)

                  Panjang pulse yang digunakan untuk diagnostik yang paling ideal adalah very short pulse yang dikeluarkan kristal, dan kristal menunggu waktu yang cukup panjang unutk menerimasuara yang kembali.

c.       Resolusi

Resolusi terbagi atas 3 jenis, yaitu :

1.      Resolusi spatial, adalah kemampuan untuk menunjukan gambaran dari struktur yang terpisah yang sangat berdekatan agar terekam pada gambar.

2.      Aksial resolusi, adlah untuk membedakan jaringan/interface yang searah dengan datangnya berkas suara. Nilai resolusi aksial adalah separuh panjang pulsa.

3.      Lateral resolusi, adalah untuk membedakan jaringan/interface yang tegak lurus berkas suara.

                        Yang mempengaruhi resolusi, yaitu :

1.      Resolusi axial : tergantung oleh internal elektronik equipment dan karakteristik tranduser yakni damping dan frekwensi tranduser. Damping dan frekwensi akan menentukan panjang pulsa.Panjang pulsa sependek mungkin, untuk menghasilkan resolusi axial sebaik mungki. Frekwensi yang tinggi akan menghasilkan “short pulse”. Dalam USG diagnostik panjang pulse = 1 microsecond, sehingga mampu mennjukan resolusi hingga 1-2 mm.

2.      Resolusi lateral : ditentukan oleh lebar bandwidth. Karakteristik tranduse yang mempengaruhi bandwidth adlah ukuran kristal, frekwensi dan focusing. Resolusi lateral bagus pada daerah fresnel zone. Freze zone akan semakin panjang bila diameter kristal yang semakin lebar, dan semakin tinggi frekwensi. Resolusi lateral akan semakin baik pada daerah focal zone.

Best lateral resolutin diperoleh dfengan latge tranduser dan high frekwensi. Tapi perlu diingat bahwa semakin tinggi frekwensi tranduser, attenuasi jaringan akan meningkat, dan penetrasi suara ke dalam jaringan akan menurun.

Dengan face tranduser yang lebar dan high frekwensi akan menyebabkan berkas suara melebar dan penetrasinya ke dalam tubuh berkurang, untuk mengantisipasinya dengan menggunakn focusing.

d.      Focusing Tranduser

Focus adalah lokasi dimana berkas suara mencapai diameter minimum. Focusing bertujuan untuk memfocuskan berkas suara, efektif pada daerah freze dan focal zone.

Macam-macam tranduser, yaitu :

1.      Statis (B-Scan)

-          cakupan gambar lebih luas

-          resolusi lebih bagus

tetapi waktu scan lebih lama, gerakan pasien movement structure.

2.      Real Time Imaging/dinamik

-          Mechanical scanning

-          Tranduser array

-          Water path scanner

                              Suatu image real time ultrasound di up date setiap detiknya uyntuk menghasilkan suatu display langsung. Kecepatan frame yang tinggi digunakan untuk imaging struktur-struktur yang bergerak cepat, sedangkan kecepatan frame yang rendah memperbaiki kualitas image dengan meningkatkan jumlah garis-garis akustik yang membentuk image tersebut. Kecepatan frame dapat tetap atau dipilih oleh operator atau dapat bervariasi secara otomatis.

                              Konfigurasi Tranduser :

1.      Linear array tranduser : Khusus untuk pola scanning linear.

·         flat sequenced array : mengandung sejumlah elemen piezoelektrik yang tersusun linear, yang ditransmisikan secara sekuensial kelompok-kelompok. Setiap kelompok elemen menghasilkan suatu garis akustik dan kelompok yang sama ini menunggu echo-echo yang kebali sebelumkelompok berikutnya ditransmisikan. Garis-garis akustik ini sejajar satu sama lain.

·         Curved linear array (convex array) : Mengandung sejumlah elemen piezoelektrik yang ditransmisikan secara sekuensial dalam kelompok-kelompok. Permukaan tranduser yang melengkung menghasilkan suatu blunted pie sctor cross sectional image.

·         Phased array tranduser : Mengandung sejumlah elemen piezoelektrik di sepanjang permukaan scanning yang kecil. Tiap garis akustik diarahkan dengan mentransimisikan semua elemen sebagai satu kelompok tetapi dengan perbedaan waktu yang kecil (phase). Phased array tranduser menghasilkan suatu sector image, tetapi berbeda daricorved linear array, area kontak dengan kulit jauh lebih kecil dan pie shaped sector image yang dihasilkan merupakan lapangan pandang yang terbatas untuk struktur-struktur yang terletak dekat permukaan kulit.

·         Trapezoidal array tranduser : Merupakan gabungan dari sequenced array dan phase array untuk neghasilkan format imaging trapezoid (vektor), yang dicapai dengan menambhakan lapangan pandang sektor ke kedua sisi linear image persegi panjang.

                              Output tranduser bergantung pada signal dari pulse, bergantung tegangan eksitasi dari pulser. Kristal bergetar tergantung dari magnitude dari tegangan elektrik pulser.

      C.  Pulser/Transmitter

                  Berfungsi menerima signal elektrik dari synchronizer, serta mwnghasilkan tegangan elektrik yang membuat kristal bergetar. Tegangan listrik yang digunakan berklisar antara 10-500 V. Semakin besar tegangan listrik akan semakin besar intensitas ultrasoniknya. Pulse signal bergantung pada sistem dan tranduser.

D.    Receiver

            Suatu receiver digunakan untuk processing awal informasi echo yang diterima.

            Fungsi receiver, diantarannya :

1.      Amplifikasi

      adalah memperkuat signal yang kembali dari peningkatan voltse kecil menjadi tranduser yang kemudian akan diproses voltase besar. TGC ( Time Gain Compensation) control adalah secara elektronik salah satu kontrol pada receiver yang mempengaruhi amplifikasi echo.

TGC terbagi atas :

a.       Near gain, yaitu berfungsi untuk mengatur kuat lemahnya gema yang ada dipermukaan.

b.      Delay, berfungsi untuk mengtur kuat lemahnya gema pada kedalaman berapa TGC mulai diatur.

c.       Slope, artinya perlu penambahan kekeuatan gema di daerah ini.

d.      Knee. Pada kedalaman ini dan selanjutnya amplifikasi signal konstant dan maksimum.

e.       Far Gain, berfungsi untuk memperkuat gema yang jauh dari permukaan.

2.      Kompensasi

            TGC atau swept gain, yaitu fungsi receiver yang digunakan untuk menyamakan perbedaan pada amplitudo echo yang diterima disebabkan oleh kedalaman reflektor.

3.   Reject

            reject berfungsi untuk menekan atau menghilangkan signal/gema yang sangat lemah yang justru menganggu gambaran, yang dikenal juga dengan noise.

4.   Compression

            adalah proses untuk megurangi dinamik range. Dinamik range adalah jumlah total rentang (range) dari signal yang paling lemah hingga signal yang paling kuat (dB). Suatu dinamic range yang lebar, yang sering dinyatakan dalam desible (dB), dapat memastikan rentang display gray level yang lebar, sehingga semakin banyak skala abu-abunya.

            Kompresi merupakan fungsi untuk mengurangi dinamik range agar selalu dijaga bahwa energi yang kuat tetap kuat dan signal yang lemah tetap lemah.

5.   Demodulation

            Berfungsi sebagai rectification yang mengubah tegangan negatif ke positif, dan smooting yang dapat memperhalus tegangan yang telah diperoleh dengan adanya envelope.

E.     Mode Display

                  Ada 4 mode display dasar untuk informasi untuk echo yang kembali, yaitu:

                        1.   A Mode

                                       A Mode (A Scan) memberikan display amplitudo modulasi ekshalasi puncak-puncak yang di display merupakan petunjuk dari kekuatan echo yang kembali. Jarak dari puncak rujukan ke puncak-puncak lainnya di sepanjang garis dasar merupakan petunjuk jarak relatif ke berbagai reflektor.

                        2.   B Mode

                                       B Mode memberikan display brigthness modulasi dimana terdapat perubahan brightness titik untuk tiap echo yang diterima oleh tranduser. Pada sistem ultrasound B Mode, echo-echo yang kembali akhirnya di display pada TV monitor sebagai bayangan abu-abu yang merupakan tingkat brightness yang terputus-putus. Bayangan abu-abu yang lebih terang mewakili echo dengan tingkat intensitas yang lebih besar.

                        3.   T / M Mode

                                       T/ M (time Mortion) Mode adalah display B Mode grafik yang merupakan suatu display waktu satu dimensi yang mewakili gerakan struktur-struktur disepanjang satu garis yang ditembus oleh satu gelombang ultrasound.

                                       B Scan adalah display B Mode yang memberikan irisan melintang objek melalui bidang-bidang scanning. Istilah B Scan diterapkan pada sistem lama yang statis dan sistem real time imaging yang lebih baru.

                        4.   Effect Doppler

      F.   Scan Corverter

                  Komponen penyimapanan image yang terpenting adalah digital scan conventer, yang merubah informasi amplitudo echo menjadi format signal yang dapat ditangkap oleh TV monitor standar.

                  Selama proses konversi, informasi sementara disimpan pada memori digital scan converter. Scan converter memungkinkan untuk menyimpan gambar yang diperoleh dan mengolah/menampilkan pada CRT dengan skala abu-abu.

                  Amplitudo echo dan informasi posisi biasanya analaog, berati tidak mewakili nilai-nilai diskrit, karena itu harus memasukan data analog ke digital converter sebelum masuk kedalam memori digital scan converter.

                  Ada dua proses dalam scan converter, yaitu

1.      Pre-processing, yaitu proses memanipulasi data digital sebelum disimpan oleh scan converter tetapi setelah dalam bentuk data digital.

2.      Post processing, yaitu proses memanipulasi data setelah disimpan pada scan converter memory tetapi sebelum gambar ditampilkan (display).

      G.  Image Processing

                  Fungsi image processing, diantaranya :

1.      Write magnification, dilakukan sebelum memori digital. Memungkinkan operaator secara elektronik menambah ukuran image yang di display sebelum disimpan dalam memori digital.

2.      Read magnification, terjadi setelah memori digital. Memungkinkan operator memperbesar suatu area display tertentu dengan memperbesar masing-masing pixel.

TRANDUSER

                                                                               

Ultrasonography (USG) adalah pemeriksaan dalam bidang penunjang diagnostik yang memanfaatkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi yang tinggi dalam menghasilkan imajing, tanpa menggunakan radiasi, tidak menimbulkan rasa sakit (non traumatic), tidak menimbulkan efek samping (non invasif), relatif murah, pemeriksaannya relatif cepat,dan persiapan pasien serta peralatannya relatif mudah. Gelombang suara ultrasound memiliki frekuensi lebih dari 20.000Hz, tapi yang dimamfaatkan dalam teknik ultrasonography (kedokteran) hanya gelombang suara dengan frekuensi 1-10 MHz

Ultrasound pertama kali  digunakan sesudah perang dunia I, dalam bentuk radar atau teknik sonar( sound navigation and ranging ) oleh Langevin tahun 1918 untuk mengetahui adanya ranjau-ranjau atau adanya kapal selam. Namun seiring berkembangnya zaman dan teknologi, ultrasond sekarang juga digunakan di bidang kesehatan dan disebut ultrasonography (USG). Ultrasound dalam bidang kesehatan bertujuan Untuk pemeriksaan organ-organ tubuh yg dapat diketahui bentuk, ukuran anatomis, gerakan, serta hubungannya dengan jaringan lain disekitarnya.

Sifat dasar ultrasound : 

-Sangat lambat bila melalui media yang bersifat gas, dan sangat cepat bila melalui media padat. 

-Semakin padat suatu media maka semakin cepat kecepatan suaranya.

-Apabila melalui suatu media maka akan terjadi atenuasi.

Komponen utama pesawat USG:

1. Pulser adalah alat yang berfungsi sebagai penghasil tegangan untuk merangsang kristal pada transducer dan membangkitkan pulsa ultrasound.

2. Transducer adalah alat yang berfungsi sebagai transmitter (pemancar) sekaligus sebagai recevier     (penerima). Dalam fungsinya sebagai pemancar, transducer merubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa getaran suara berfrekuensi tinggi. Fungsi recevier pada transducer merubah energi mekanik menjadi listrik.

3. Tabung sinar katoda adalah alat untuk menampilkan gambaran ultrasound. Pada tabung ini terdapat tabung hampa udara yg memiliki beda potensial yang tinggi antara anoda dan katoda.

4. Printer adalah alat yang digunakan untuk mendokumentasikan gambaran yang ditampilkan oleh tabung sinar katoda.

5. Display adalah alat peraga hasil gambaran scanning pada TV monitor.

Prinsip kerja pesawat USG :

- Generator pulsa (oscilator) berfungsi sebagai penghasil gelombang listrik, kemudian oleh transducer diubah menjadi gelombang suara yang diteruskan ke medium.

-Apabila gelombang suara mengenai jaringan yang memiliki nilai akustik impedansi, maka gelombang suara akan dipantulkan kembali sebagai echo.

- Didalam media (jaringan) akan terjadi atenuasi, gema (echo) yang lebih jauh maka intensitasnya lebih lemah dibandingkan dari echo yg lebih superficial. Dan untuk memperoleh gambaran yang sama jelasnya disemua lapisan diperkuat dengan TGC (Time Gain Compensator).

- Pantulan gema akan ditangkap oleh transducer dan diteruskan ke amplifier untuk diperkuat. Dan gelombang ini kemudian diteruskan ke tabung sinar katoda melalui recevier seterusnya ditampilkan sebagai gambar di layar monitor.

Diagram peralatan USG

ket: akustik impedansi adalah kemampuan untuk melewatkan gelombang yang melaluinya. Semakin keras maka Impedansi akustiknya semakin besar pula

Hasil pemeriksaan ultrasonography: 

- Putih (hyperechoic/hyperechoigenic): tulang, otot padat.

- Abu-abu (putih+hitam) atau hypoechoic: hepar, otak, uterus,ren.

- Hitam (anechoic/anechoigenic): cairan dan sejenisnya

Kelemahan Ultrasonografi

 - Dapat ditahan oleh kertas tipis.
- Antara tranducer (probe) dengan kulit tidak dapat kontak dengan baik (interface) sehingga bias terjadi artefak sehingga perlu diberi jelly sebagai penghantar ultrasound.
- Bila ada celah dan ada udara, gelombang suara akan dihamburkan.
Kelebihan Ultrasonografi:
- Pasien dapat diperiksa langsung tanpa persiapan dan memberi hasil yang cepat.
- Bersifat non invasive sehingga dapat dilakukan pula pada anak-anak.
- Aman untuk pasien dan operator, karena tidak tergantung pada radiasi ionisasi.
- Member informasi dengan batas struktur organ sehingga member gambaran anatomis lebih besar dari informasi fuyngsi organ.
- Semua organ kecuali yang mengandung udara dapat ditentukan bentuk, ukuran, posisi, dan ruang interpasial.
- Dapat membedakan jenis jaringan dengan melihat perbedaan interaksi dengan gelombang suara.
- Dapat mendeteksi struktur yang bergerak seperti pulsasi fetal.
JENIS-JENIS TRANSDUCER

Features

• Full digital technology
• Excellent image quality
• Embedded PC operation platform (Optional)
• Abundant software packages (Optional)
• Two USB ports and DICOM3.0 port
• Silicon gel back-light keyboard
• Cost effective
•  

·         Technical Specification

Transducer Type	linear/convex/micro-convex array
Scan Mode	B, B/B, B/M, M, 4B
Gray Scale	256
Monitor	10" non-interlaced
Transducer Frequency	4-frequency, 2.0-10.0MHz(depending on transducers)
Scanning Angle	60-160 degree(depending on transducers)
Scanning Depth	20-240mm(depending on transducers)
Beam Forming	Full Digital Beam Former(DBF)
	Real-time DynamicAperture(RDA)
	Dynamic Receiving Focus(DRF)
	Dynamic Frequency Scanning(DFS)
	Tissue Harmonic Imaging(THI)
Imaging Processing	Frame correlation
	Edge enhancement
	y-correlation
	8-segment TGC adjustment
Image Reverse	90/180/270°C , positive/negative,
Dynamic Range	>=100dB, 4-step switch
Zoom	continuously, PIP(picture in picture)
Cine-loop	256 frames manually or automatically, 4B or 9B, B/M or M mode cine loop
Body Mark	43
Permanent Storage	Internal flash & USB
Display Info.	Date, Time, Hospital Name, Patient Name/ID/Age/Sex/Height/Weight,
	Transducer/Frequency, etc
Software Packases	General, Obstetric, Gynaecolog, Cardiolog, Organ, Urolog
Measurement & Calculation:	distance, circumference, area, volume, angle, time, velocity, heart rate,
	residual urine, etc. Automatic measurement and calculation software packages
	of general, obstetric, gynecology, organ, cardiology and urology.
Peripheral Ports	Video, VGA, RSB 2.0, RJ45
Power supplier	100-260V, 50/60Hz
Net Weight	8kgs
Carton Size	42(L) x 43(W) x 42(H) CM

Standard Configurations

---

• CUS-9618F main unit
• 2 transducer sockets and peripheral ports
• 10"non-interlaced monitor
• 4-frenquecy(R60/2.0/3.5/4.0/5.0MHz) convex transducer
• Power cable
• Fuse
• Coupling gel
• Operation manual
• Optional Items

---

• 4-frenquecy(R20/2.0/3.5/4.0/5.0MHz) micro-convex transducer
• 4-frequency(L40/5.0/6.5/7.5/10.0MHz) linear transducer
• 4-frequency(R13/5.0/6.5/7.5/8.0MHz) trans-vaginal transducer
• 4-frequency(L40/5.0/6.5/7.5/10.0MHz) endo-rectal transducer 3-D software
• Software packages
• DICOM3.0
• Video printer
• Laser printer
• Jet printer
• Video recorder
• Biopsy guide
• Trolley
• CF card

System	CUS-9618F Plus with PC	CUS-9618F Plus without PC
Mode	B, B/B, B/M, M, 4B	B, B/B, B/M, M
Channel	20	16
PC platform	Yes	No
Hard disk	80 GB	No
Built-in software packages	Abdominal, OB/GYN, Cardiology, Mini-organ, Urology	Abdominal, OB/GYN
Permanent store	Internal flash & USB	USB
Support printer(s)	Video and laser printers	Video printer
Peripheral ports	Video, VGA, USB2.0, DICOM3.0	Video, VGA, USB2.0
Optional Items	Various probes, 3D reconstruction and SmartView software packages, Biospy guide, video/laser printer	Various probes, video printer

Note: This applet uses the equation:

Where:	θ = Beam divergence angle from centerline to point where signal is at half strength.
	V = Sound velocity in the material. (inch/sec or cm/sec)1
	a = Radius of the transducer. (inch or cm)1
	F = Frequency of the transducer. (cycles/second)

Note 1: Units must be consistent throughout calculation (i.e. inch or cm but not both)

An equal, but perhaps more common version of the formula is:

Where:	θ = Beam divergence angle from centerline to point where signal is at half strength.
	V = Sound velocity in the material. (inch/sec or cm/sec)
	D = Diameter of the transducer. (inch or cm)
	F = Frequency of the transducer. (cycles/second)

Transducer Types