What type of waves are used in ultrasound (USG) imaging and how do they form images?

Gelombang Ultrasonik dan Mekanisme Pembentukan Gambaran USG

USG menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi (ultrasonik) di atas 20 kilohertz yang dipancarkan ke dalam jaringan, dan gambaran terbentuk dari echo (pantulan) yang dihasilkan ketika gelombang tersebut mengenai interface akustik antara jaringan dengan kecepatan suara yang berbeda. 1

Jenis Gelombang yang Digunakan

USG medis menggunakan gelombang suara ultrasonik dengan rentang frekuensi yang bervariasi tergantung aplikasi klinis:

• Frekuensi tinggi (7.5-20 MHz): Digunakan untuk struktur superfisial seperti tendon, ligamen, dan sendi kecil dengan resolusi spasial yang lebih baik tetapi penetrasi yang lebih dangkal 2
• Frekuensi rendah (3.5-5 MHz): Lebih cocok untuk sendi yang lebih besar atau lebih dalam seperti bahu atau pinggul karena penetrasi yang lebih dalam 2
• Frekuensi sangat tinggi (35-100 MHz): Digunakan dalam ultrasound biomicroscopy untuk pencitraan segmen anterior mata dengan detail tinggi 2

Mekanisme Pembentukan Gambaran

Prinsip Dasar Piezoelektrik

Kristal dalam transduser USG menghasilkan dan menerima gelombang suara berdasarkan efek piezoelektrik, di mana energi mekanik dari echo dikonversi menjadi energi listrik yang dapat ditampilkan pada monitor USG 1. Proses ini melibatkan:

1. Transmisi gelombang: Transduser memancarkan pulsa gelombang suara ke dalam jaringan 3
2. Interaksi dengan jaringan: Gelombang suara berjalan melalui jaringan yang berbeda dengan kecepatan yang berbeda 1
3. Pembentukan echo: Ketika gelombang mengenai interface akustik (titik pertemuan antara jaringan dengan kecepatan suara berbeda), echo terbentuk 1
4. Deteksi dan konversi: Echo yang kembali diterima oleh transduser dan dikonversi menjadi sinyal listrik 1

Teknik Pencitraan Lanjutan

Harmonic Imaging: Ketika gelombang ultrasonik dengan tekanan akustik yang cukup tinggi mengeksitasi gelembung mikro (microbubbles), osilasi radial gelembung mencapai titik di mana ekspansi dan kontraksi tidak sama, menghasilkan gerakan non-linear yang menghasilkan harmonik 2. Sistem yang beroperasi dalam mode harmonik dikonfigurasi untuk menerima echo pada frekuensi dua kali lipat dari frekuensi yang ditransmisikan 2

Pulse Inversion Imaging: Teknik ini mengatasi keterbatasan harmonic imaging dengan menjumlahkan dua echo - pulsa pertama dan pulsa kedua yang merupakan salinan terbalik dari yang pertama 2. Echo jaringan linear akan saling meniadakan, sementara echo microbubble non-linear menghasilkan sinyal yang dapat dideteksi 2

Parameter Teknis Penting

Mechanical Index (MI)

MI adalah estimasi amplitudo maksimum dari pulsa tekanan dalam jaringan, yang mencerminkan kekuatan sistem 2. Formula MI adalah:

MI = PNP / Fc

di mana PNP adalah peak negative pressure dari gelombang ultrasonik dan Fc adalah frekuensi pusat sinyal ultrasonik (dalam MHz) 2

• MI rendah (≤0.3) dipilih untuk pencitraan real-time kontinyu untuk meminimalkan destruksi microbubble 2
• Sebagian besar sistem bekerja optimal dengan MI jauh di bawah 0.3 (misalnya 0.06 untuk SonoVue, 0.2 untuk Sonazoid) 2

Kompromi Resolusi dan Penetrasi

Terdapat kompromi konstan antara resolusi gambar dan kedalaman penetrasi gelombang suara 2:

• Transduser frekuensi tinggi memberikan resolusi spasial yang lebih baik tetapi kedalaman penetrasi yang lebih dangkal 2
• Transduser frekuensi rendah memberikan penetrasi lebih dalam tetapi resolusi yang berkurang 2

Peringatan Penting

• Frekuensi yang tidak sesuai dapat menghasilkan gambar yang tidak adekuat, terutama pada pasien obesitas di mana transduser frekuensi tinggi (>5 MHz) menghasilkan penetrasi yang terbatas 4
• Pengaturan yang tidak tepat dapat menyebabkan artefak yang harus dikenali untuk menghindari misinterpretasi 1
• Ukuran footprint transduser penting - transduser dengan footprint besar sering tidak adekuat untuk memvisualisasi sendi kecil seperti sendi metacarpophalangeal 2