สวนประกอบของเครอง U/S

Probe

CPU & Storage

Display

หวตรวจ U/S • Ultrasonic Transducer

• Piezoelectric crystal

• ความถทสรางขนกบความหนาผลก

Ultrasonic Transducer

U/S Probe

• Linear เปนหวตรวจทสงคลนเสยงออกในแนวตรง

• Convex เปนหวตรวจทสงคลนเสยงในแนวสวนของวงกลม

• Sector เปนหวตรวจทมขนาดเลก

• Endocavity เปนหวตรวจทใสในชองตางๆ

Multifrequency transducer

• เปนหวตรวจทมความถหลายคาใหเลอกใชในหวตรวจเดยว

– เชน 3.5-5.7-7.5 MHz

– 5.0-7.5-10.0 MHz

• มรปรางหลายแบบใหเลอกใชเชน Linear , Convex, Sector , Itracavity probe หรอ endoscopic probe

การใชหวตรวจ

• หวตรวจทมความถตา เชน 3.5 MHz เหมาะสาหรบการตรวจ

อวยวะบรเวณชองทอง หรอมขนาดใหญ หรออยลก • หวตรวจทมความถสง เชน 7.5 , 10 MHz เหมาะ

สาหรบตรวจอวยวะทมขนาดเลก ตองการรายละเอยดสง เชน thyroid , ovary , brain เดก , breast , ผานชอง rib

การเลอกใช US probe

• ความถสง --> 5-8 MHz ส าหรบแยกอวยวะทมขนาดเลก ใหรายละเอยดไดด เชน Ovary ,Orbit ,Thyroid ,Brain ,Vessels

• ความถต า - -> 3-5 MHz ส าหรบการตรวจทวๆ ไปบรเวณชองทอง เชน Liver ,Kidney ,Pancreas ,Gall bladder , Spleen

• Probe ขนาดเลกเพอดในสวนทผานชอง rib หรอ แบบ Convex เพอใหเหนพนทกวางกวา Linear

Mode of U/S • A -Mode (Amplitude -Mode) เปน Mode ทแสดงผลในรปกราฟความแรงของสญญาณ Echo ใชในการตรวจ Orbit เพอดความผดปกตเชน Mass ,Cysts เปนตน

• B-Mode (Brightness-Mode) เปน Mode ทแสดงผลในรปแบบของความสวางตามความแรงของสญญาณ Echo เหมาะส าหรบการตรวจอวยวะตางๆ ทวไป ทใหภาพตามจรง (Realtime) เชน อวยวะในชองทอง, pelvic cavity, lesion ใตผวตางๆ

• M-Mode (Motion-Mode) เปน Mode ทแสดงผลออกเปนภาพความสวางทเปลยนแปลงตามเวลาทผานไป เหมาะส าหรบการตรวจผนงหวใจหรอการท างานของหวใจหรอลนหวใจ

THI Mode (Tissue Harmonic Imaging) • เปนการตรวจในระบบ B mode แตอาศยหลกการคลนเสยงความถ

สงกวาใหรายละเอยดภาพ(Spatial resolution) ดกวาคลนเสยงความถตากวา แตคลนเสยงความถสงกวาไปไดตนกวา คลนเสยงความถตากวา

• เกด Harmonic ท 2, 3 ,…ของคลนเสยงในเนอเยอทเสยงไปกระทบ เพราะเกดแรงตานของเนอเยอ จะสรางความถคนออกมา

• คลนเสยง Harmonic ท 2 ทสะทอนกลบจะมความถเปน 2 เทาของคลนเสยงตงตน Resolution จงดกวาภาพทสรางแบบปกต

ภาพเปรยบเทยบ B-Mode กบ THI

Color Doppler ultrasound • เปนการสรางภาพ Ultrasound ทอาศยหลกการเปลยนแปลงความถคลน

เสยงเมอมการเคลอนไหวของอวยวะ (เมดเลอด) ทาใหตรวจหลอดเลอดไดดทงรปรางและการทางาน

• เฉพาะเครอง Ultrasound ทสรางมาเฉพาะเทานน

• Mode ทสาคญ M-Mode with spectral Duplex mode Triplex mode 2D Color doppler 3D Color doppler

US.Display Monitor

• LCD Monitor – High resolution

– Light weight and Thin case

• CRT. Monitor

– High resolution

– Color for doppler color US.

• Osciloscope – ท าหนาทแสดงเสนกราฟใน A-mode จะใชจอทเรยกวา

– Osciloscope ซงเปนจอ CRT เชนเดยวกนแตหนาจอจะมเสนบอก Scale ทงแนวตงและแนวนอน

• Freeze เปนปมหยดภาพ (Still image) เพอชวยในการดหรอบนทกภาพ

• Anatomical landmark เปนปมเลอกภาพทแสดงต าแหนงการวาง probe และทศทางการ Scan

• Track ball or Joy stick เปนอปกรณชวยเปลยนต าแหนง Cursor

• Probe select เปนปมปรบเปลยน Probe

• Frequencies select (เฉพาะเครองทเปนแบบ Multifrequencies)

เปนปมปรบเปลยนความถโดยใช Probe เดม

• Mode selector => THI (เฉพาะทม THI Mode)

อปกรณประกอบอนๆ

• Multiformat film camera

• Laser format camera

• Dry print camera

• Thermal paper print

• Polaroid camera

• Personal computer for Record and PACS connection

Laser format camera & Dry print camera

ขอด U/S

• Non invasive technique

• Non radiation

• High cost value

• Real time image

• Short scan time

ขอดอย • Narrow field

• Depend on experience

การดแลเครอง U/S

• ระวงหนาสมผส Probe กระแทก

• สาย Probe ไมพนหรอบดเกลยว

• ปมปรบตางๆ ตองปรบอยางเบามอ

• การถอด Probe ตองปดเครองกอน

• ท าความสะอาด Probe ดวยผาชบน าหมาดๆ

• ควรม Stabilizer ปองกนกระแสไฟฟาไมคงท

ความรพนฐานทางฟสกสของ Ultrasound

สชาต เกยรตวฒนเจรญ

ภาควชารงสเทคนค คณะเทคนคการแพทย

คลนเสยง

• คลนกล

• การเคลอนทอาศยตวกลาง

Acoustic Pressure

• Longitudinal Wave

• Transverse Wave

คลนเสยงความถสง (Ultrasound)

• Audible Sound => f =20 Hz - 20,000 Hz

• Ultrasound => more than 20,000 Hz

ประโยชนของ Ultrasound ทางการแพทย • สรางภาพเพอวนจฉยโรค • ตรวจครรภ • รกษาโรค - -> ความรอน , กระตน

Properties of Ultrasound

• Frequency & Speed

• Wavelength • Acoustic Impedance

• Amplitude & Intensity

• Reflection & Transmitted • Refraction • Diffuse reflection • Absorb • Echo & Attenuation

ความถ (Frequency) ; Hz

High Frequency

Low Frequency

T2 T = คาบเวลาของคลนเสยงเคลอนท 1 ลกคลน

T1

ความถ = จ านวนลกคลนในหนงวนาท

f = 1

T

ความเรวของ U/S (Speed) ; m/s

Bc

C = ความเรวเสยงในตวกลาง( m/s ) B = ความยดหยนของตวกลาง ( Bulk modulus ) เปนแรงตานทานแรงกดทมากระท า p = ความหนาแนนเฉลยของตวกลาง ( kg/m3 )

ขอสงเกต • ความยดหยนและความดนของตวกลางเปลยนแปลงตามอณหภม ในรางกายมคา นอยมาก ถอไดวาไมมการเปลยนแปลง • ความเรวเสยงในตวกลางถอเปนคาคงทและไมขนกบความถ • ความเรวเสยงในของแขงจะมากกวาในของเหลวและกาซ

Speed of Ultrasound in Tissue

ความยาวคลน(Wavelength) ; m

• ใน U/S จะใชความถ 2-15 MHz • พบวาความเรวสยงในตวกลางเนอเดยวใดๆ มคาคงท • ถา U/S ผานตวกลางหนงไปยงอกตวกลางหนง ความถจะไมเปลยน แต ความเรวจะเปลยน - - > ความยาวคลน เปลยน

f

c

ความยาวคลน = ระยะหางระหวางยอดคลนหนงถง อกยอดคลนหนงทอยตดกน

เนองจากความถ U/S ไมเปลยนเมอผานตวกลางเนอเยอ

แตความยาวคลน U/S เปลยน ดงนนพบวา

* ถาใช U/S ความถสง - - -> ตน + Resolution ด

เชน 7. 5 MHz

* ถาใช U/S ถต า - - - > ลกกวา + Resolution ต ากวา

เชน 3. 5 MHz

การสะทอนและการหกเห ( Reflection & Refraction)

• สวนหนงจะสะทอนกลบ(Reflect)

เมอ U/S ตกกระทบรอยตอ (Interface) ระหวางตวกลางสองชนด

• สวนหนงจะทะลผาน (Transmit) ดวยความเรวทขนกบ ตวกลางและอาจมทศทางหกเห( Refract)

การหกเห(Refraction)

ขอสงเกต

i

t

i

t

c

c

sin

sin

Snell’s law

3. มมตกกระทบ(i) ทท าให มมหกเห(t)กวางกวา 90 องศา U/S จะ ไมทะลผานลงไปได เรยกมมตกกระทบนวา มมวกฤต

2. มมตกกระทบ (i) กวาง มมหกเห (t) จะกวางตาม

1. ถาความเรว U/S ใน Tissue 2 สงกวา Tissue 1 มมหกเห (t) จะ กวางกวา มมตกกระทบ (i)

Acoustic Impedance (Z) หนวย; rayls ; kg/ m2/s

ความตานทานของตวกลางทมตอพลงงานของ U/S ทเคลอนทผาน

ผลคณความหนาแนนเฉลยกบความเรวของ U/S

speedc

density

cZ

Tissue or Material Acoustic impedance (Z)

Air 0.0004

Water 1.48

Lung 0.18

Fat 1.34

Liver 1.65

Blood 1.65

Kidney 1.63

Muscle 1.7

Skull bone 7.48

Soft tissue(Average) 1.63

Amplitude Reflection Coefficient (R)

Pr

Pi R = =

Z2 - Z1

Z2 + Z1

อตราสวนแอมปลจดคลนสะทอน (Pr) ตอ แอมปลจดคลนตกกระทบ(Pi)

ขอสงเกต 1. เมอให U/S ในรอยตอตวกลางสองชนด เชน อากาศ-ผวหนง กลามเนอ - ตบ ถาคา R มคาใกลเคยงกบ 1.0 จะท าให U/S ไมผาน

เขาผวรอยตอและจะสะทอนกลบเกอบหมด 2. การหาคาเปอรเซนตท U/S ทะลผานรอยตอผว T = (1-R) X 100%

Pi

Pr

Transmitted beam

การใชงานหวตรวจ U/S จะวางสงคลนจากหวตรวจตงฉาก กบ Interface จงไมมการหกเหของ U/S ในตวกลาง ดงนน

ใหความสนใจความเขม U/S ทสะทอนกลบและแอมปลจดทผวรอยตอ

• ตวอยาง เมอให U/S บรเวณรอยตออากาศ - Soft tissue โดยใหหวตรวจตง

ฉากกบรอยตอผว จงหาคา Amplitude Reflection Coefficient (R) ก าหนดให

Z air = 0.0004 , Z soft tissue = 1.63

วธท า R =

0.0004-1.63

0.0004+1.63 = 0.999

T = (1- 0.999) X 100% = 0.1 %

สรป เมอสง U/S ผานรอยตอ อากาศ-ผวหนง พบวา U/S จะสะทอนกลบหมด สามารถทะลผานไดเพยง 0.1 % ของ พลงงานทใหเขาไปเทานน

Tissue

ใช Acoustic Coupling Gel R = 0.04 , T =96%

Tissue

ไมใช Acoustic Coupling Gel R = 0.999 , T = 0.1%

Acoustic Coulping Gel

การดดกลนของ U/S

การดดกลน= พลงงานบางสวนทสญเสยในตวกลาง- - - > Heat

ปจจยทมผลตอการดดกลน U/Sในตวกลาง * ความถ ---> f มาก ดดกลนมาก -- > Diagnostic U/S Limit f * ความหนด ---> หนดมาก ดดกลนมาก * อณหภม ----> temp มาก ดดกลนมาก

การลดลงของความเขม U/S ในตวกลาง

• ความเขมลดลงในตวกลางเนอเดยวขนกบการดดกลนมากทสด

• ในการวนจฉยโรค- - > สนใจความเขมมากกวาการดดกลน

Low output power High output power

รอยตอระหวางผว(Interface)

Stone

Acoustic Shadow

Tissue

Acoustic Enhance

• Doppler เปนเครอง US ทอาศยการเคลอนทของวตถทเขาหา

Probe หรอเคลอนทออกจาก Probe

เคลอนทเขา - ->F มาก

เคลอนทออก - ->F นอย

• เลอดแดง--> เขาหา Probe - -> Red color

• เสนเลอดด า - - > วงออก Probe - -> Blue color

• Organ ทไมเคลอนท - -> Gray scale

หลกการของ Doppler Ultrasound อาศยการเปลยนแปลงความถของคลนเสยงทผานตวกลาง

หรอพาหะทเคลอนท (doppler effect)

การเปลยนแปลงความถจะขนอยกบ - ความถของคลนเสยงทใชในการตรวจ - ความเรวของเลอด - มมของคลนเสยงกบหลอดเลอด(ปกตใชมมประมาณ 30-60 องศา )

Doppler effect ใน ultrasound

Doppler angle : มมท transducer เอยงท ามมกบผวหนง

ปกตจะใชมมประมาณ30-60๐ เพราะจะไดเกบสญญาณของเลอดทวงเขาใกลหรอขนานกบผวหนาของผวหนง

Colour flow บอกการไหลเวยนของเลอดใชผลตางความถเสยงแปลงเปนสญญาณเปนสตามทศทางการไหล -ถาเลอดไหลเขาส transducer แดง -ถาเลอดไหลออกจาก transducer นาเงน

- ความเรวของการไหลจะแสดงจากความสวางของส

Transducer ในระบบ Doppler ม 2 ชนด คอ continuous wave (CW) Doppler pulsed wave (PW) Doppler

• Transducer 2 ตว • สงสญญาณคลนเสยงออกมา

สม าเสมอและตอเนอง • ขอด : สามารถเกบขอมล

ความเรวของเมดเลอดไดหมด • ขอเสย : ไมสามารถบอกระยะ

ลกของของอวยวะทตองการตรวจได

• Transducer 1 ตว • สงสญญาณคลนเสยงออกมา

เปนชวงๆ นานพอทคลนเสยงแตละครงเดนทางไปและสะทอนกลบมา

• บอกระยะลกของอวยวะทตองการตรวจได

Color doppler ultrasound

ใชในการตรวจและศกษาการไหลเวยนของเลอดในหลอดเลอดตาง ๆ เปนวธการตรวจแบบ non-invasive ทไดผลอยางด

เครองมอนเปนการตรวจใหผลขอมล 2 อยางรวมกน คอ - High resolusion sonographic imaging (ขอมลทางกายวภาค)

- Doppler spectrum analysis (ขอมลระบบไหลเวยนของเลอด)

Doppler spectra

จากกราฟจะเหนวามการไหลทชามาก ๆ ใกลกบ baseline ซงเปนผลจาก wall filter

ชนดของ wave form ของหลอดเลอดแดง - High resistance -Low resistance/lamina - turbulent flow

- พบในอวยวะทไมตองการเลอดมาเลยงอยางตอเนอง

- มลกษณะเปน Triphasic wave

- พบในอวยวะทตองการเลอดไปเลยงอยางตอเนอง

- มลกษณะเปน Biphasic wave

Biphasic wave

มความชนในชวงsystolicมาก ขณะท aortic valve ปดจะเกด

notch เลกๆขนตอจากนนจะมการไหลคงทในชวง diastolic

Triphasic wave

มการไหลยอนกลบบางสวนทชวงสนสดการบบตวของหวใจ ซงมสาเหตมาจากม

แรงตานในหลอดเลอดสง

เอกสารอานเพมเตม

* อลตราซาวนดในงานตรวจวนจฉย ; ชวลต วงษเอก , มหดล. * Essentials of Ultrasound Physics ; James A Zagzebski, Mosby, 1996.