आधुनिक चिकित्सा अल्ट्रासाउंड मुख्य रूप से पल्स-इको तकनीक और ब्राइटनेस-मोड (बी-मोड) डिस्प्ले का उपयोग करके किया जाता है। बी-मोड इमेजिंग के मूल सिद्धांत आज भी वही हैं जो कई दशक पहले थे। इसमें एक ट्रांसड्यूसर से शरीर में अल्ट्रासाउंड इको की छोटी-छोटी पल्स भेजी जाती हैं। अल्ट्रासाउंड तरंगें अलग-अलग ध्वनिक प्रतिबाधा वाले शरीर के ऊतकों में प्रवेश करती हैं, जिससे कुछ तरंगें ट्रांसड्यूसर पर वापस परावर्तित हो जाती हैं (इको सिग्नल), और कुछ गहराई तक प्रवेश करती रहती हैं। कई क्रमिक समतलीय पल्स से प्राप्त इको सिग्नलों को संसाधित और संयोजित करके एक छवि बनाई जाती है। इस प्रकार, एक अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर स्पीकर (ध्वनि तरंगें उत्पन्न करने वाला) और माइक्रोफोन (ध्वनि तरंगें प्राप्त करने वाला) दोनों के रूप में कार्य करता है। अल्ट्रासाउंड पल्स वास्तव में काफी छोटी होती है, लेकिन चूंकि यह एक सीधी रेखा में यात्रा करती है, इसलिए इसे अक्सर अल्ट्रासाउंड बीम कहा जाता है। बीमलाइन के अनुदिश अल्ट्रासाउंड के प्रसार की दिशा को अक्षीय दिशा कहा जाता है, और छवि तल में अक्षीय के लंबवत दिशा को पार्श्व दिशा कहा जाता है। आमतौर पर, शरीर के ऊतक के संपर्क में आने के बाद अल्ट्रासाउंड पल्स का केवल एक छोटा सा अंश ही परावर्तित प्रतिध्वनि के रूप में वापस आता है, जबकि पल्स का शेष भाग बीमलाइन के साथ ऊतक की अधिक गहराई तक जाता रहता है।

अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर (या प्रोब) में कई पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल होते हैं जो इलेक्ट्रॉनिक रूप से आपस में जुड़े होते हैं और विद्युत धारा प्रवाहित होने पर कंपन करते हैं। इस घटना को पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है और इसका वर्णन सबसे पहले क्यूरी बंधुओं ने 1880 में किया था, जब उन्होंने क्वार्ट्ज के एक कटे हुए टुकड़े पर यांत्रिक बल लगाया जिससे उसकी सतह पर विद्युत आवेश उत्पन्न हुआ। बाद में, उन्होंने विपरीत पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का भी प्रदर्शन किया, यानी क्वार्ट्ज पर विद्युत बल लगाने से क्वार्ट्ज में कंपन उत्पन्न हुआ। ये कंपनशील यांत्रिक ध्वनि तरंगें शरीर के ऊतकों से गुजरते समय संपीड़न और विरलन के वैकल्पिक क्षेत्र बनाती हैं। ध्वनि तरंगों का वर्णन उनकी आवृत्ति (प्रति सेकंड चक्र या हर्ट्ज़ में मापी जाती है), तरंगदैर्ध्य (मिलीमीटर में मापी जाती है) और आयाम (डेसिबल में मापी जाती है) के आधार पर किया जा सकता है।

अल्ट्रासाउंड की तरंगदैर्घ्य और आवृत्ति का विपरीत संबंध होता है, यानी उच्च आवृत्ति वाले अल्ट्रासाउंड की तरंगदैर्घ्य कम होती है और इसके विपरीत। अल्ट्रासाउंड तरंगों की आवृत्तियाँ मानव श्रवण क्षमता की ऊपरी सीमा से अधिक होती हैं, यानी 20 किलोहर्ट्ज़ से अधिक। चिकित्सा अल्ट्रासाउंड उपकरण 1-20 मेगाहर्ट्ज की रेंज में ध्वनि तरंगों का उपयोग करते हैं। नैदानिक ​​और प्रक्रियात्मक अल्ट्रासाउंड में इष्टतम छवि रिज़ॉल्यूशन प्रदान करने के लिए ट्रांसड्यूसर आवृत्ति का उचित चयन एक महत्वपूर्ण अवधारणा है। उच्च आवृत्ति वाली अल्ट्रासाउंड तरंगें (कम तरंगदैर्घ्य) उच्च अक्षीय रिज़ॉल्यूशन वाली छवियाँ उत्पन्न करती हैं। किसी दी गई दूरी के लिए संपीडन और विरलन तरंगों की संख्या बढ़ाने से तरंग प्रसार के अक्षीय तल के अनुदिश दो अलग-अलग संरचनाओं के बीच अधिक सटीक रूप से अंतर किया जा सकता है। हालांकि, उच्च आवृत्ति वाली तरंगें किसी दी गई दूरी के लिए कम आवृत्ति वाली तरंगों की तुलना में अधिक क्षीण होती हैं; इस प्रकार, वे मुख्य रूप से सतही संरचनाओं की इमेजिंग के लिए उपयुक्त हैं। इसके विपरीत, कम आवृत्ति वाली तरंगें (लंबी तरंगदैर्घ्य) कम रिज़ॉल्यूशन वाली छवियाँ प्रदान करती हैं, लेकिन कम क्षीणन के कारण गहरी संरचनाओं में प्रवेश कर सकती हैं।अंजीर 1). इस कारण से, उच्च-आवृत्ति वाले ट्रांसड्यूसर (10-15 मेगाहर्ट्ज रेंज तक) का उपयोग छवि सतही संरचनाओं (जैसे कि तारकीय नाड़ीग्रन्थि ब्लॉकों के लिए) और कम-आवृत्ति ट्रांसड्यूसर (आमतौर पर 2-5 मेगाहर्ट्ज) के लिए काठ की इमेजिंग के लिए करना सबसे अच्छा है। न्यूरोक्सियल संरचनाएं जो अधिकांश वयस्कों में गहरी होती हैं (अंजीर 2).

चित्र 1 अल्ट्रासाउंड तरंगों का क्षीणन और तरंग आवृत्ति से उनका संबंध। ध्यान दें कि किसी निश्चित दूरी के लिए उच्च आवृत्ति तरंगें कम आवृत्ति तरंगों की तुलना में अधिक अत्यधिक क्षीण होती हैं। (ए) अधिक क्षीणन के साथ कम तरंग दैर्ध्य। (बी) कम क्षीणन के साथ लंबी तरंग दैर्ध्य (रेफरी से अनुमति के साथ पुन: प्रस्तुत किया गया। [6])

चित्र 2 विभिन्न अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर आवृत्तियों के संकल्प और प्रवेश की तुलना। (यह आंकड़ा रेफरी [3] में प्रकाशित हुआ था। कॉपीराइट एल्सेवियर (2000))

अंजीर. 3 अल्ट्रासाउंड पल्स पीढ़ी के योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व। (रेफरी से अनुमति के साथ पुन: प्रस्तुत किया गया। [6])

4. अल्ट्रासाउंड-टिशू इंटरेक्शन

चूंकि अमेरिकी तरंगें ऊतकों के माध्यम से यात्रा करती हैं, वे आंशिक रूप से गहरी संरचनाओं में प्रेषित होती हैं, आंशिक रूप से प्रतिध्वनियों के रूप में ट्रांसड्यूसर पर वापस परावर्तित होती हैं, आंशिक रूप से बिखरी हुई होती हैं, और आंशिक रूप से गर्मी में बदल जाती हैं। इमेजिंग उद्देश्यों के लिए, हम ज्यादातर ट्रांसड्यूसर पर वापस दिखाई देने वाली गूँज में रुचि रखते हैं। टिश्यू इंटरफेस से टकराने के बाद लौटी प्रतिध्वनि की मात्रा एक टिश्यू प्रॉपर्टी द्वारा निर्धारित की जाती है जिसे ध्वनिक प्रतिबाधा कहा जाता है। यह एक माध्यम की एक आंतरिक भौतिक संपत्ति है जिसे माध्यम के घनत्व के रूप में परिभाषित किया गया है और माध्यम में यूएस तरंग प्रसार का वेग है। वायु युक्त अंगों (जैसे फेफड़े) में सबसे कम ध्वनिक प्रतिबाधा होती है, जबकि सघन अंगों जैसे हड्डी में बहुत उच्च ध्वनिक प्रतिबाधा होती है (टेबल 1परावर्तित प्रतिध्वनि की तीव्रता दो माध्यमों के बीच ध्वनिक प्रतिबाधाओं के अंतर (या बेमेल) के समानुपाती होती है। यदि दो ऊतकों की ध्वनिक प्रतिबाधा समान हो, तो कोई प्रतिध्वनि उत्पन्न नहीं होती। समान ध्वनिक प्रतिबाधा वाले कोमल ऊतकों के बीच की सतहें आमतौर पर कम तीव्रता वाली प्रतिध्वनियाँ उत्पन्न करती हैं। इसके विपरीत, कोमल ऊतक और हड्डी या फेफड़े के बीच की सतहें ध्वनिक प्रतिबाधा प्रवणता में अधिक अंतर के कारण बहुत तीव्र प्रतिध्वनियाँ उत्पन्न करती हैं।

जब एक घटना अल्ट्रासाउंड पल्स विभिन्न ध्वनिक प्रतिबाधाओं के साथ दो शरीर के ऊतकों के एक बड़े, चिकने इंटरफ़ेस का सामना करती है, तो ध्वनि ऊर्जा ट्रांसड्यूसर में वापस परिलक्षित होती है। इस प्रकार के प्रतिबिंब को स्पेक्युलर प्रतिबिंब कहा जाता है, और उत्पन्न प्रतिध्वनि तीव्रता दो माध्यमों के बीच ध्वनिक प्रतिबाधा प्रवणता के समानुपाती होती है (अंजीर 4). एक नरम ऊतक-सुई इंटरफ़ेस जब एक सुई "इन-प्लेन" डाली जाती है, तो स्पेक्युलर प्रतिबिंब का एक अच्छा उदाहरण है। यदि घटना यूएस बीम 90 डिग्री पर रैखिक इंटरफ़ेस तक पहुंचती है, तो लगभग सभी उत्पन्न प्रतिध्वनि ट्रांसड्यूसर में वापस आ जाएगी। हालाँकि, यदि स्पेक्युलर सीमा के साथ घटना का कोण 90 ° से कम है, तो प्रतिध्वनि ट्रांसड्यूसर पर वापस नहीं आएगी, बल्कि घटना के कोण के बराबर कोण पर परिलक्षित होगी (ठीक उसी तरह जैसे दर्पण में दिखाई देने वाली रोशनी)। लौटने वाली प्रतिध्वनि संभावित रूप से ट्रांसड्यूसर को याद करेगी और इसका पता नहीं चलेगा। यह दर्द चिकित्सक के लिए व्यावहारिक महत्व का है और बताता है कि गहराई से स्थित संरचनाओं तक पहुंचने के लिए एक सुई की छवि बनाना मुश्किल क्यों हो सकता है जो बहुत खड़ी दिशा में डाली जाती है।

चित्र 4 विभिन्न प्रकार के अल्ट्रासाउंड वेव-टिशू इंटरैक्शन। (रेफरी से अनुमति के साथ पुन: प्रस्तुत किया गया। [6])

अपवर्तन ध्वनि संचरण की विभिन्न गति के साथ दो ऊतकों के एक अंतरफलक से टकराने के बाद ध्वनि संचरण की दिशा में परिवर्तन को संदर्भित करता है। इस उदाहरण में, क्योंकि ध्वनि आवृत्ति स्थिर है, तरंग दैर्ध्य को दो ऊतकों में ध्वनि संचरण की गति में अंतर को समायोजित करने के लिए बदलना पड़ता है। इसका परिणाम ध्वनि पल्स के पुनर्निर्देशन में होता है क्योंकि यह इंटरफ़ेस से गुजरता है। अपवर्तन एक अल्ट्रासाउंड छवि पर संरचना के गलत स्थानीयकरण के महत्वपूर्ण कारणों में से एक है। चूँकि ध्वनि की गति वसा में कम (लगभग 1450 m/s) और कोमल ऊतकों में उच्च (लगभग 1540 m/s) होती है, अपवर्तन कलाकृतियाँ वसा/नरम ऊतक इंटरफेस में सबसे प्रमुख होती हैं। सबसे व्यापक रूप से मान्यता प्राप्त अपवर्तन विरूपण साक्ष्य रेक्टस एब्डोमिनिस मांसपेशी और पेट की दीवार की चर्बी के जंक्शन पर होता है। अंतिम परिणाम उदर मध्य रेखा के माध्यम से स्कैन करते समय दिखाई देने वाली गहरी उदर और श्रोणि संरचनाओं का दोहराव है (अंजीर 5प्लीहा (या यकृत) और उससे सटे वसा के बीच के इंटरफ़ेस पर ध्वनि के अपवर्तन के कारण गुर्दे की स्कैनिंग के दौरान डुप्लिकेशन कलाकृतियाँ भी उत्पन्न हो सकती हैं।

अंजीर। 5 अपवर्तन विरूपण साक्ष्य। आरेख (ए) दिखाता है कि कैसे ध्वनि किरण अपवर्तन का परिणाम दोहराव कलाकृतियों में होता है। (बी) ऊपरी पेट का अनुप्रस्थ मध्य रेखा दृश्य है जो रेक्टस मांसपेशी अपवर्तन के लिए महाधमनी (ए) माध्यमिक के दोहराव को दर्शाता है। (यह आंकड़ा रेफरी [8] में प्रकाशित हुआ था। कॉपीराइट एल्सेवियर (2004))

यदि अल्ट्रासाउंड पल्स ऐसे परावर्तकों से टकराती है जिनका आकार अल्ट्रासाउंड तरंगदैर्ध्य से छोटा होता है, या जब पल्स किसी खुरदरी, अनियमित ऊतक सतह से टकराती है, तो प्रकीर्णन होता है। इस स्थिति में, विभिन्न कोणों से परावर्तित प्रतिध्वनियों के कारण प्रतिध्वनि की तीव्रता कम हो जाती है। हालांकि, प्रकीर्णन का एक सकारात्मक परिणाम यह है कि आपतित पल्स के कोण की परवाह किए बिना कुछ प्रतिध्वनि ट्रांसड्यूसर तक वापस लौट आती है। अधिकांश जैविक ऊतक अल्ट्रासाउंड छवियों में ऐसे दिखाई देते हैं मानो वे सूक्ष्म प्रकीर्णन संरचनाओं से भरे हों। यकृत या मांसपेशियों जैसे अंगों में दिखाई देने वाली बनावट प्रदान करने वाला स्पेकल सिग्नल, आपतित अल्ट्रासाउंड पल्स के आयतन के भीतर उत्पन्न कई प्रकीर्णित प्रतिध्वनियों के बीच की सतह का परिणाम है। अल्ट्रासाउंड पल्स जब ऊतक से होकर गुजरती हैं, तो उनकी तीव्रता कम या क्षीण हो जाती है। यह क्षीणन परावर्तन और प्रकीर्णन के साथ-साथ घर्षण के कारण होने वाली हानियों का परिणाम है। ये हानियाँ पल्स द्वारा उत्पन्न प्रेरित दोलनशील ऊतक गति के कारण होती हैं, जिससे ऊर्जा अपने मूल यांत्रिक रूप से ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है। स्थानीय तापन के कारण होने वाली इस ऊर्जा हानि को अवशोषण कहा जाता है और यह अल्ट्रासाउंड क्षीणन में सबसे महत्वपूर्ण योगदानकर्ता है। अधिक पथ लंबाई और उच्च आवृत्ति वाली तरंगों के परिणामस्वरूप अधिक क्षीणन होता है। क्षीणन शरीर के ऊतकों में भी भिन्न होता है, किसी भी दी गई आवृत्ति के लिए हड्डी में उच्चतम, मांसपेशियों और ठोस अंगों में कम और रक्त में सबसे कम होता है।अंजीर 6). सभी अल्ट्रासाउंड उपकरण आंतरिक रूप से स्क्रीन के गहरे क्षेत्रों में लाभ (समग्र चमक या संकेतों की तीव्रता) को स्वचालित रूप से बढ़ाकर क्षीणन की अपेक्षित औसत डिग्री के लिए क्षतिपूर्ति करते हैं। यह एक बहुत ही सामान्य विरूपण साक्ष्य का कारण है जिसे "पश्च ध्वनिक वृद्धि" के रूप में जाना जाता है जो कि बड़ी रक्त वाहिकाओं या सिस्ट के पीछे अपेक्षाकृत हाइपरेचोइक क्षेत्र का वर्णन करता है (अंजीर 7). द्रव युक्त संरचनाएं ठोस संरचनाओं की तुलना में बहुत कम ध्वनि को क्षीण करती हैं ताकि ठोस ऊतक के समतुल्य मात्रा की तुलना में द्रव से गुजरने के बाद ध्वनि नाड़ी की ताकत अधिक हो।

अंजीर। शरीर के विभिन्न ऊतकों में तरंग आवृत्ति के कार्य के रूप में अल्ट्रासाउंड बीम के क्षीणन की 6 डिग्री। (रेफरी से अनुमति के साथ पुन: प्रस्तुत किया गया। [6])

अंजीर। वंक्षण क्षेत्र में ऊरु स्नायविक संरचनाओं की 7 सोनोग्राफिक छवि। ऊरु धमनी (एरोहेड) में गहराई से हाइपरेचोइक क्षेत्र की सराहना की जा सकती है। यह प्रसिद्ध विरूपण साक्ष्य (पश्च ध्वनिक वृद्धि के रूप में जाना जाता है) आमतौर पर द्रव युक्त संरचनाओं में गहराई से देखा जाता है। एन ऊरु तंत्रिका; ए, ऊरु धमनी; वी, ऊरु शिरा

 

5. बी-मोड अल्ट्रासाउंड में हालिया नवाचार

कुछ हालिया नवाचार जो पिछले एक दशक में अधिकांश अल्ट्रासाउंड इकाइयों में उपलब्ध हो गए हैं या इससे छवि रिज़ॉल्यूशन में काफी सुधार हुआ है। इनमें से दो अच्छे उदाहरण ऊतक हार्मोनिक इमेजिंग और स्थानिक यौगिक इमेजिंग हैं।

ऊतक हार्मोनिक इमेजिंग के लाभ सर्वप्रथम अल्ट्रासाउंड (यूएस) कंट्रास्ट सामग्रियों की इमेजिंग से संबंधित कार्यों में देखे गए। हार्मोनिक शब्द उन आवृत्तियों को संदर्भित करता है जो प्रेषित पल्स की आवृत्ति (जिसे मौलिक आवृत्ति या प्रथम हार्मोनिक भी कहा जाता है) के पूर्णांक गुणक होती हैं। द्वितीय हार्मोनिक की आवृत्ति मौलिक आवृत्ति की दोगुनी होती है। जब अल्ट्रासाउंड पल्स ऊतकों से होकर गुजरती है, तो मूल तरंग का आकार एक पूर्ण साइनसोइडल से विकृत होकर अधिक तीक्ष्ण, नुकीला और आरी के दांत के आकार का हो जाता है। यह विकृत तरंग बदले में कई उच्च-क्रम हार्मोनिक्स की विभिन्न आवृत्तियों की परावर्तित प्रतिध्वनियाँ उत्पन्न करती है। आधुनिक अल्ट्रासाउंड इकाइयाँ न केवल मौलिक आवृत्ति का उपयोग करती हैं, बल्कि इसके द्वितीय हार्मोनिक घटक का भी उपयोग करती हैं। इससे अक्सर सतह के निकट के ऊतकों में कलाकृतियों और अव्यवस्था में कमी आती है। हार्मोनिक इमेजिंग को मोटे और जटिल शरीर की दीवार संरचनाओं वाले "तकनीकी रूप से कठिन" रोगियों में सबसे उपयोगी माना जाता है।

स्पेशियल कंपाउंड इमेजिंग (या मल्टीबीम इमेजिंग) का तात्पर्य एक ऐरे ट्रांसड्यूसर से अल्ट्रासाउंड बीमों के इलेक्ट्रॉनिक संचालन से है, जिसमें समानांतर बीमों का उपयोग करके एक ही ऊतक की कई बार इमेजिंग की जाती है, जो अलग-अलग दिशाओं में उन्मुख होती हैं। इन विभिन्न दिशाओं से आने वाली प्रतिध्वनियों को फिर एक साथ औसत (कंपाउंड) करके एक समग्र छवि बनाई जाती है। कई बीमों के उपयोग से धब्बों का औसत निकल जाता है, जिससे छवि कम दानेदार दिखती है और पार्श्व रिज़ॉल्यूशन बढ़ जाता है। स्पेशियल कंपाउंड छवियों में अक्सर शोर और अव्यवस्था का स्तर कम होता है, साथ ही कंट्रास्ट और मार्जिन की स्पष्टता भी बेहतर होती है। चूंकि एक ही ऊतक क्षेत्र की जांच के लिए कई अल्ट्रासाउंड बीमों का उपयोग किया जाता है, इसलिए डेटा अधिग्रहण में अधिक समय लगता है और कंपाउंड इमेजिंग फ्रेम दर आमतौर पर पारंपरिक बी-मोड इमेजिंग की तुलना में कम होती है।

 

6। निष्कर्ष

यूएस अपेक्षाकृत सस्ता, पोर्टेबल, सुरक्षित और वास्तविक समय प्रकृति का है। इन विशेषताओं और छवि गुणवत्ता और संकल्प में निरंतर सुधार ने पारंपरिक नैदानिक ​​​​इमेजिंग अनुप्रयोगों से परे चिकित्सा में कई क्षेत्रों में यूएस के उपयोग का विस्तार किया है। विशेष रूप से, हस्तक्षेप प्रक्रियाओं की सहायता या मार्गदर्शन करने के लिए इसका उपयोग बढ़ रहा है। क्षेत्रीय संवेदनहीनता और दर्द निवारक प्रक्रियाएं वर्तमान विकास के कुछ क्षेत्र हैं। आधुनिक अमेरिकी उपकरण 50 साल पहले इस्तेमाल किए गए शुरुआती उपकरणों में इस्तेमाल किए गए समान मौलिक सिद्धांतों में से कई पर आधारित हैं। इन बुनियादी भौतिक सिद्धांतों की समझ से एनेस्थेसियोलॉजिस्ट और दर्द चिकित्सक को इस नए उपकरण को बेहतर ढंग से समझने और इसकी पूरी क्षमता का उपयोग करने में मदद मिल सकती है।