अल्ट्रासाउंड की मूल बातें: नुकसान और सीमाएं

आधुनिक मेडिकल यूएस मुख्य रूप से एक चमक-मोड (बी-मोड) डिस्प्ले के साथ पल्स-इको दृष्टिकोण 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 अल्ट्रासाउंड गूंज की छोटी दालों को शरीर में संचारित करना शामिल है। जैसे ही अल्ट्रासाउंड तरंगें संचरण के मार्ग के साथ विभिन्न ध्वनिक प्रतिबाधाओं के शरीर के ऊतकों में प्रवेश करती हैं, कुछ वापस ट्रांसड्यूसर (इको सिग्नल) में परिलक्षित होती हैं, और कुछ गहराई तक प्रवेश करती रहती हैं। कई अनुक्रमिक कोपलानर दालों से लौटाए गए प्रतिध्वनि संकेतों को संसाधित किया जाता है और एक छवि उत्पन्न करने के लिए संयोजित किया जाता है। इस प्रकार, एक अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर एक स्पीकर (ध्वनि तरंगें पैदा करना) और एक माइक्रोफोन (ध्वनि तरंगें प्राप्त करना) दोनों के रूप में काम करता है। अल्ट्रासाउंड पल्स वास्तव में काफी छोटा होता है, लेकिन चूंकि यह सीधे रास्ते में चलता है, इसलिए इसे अक्सर अल्ट्रासाउंड बीम कहा जाता है। बीमलाइन के साथ अल्ट्रासाउंड प्रसार की दिशा को अक्षीय दिशा कहा जाता है, और अक्षीय से लंबवत छवि तल में दिशा को पार्श्व दिशा [2] कहा जाता है। आम तौर पर, अल्ट्रासाउंड पल्स का केवल एक छोटा अंश शरीर के ऊतक इंटरफ़ेस तक पहुंचने के बाद प्रतिबिंबित प्रतिध्वनि के रूप में लौटता है, जबकि शेष पल्स बीमलाइन के साथ अधिक ऊतक गहराई तक जारी रहता है।

अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर (या जांच) में कई पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल होते हैं जो इलेक्ट्रॉनिक रूप से जुड़े होते हैं और लागू विद्युत प्रवाह के जवाब में कंपन करते हैं। इस घटना को पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है, मूल रूप से 1880 में क्यूरी भाइयों द्वारा वर्णित किया गया था, जब उन्होंने सतह पर विद्युत आवेश पैदा करने वाले यांत्रिक तनाव के लिए क्वार्ट्ज के एक टुकड़े को काट दिया था [3]। बाद में, उन्होंने रिवर्स पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का भी प्रदर्शन किया, यानी क्वार्ट्ज में बिजली का अनुप्रयोग जिसके परिणामस्वरूप क्वार्ट्ज कंपन [4] हुआ। ये कंपन यांत्रिक ध्वनि तरंगें शरीर के ऊतकों के माध्यम से प्रचार करते समय संपीड़न और दुर्लभता के वैकल्पिक क्षेत्रों का निर्माण करती हैं। ध्वनि तरंगों को उनकी आवृत्ति (चक्र प्रति सेकंड या हर्ट्ज़ में मापा जाता है), तरंग दैर्ध्य (मिलीमीटर में मापा जाता है), और आयाम (डेसिबल में मापा जाता है) के संदर्भ में वर्णित किया जा सकता है।

यूएस की तरंग दैर्ध्य और आवृत्ति विपरीत रूप से संबंधित हैं, यानी उच्च आवृत्ति के अल्ट्रासाउंड में कम तरंग दैर्ध्य और इसके विपरीत होता है। अमेरिकी तरंगों की आवृत्तियाँ श्रव्य मानव श्रवण के लिए ऊपरी सीमा से अधिक होती हैं, यानी 20 किलोहर्ट्ज़ [3] से अधिक। चिकित्सा अल्ट्रासाउंड उपकरण 1-20 मेगाहर्ट्ज की सीमा में ध्वनि तरंगों का उपयोग करते हैं। डायग्नोस्टिक और प्रक्रियात्मक यूएस में इष्टतम छवि रिज़ॉल्यूशन प्रदान करने के लिए ट्रांसड्यूसर आवृत्ति का उचित चयन एक महत्वपूर्ण अवधारणा है। उच्च-आवृत्ति वाली अल्ट्रासाउंड तरंगें (लघु तरंग दैर्ध्य) उच्च अक्षीय रिज़ॉल्यूशन की छवियां उत्पन्न करती हैं। दी गई दूरी के लिए संपीड़न और रेयरफैक्शन की तरंगों की संख्या में वृद्धि से तरंग प्रसार के अक्षीय तल के साथ दो अलग-अलग संरचनाओं के बीच अधिक सटीक रूप से भेदभाव किया जा सकता है। हालाँकि, उच्च-आवृत्ति तरंगें किसी निश्चित दूरी के लिए निम्न आवृत्ति तरंगों की तुलना में अधिक क्षीण होती हैं; इस प्रकार, वे मुख्य रूप से सतही संरचनाओं [5] की इमेजिंग के लिए उपयुक्त हैं। इसके विपरीत, कम-आवृत्ति तरंगें (लंबी तरंग दैर्ध्य) कम रिज़ॉल्यूशन की छवियां पेश करती हैं, लेकिन क्षीणन की कम डिग्री 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 1). एक परावर्तित प्रतिध्वनि की तीव्रता दो माध्यमों के बीच ध्वनिक प्रतिबाधाओं में अंतर (या बेमेल) के समानुपाती होती है। यदि दो ऊतकों में समान ध्वनिक प्रतिबाधा होती है, तो कोई प्रतिध्वनि उत्पन्न नहीं होती है। समान ध्वनिक प्रतिबाधाओं के नरम ऊतकों के बीच इंटरफेस आमतौर पर कम तीव्रता वाली प्रतिध्वनि उत्पन्न करते हैं। इसके विपरीत, नरम ऊतक और हड्डी या फेफड़े के बीच इंटरफेस एक बड़े ध्वनिक प्रतिबाधा प्रवणता [7] के कारण बहुत मजबूत गूँज उत्पन्न करते 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 5). तिल्ली (या यकृत) और आसन्न वसा [8] के बीच इंटरफेस में ध्वनि के अपवर्तन के कारण गुर्दे को स्कैन करते समय दोहराव की कलाकृतियां 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 परावर्तकों का सामना करता है जिनके आयाम अल्ट्रासाउंड तरंग दैर्ध्य से छोटे होते हैं, या जब पल्स एक खुरदरे, अनियमित ऊतक इंटरफ़ेस का सामना करता है, तो बिखराव होता है। इस मामले में, कोणों की एक विस्तृत श्रृंखला के माध्यम से परावर्तित गूँज के परिणामस्वरूप प्रतिध्वनि की तीव्रता में कमी आती है। हालांकि, बिखरने का सकारात्मक परिणाम घटना पल्स के कोण की परवाह किए बिना ट्रांसड्यूसर को कुछ प्रतिध्वनि की वापसी है। अधिकांश जैविक ऊतक अमेरिकी छवियों में दिखाई देते हैं जैसे कि वे छोटे प्रकीर्णन संरचनाओं से भरे हुए हों। धब्बेदार संकेत जो यकृत या मांसपेशियों जैसे अंगों में दृश्यमान बनावट प्रदान करता है, घटना अल्ट्रासाउंड पल्स [2] की मात्रा के भीतर उत्पन्न कई बिखरे हुए प्रतिध्वनियों के बीच इंटरफेस का परिणाम है। जैसे ही अमेरिकी दालें ऊतक के माध्यम से यात्रा करती हैं, उनकी तीव्रता कम हो जाती है या क्षीण। यह क्षीणन परावर्तन और बिखराव और घर्षण जैसी हानियों का भी परिणाम है। ये नुकसान पल्स द्वारा उत्पन्न प्रेरित ऑसिलेटरी टिश्यू मोशन से उत्पन्न होते हैं, जो मूल यांत्रिक रूप से गर्मी में ऊर्जा के रूपांतरण का कारण बनता है। स्थानीय हीटिंग के लिए इस ऊर्जा हानि को अवशोषण के रूप में जाना जाता है और यूएस क्षीणन में सबसे महत्वपूर्ण योगदानकर्ता है। लंबी पथ लंबाई और उच्च आवृत्ति तरंगों के परिणामस्वरूप अधिक क्षीणन होता है। क्षीणन शरीर के ऊतकों में भी भिन्न होता है, हड्डी में उच्चतम डिग्री, मांसपेशियों और ठोस अंगों में कम, और किसी भी आवृत्ति के लिए रक्त में सबसे कम (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 लाभों को सबसे पहले यूएस कंट्रास्ट सामग्रियों की इमेजिंग की दिशा में काम करते हुए देखा गया था। हार्मोनिक शब्द उन आवृत्तियों को संदर्भित करता है जो संचरित नाड़ी की आवृत्ति के अभिन्न गुणक हैं (जिसे मौलिक आवृत्ति या प्रथम हार्मोनिक भी कहा जाता है) [9]। दूसरे हार्मोनिक की आवृत्ति मौलिक से दोगुनी होती है। जैसा कि एक अल्ट्रासाउंड पल्स ऊतकों के माध्यम से यात्रा करता है, मूल तरंग का आकार एक पूर्ण साइनसॉइड से "तेज," अधिक नुकीला, आरी-दाँत के आकार में विकृत हो जाता है। बदले में यह विकृत तरंग कई उच्च-क्रम के हार्मोनिक्स की कई अलग-अलग आवृत्तियों की परावर्तित गूँज उत्पन्न करती है। आधुनिक अल्ट्रासाउंड इकाइयां न केवल मौलिक आवृत्ति बल्कि इसके दूसरे हार्मोनिक घटक का भी उपयोग करती हैं। यह अक्सर निकट-सतह के ऊतकों में कलाकृतियों और अव्यवस्था में कमी का परिणाम है। मोटे और जटिल शरीर की दीवार संरचनाओं वाले "तकनीकी रूप से कठिन" रोगियों में हार्मोनिक इमेजिंग को सबसे उपयोगी माना जाता है।

स्थानिक यौगिक इमेजिंग (या मल्टीबीम इमेजिंग) एक सरणी ट्रांसड्यूसर से अल्ट्रासाउंड बीम के इलेक्ट्रॉनिक स्टीयरिंग को अलग-अलग दिशाओं [10] के साथ समानांतर बीम उन्मुख का उपयोग करके एक ही ऊतक को कई बार छवि के लिए संदर्भित करता है। इन अलग-अलग दिशाओं से प्रतिध्वनियों को एक साथ (मिश्रित) एक समग्र छवि में औसत किया जाता है। कई बीमों के उपयोग से धब्बों का औसत निकल जाता है, जिससे छवि कम "दानेदार" दिखती है और पार्श्व रिज़ॉल्यूशन में वृद्धि होती है। स्थानिक यौगिक छवियां अक्सर "शोर" और "अव्यवस्था" के कम स्तर के साथ-साथ बेहतर कंट्रास्ट और मार्जिन परिभाषा दिखाती हैं। क्योंकि एक ही ऊतक क्षेत्र से पूछताछ करने के लिए कई अल्ट्रासाउंड बीम का उपयोग किया जाता है, डेटा अधिग्रहण के लिए अधिक समय की आवश्यकता होती है और पारंपरिक बी-मोड इमेजिंग की तुलना में यौगिक इमेजिंग फ्रेम दर आमतौर पर कम हो जाती 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।

पारंपरिक दर्द प्रबंधन में अल्ट्रासाउंड-निर्देशित प्रक्रियाओं का एटलस

व्यावहारिक

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प्रेरित होना

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