अल्ट्रासाउंड का भौतिकी

डाकान ज़ू

परिचय

अल्ट्रासाउंड एप्लिकेशन ऊतक संरचनाओं के गैर-आक्रामक दृश्य के लिए अनुमति देता है। रीयल-टाइम अल्ट्रासाउंड छवियां एकीकृत छवियां हैं जो अंग सतहों के प्रतिबिंब और विषम ऊतकों के भीतर बिखरने के परिणामस्वरूप होती हैं। अल्ट्रासाउंड स्कैनिंग एक संवादात्मक प्रक्रिया है जिसमें ऑपरेटर, रोगी और अल्ट्रासाउंड उपकरण शामिल होते हैं। यद्यपि अल्ट्रासाउंड पीढ़ी, प्रसार, पता लगाने और व्यावहारिक जानकारी में परिवर्तन के पीछे भौतिकी जटिल है, इसका नैदानिक ​​अनुप्रयोग बहुत सरल है। चूंकि पिछले दशक में अल्ट्रासाउंड इमेजिंग में जबरदस्त सुधार हुआ है, यह एनेस्थेसियोलॉजिस्ट को लक्षित तंत्रिका और प्रासंगिक रचनात्मक संरचनाओं को सीधे देखने का अवसर प्रदान कर सकता है। अल्ट्रासाउंड तकनीक के नए अनुप्रयोगों के लिए एक अल्ट्रासाउंड-निर्देशित तंत्रिका ब्लॉक एक महत्वपूर्ण विकास क्षेत्र है और क्षेत्रीय संज्ञाहरण का एक अनिवार्य हिस्सा बन गया है। इस खंड में प्रस्तुत बुनियादी अल्ट्रासाउंड भौतिकी को समझना एनेस्थेसियोलॉजिस्ट के लिए ट्रांसड्यूसर का उचित चयन करने, अल्ट्रासाउंड सिस्टम सेट करने और फिर संतोषजनक इमेजिंग प्राप्त करने में मददगार होगा।

अल्ट्रासाउंड का इतिहास

1880 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी पियरे क्यूरी और उनके बड़े भाई, पॉल-जैक्स क्यूरी ने कुछ क्रिस्टल में पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव की खोज की। पियरे क्यूरी के एक छात्र पॉल लैंगविन ने पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री विकसित की, जो उच्च आवृत्ति के साथ यांत्रिक कंपन उत्पन्न और प्राप्त कर सकती है (इसलिए अत्यंतध्वनि)। प्रथम विश्व युद्ध के दौरान, दुश्मन पनडुब्बियों का पता लगाने के साधन के रूप में नौसेना में अल्ट्रासाउंड की शुरुआत की गई थी। चिकित्सा क्षेत्र में, हालांकि, अल्ट्रासाउंड का उपयोग शुरू में नैदानिक ​​उद्देश्यों के बजाय चिकित्सीय के लिए किया गया था। 1920 के दशक के उत्तरार्ध में, पॉल लैंगविन ने पाया कि उच्च शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड हड्डी में गर्मी पैदा कर सकता है और जानवरों के ऊतकों को बाधित कर सकता है। नतीजतन, 1950 के दशक की शुरुआत में मेनियर रोग, पार्किंसंस रोग और संधिशोथ के रोगियों के इलाज के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया गया था। अल्ट्रासाउंड के नैदानिक ​​अनुप्रयोग चिकित्सकों और सोनार (ध्वनि नेविगेशन रेंजिंग) इंजीनियरों के सहयोग से शुरू हुए। 1942 में, एक न्यूरोसाइकिएट्रिस्ट, कार्ल डुसिक और उनके भाई, एक भौतिक विज्ञानी, फ्रेडरिक डूसिक ने अल्ट्रासाउंड को मस्तिष्क और सेरेब्रल वेंट्रिकल्स में नियोप्लास्टिक ऊतकों की कल्पना करने के लिए एक चिकित्सा निदान उपकरण के रूप में वर्णित किया। हालांकि, उस समय अल्ट्रासाउंड इंस्ट्रूमेंटेशन की सीमाओं ने 1960 के दशक के मध्य तक नैदानिक ​​अनुप्रयोगों के और विकास को रोका। रीयल-टाइम बी-स्कैनर 1965 में विकसित किया गया था और इसे पहली बार प्रसूति में पेश किया गया था। 1976 में, डॉपलर माप के साथ युग्मित पहली अल्ट्रासाउंड मशीनें व्यावसायिक रूप से उपलब्ध थीं। क्षेत्रीय संज्ञाहरण के संबंध में, 1978 की शुरुआत में, ला ग्रेंज और उनके सहयोगी पहले एनेस्थेसियोलॉजिस्ट थे जिन्होंने परिधीय तंत्रिका ब्लॉक के लिए अल्ट्रासाउंड एप्लिकेशन की केस सीरीज़ रिपोर्ट प्रकाशित की थी। उन्होंने सबक्लेवियन धमनी का पता लगाने के लिए बस एक डॉपलर ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया और 61 रोगियों में सुप्राक्लेविकुलर ब्राचियल प्लेक्सस ब्लॉक का प्रदर्शन किया (आंकड़े 1ए और 1बी) कथित तौर पर, डॉपलर मार्गदर्शन ने उच्च ब्लॉक सफलता दर (98%) और न्यूमोथोरैक्स, फ्रेनिक नर्व पाल्सी, हेमेटोमा, ऐंठन, आवर्तक स्वरयंत्र तंत्रिका ब्लॉक और स्पाइनल एनेस्थीसिया जैसी जटिलताओं की अनुपस्थिति का नेतृत्व किया। 1989 में, टिंग और शिवग्ननारत्नम ने एक्सिला की शारीरिक रचना को प्रदर्शित करने और एक्सिलरी ब्राचियल प्लेक्सस ब्लॉक के दौरान स्थानीय एनेस्थेटिक्स के प्रसार का निरीक्षण करने के लिए बी-मोड अल्ट्रासोनोग्राफी के उपयोग की सूचना दी।

चित्रा 1। ए: एक सुप्राक्लेविकुलर ब्रेकियल ब्लॉक करने के लिए लाग्रेंज द्वारा डॉपलर अल्ट्रासाउंड का प्रारंभिक अनुप्रयोग। बी: नसों के ब्रेकियल प्लेक्सस और सबक्लेवियन धमनी का संबंध।

1994 में, स्टीफ़न कपराल और उनके सहयोगियों ने बी-मोड अल्ट्रासाउंड के साथ व्यवस्थित रूप से ब्रेकियल प्लेक्सस का पता लगाया। उस समय से, दुनिया भर में कई टीमों ने क्षेत्रीय संज्ञाहरण में अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के अनुप्रयोग को परिभाषित करने और सुधारने के लिए अथक प्रयास किया है। अल्ट्रासाउंड-निर्देशित तंत्रिका ब्लॉक वर्तमान में दुनिया भर के कई केंद्रों में क्षेत्रीय संज्ञाहरण के अभ्यास में नियमित रूप से उपयोग किया जाता है।

यहाँ अल्ट्रासाउंड त्वरित तथ्यों का सारांश दिया गया है:

• 1880: पियरे और जैक्स क्यूरी ने क्रिस्टल में पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव की खोज की।
• 1915: नौसेना द्वारा पनडुब्बियों का पता लगाने के लिए अल्ट्रासाउंड का इस्तेमाल किया गया।
• 1920 का दशक: पॉल लैंगविन ने पाया कि उच्च शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड हड्डी के ऊतकों में गर्मी पैदा कर सकता है और जानवरों के ऊतकों को बाधित कर सकता है।
• 1942: दुसिक बंधुओं ने अल्ट्रासाउंड के उपयोग को नैदानिक ​​उपकरण के रूप में वर्णित किया।
• 1950 का दशक: मेनियार रोग, पार्किंसंस रोग और संधिशोथ के रोगियों के इलाज के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया गया था।
• 1965: रीयल-टाइम बी-स्कैन विकसित किया गया और इसे प्रसूति में पेश किया गया।
• 1978: ला ग्रेंज ने तंत्रिका ब्लॉकों के लिए सुइयों की नियुक्ति के लिए अल्ट्रासाउंड आवेदन की पहली केस श्रृंखला प्रकाशित की।
• 1989: टिंग और शिवग्ननारत्नम ने एक्सिला की शारीरिक रचना को प्रदर्शित करने और एक एक्सिलरी ब्लॉक के दौरान स्थानीय एनेस्थेटिक्स के प्रसार का निरीक्षण करने के लिए अल्ट्रासोनोग्राफी का उपयोग किया।
• 1994: स्टीवन कपराल और उनके सहयोगियों ने बी-मोड अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके ब्राचियल प्लेक्सस ब्लॉक की खोज की।

अल्ट्रासाउंड की परिभाषा

ध्वनि एक यांत्रिक अनुदैर्ध्य तरंग के रूप में यात्रा करती है जिसमें आगे-पीछे कण गति तरंग यात्रा की दिशा के समानांतर होती है। अल्ट्रासाउंड उच्च आवृत्ति वाली ध्वनि है और 20 kHz से ऊपर के यांत्रिक कंपन को संदर्भित करता है। मानव कान 20 हर्ट्ज और 20 किलोहर्ट्ज़ के बीच आवृत्तियों के साथ ध्वनि सुन सकते हैं। हाथी लंबी दूरी के संचार के लिए 20 हर्ट्ज से कम आवृत्तियों के साथ ध्वनि उत्पन्न और पता लगा सकते हैं; चमगादड़ और डॉल्फ़िन सटीक नेविगेशन के लिए 20 से 100 kHz की सीमा में ध्वनियाँ उत्पन्न करते हैं (आंकड़े 2ए और 2बी) आमतौर पर चिकित्सा निदान के लिए उपयोग की जाने वाली अल्ट्रासाउंड आवृत्तियां 2 से 15 मेगाहर्ट्ज के बीच होती हैं। हालांकि, 100 kHz से अधिक आवृत्तियों वाली ध्वनियाँ स्वाभाविक रूप से नहीं आती हैं; केवल मानव-विकसित उपकरण ही इन आवृत्तियों, या अल्ट्रासाउंड को उत्पन्न और पता लगा सकते हैं।

चित्रा 2। ए: हाथी लंबी दूरी के संचार के लिए 20 हर्ट्ज से कम आवृत्तियों की ध्वनि उत्पन्न और पता लगा सकते हैं। बी: चमगादड़ और डॉल्फ़िन नेविगेशन और स्थानिक अभिविन्यास के लिए 20-100 kHz की सीमा में ध्वनियाँ उत्पन्न करते हैं।

पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव

पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव वाली सामग्री द्वारा अल्ट्रासाउंड तरंगें उत्पन्न की जा सकती हैं। पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव कुछ सामग्रियों पर लागू यांत्रिक बल (निचोड़ या खिंचाव) के जवाब में विद्युत आवेश की पीढ़ी द्वारा प्रदर्शित एक घटना है। इसके विपरीत, यांत्रिक विकृति उत्पन्न हो सकती है जब ऐसी सामग्री पर विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, जिसे पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव भी कहा जाता है (चित्रा 3) क्वार्ट्ज क्रिस्टल और सिरेमिक सामग्री सहित प्राकृतिक और मानव निर्मित दोनों सामग्री, पीजोइलेक्ट्रिक गुणों का प्रदर्शन कर सकती हैं। हाल ही में, मेडिकल इमेजिंग के लिए पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री के रूप में लेड जिरकोनेट टाइटेनेट का उपयोग किया गया है। सीसा रहित पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री भी विकास के अधीन है। व्यक्तिगत पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री ऊर्जा की एक छोटी मात्रा का उत्पादन करती है। हालांकि, एक ट्रांसड्यूसर में पीजोइलेक्ट्रिक तत्वों को परतों में ढेर करके, ट्रांसड्यूसर विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक दोलनों में अधिक कुशलता से परिवर्तित कर सकता है। इन यांत्रिक दोलनों को तब विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

चित्रा 3। पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव। कुछ सामग्री पर लागू विद्युत क्षेत्र के कारण यांत्रिक विरूपण और परिणामी दोलन उच्च आवृत्ति की ध्वनि उत्पन्न कर सकते हैं।

अल्ट्रासाउंड शब्दावली

अवधि ध्वनि तरंग के एक चक्र को पूरा करने का समय है; माप की अवधि इकाई माइक्रोसेकंड (µs) है। वेवलेंथ अंतरिक्ष की लंबाई है जिस पर एक चक्र होता है; यह एक चक्र के आरंभ से अंत तक की यात्रा दूरी के बराबर है। आवृत्ति प्रति सेकंड दोहराए गए चक्रों की संख्या है और हर्ट्ज (हर्ट्ज) में मापा जाता है। ध्वनिक वेग वह गति है जिस पर ध्वनि तरंग किसी माध्यम से यात्रा करती है। यह तरंगदैर्घ्य के आवृत्ति गुणा के बराबर होता है। रफ़्तार c माध्यम के घनत्व और कठोरता द्वारा निर्धारित किया जाता है (c = (κ/ρ)^1/2). घनत्व एक माध्यम की एकाग्रता है। कठोरता संपीड़न के लिए एक सामग्री का प्रतिरोध है। यदि कठोरता बढ़ जाती है या घनत्व कम हो जाता है तो प्रसार की गति बढ़ जाती है।

कोमल ऊतकों में औसत प्रसार गति 1540 मीटर/सेकेंड (1400 से 1640 मीटर/सेकेंड तक) है। हालांकि, अल्ट्रासाउंड फेफड़े या हड्डी के ऊतकों में प्रवेश नहीं कर सकता है। ध्वनिक प्रतिबाधा z एक माध्यम के माध्यम से प्रसारित होने वाली ध्वनि तरंग द्वारा प्रदर्शित कठिनाई की डिग्री है; यह घनत्व के बराबर है ध्वनिक वेग से गुणा किया जाता है c (z = c)। प्रसार गति या माध्यम के घनत्व में वृद्धि होने पर यह बढ़ जाता है। क्षीणन गुणांक अल्ट्रासाउंड आवृत्ति के एक समारोह के रूप में कुछ मीडिया में अल्ट्रासाउंड आयाम की कमी का अनुमान लगाने के लिए उपयोग किया जाने वाला पैरामीटर है। क्षीणन गुणांक बढ़ती आवृत्ति के साथ बढ़ता है; इसलिए, क्षीणन का एक व्यावहारिक परिणाम यह है कि आवृत्ति बढ़ने पर प्रवेश कम हो जाता है (चित्रा 4).

अल्ट्रासाउंड तरंगों का एक आत्म-केंद्रित प्रभाव होता है, जो अल्ट्रासोनिक क्षेत्र में एक निश्चित यात्रा दूरी पर अल्ट्रासाउंड बीम के प्राकृतिक संकुचन को संदर्भित करता है। यह के बीच एक संक्रमण स्तर है क्षेत्र के निकट और दूर का क्षेत्र. संक्रमण स्तर पर बीम की चौड़ाई ट्रांसड्यूसर के आधे व्यास के बराबर होती है। निकट-क्षेत्र की लंबाई से दो गुना की दूरी पर, बीम की चौड़ाई ट्रांसड्यूसर व्यास तक पहुंच जाती है। आत्म-केंद्रित प्रभाव ध्वनिक दबाव बढ़ाकर अल्ट्रासाउंड संकेतों को बढ़ाता है।

चित्रा 4। अल्ट्रासाउंड आवृत्ति के एक समारोह के रूप में कुछ मीडिया में अल्ट्रासाउंड आयाम कम हो जाता है, एक घटना जिसे क्षीणन गुणांक के रूप में जाना जाता है। (हैडज़िक ए: हैडज़िक के पेरिफेरल नर्व ब्लॉक्स और एनाटॉमी फॉर अल्ट्रासाउंड-गाइडेड रीजनल एनेस्थीसिया, दूसरा संस्करण। न्यूयॉर्क: मैकग्रा-हिल, इंक; 2 से अनुमति के साथ अनुकूलित।)

अल्ट्रासाउंड इमेजिंग में, स्थानिक संकल्प के दो पहलू हैं: अक्षीय और पार्श्व। अक्षीय संकल्प बीम अक्ष के साथ ऊपर-नीचे के विमानों का न्यूनतम पृथक्करण है। यह स्थानिक नाड़ी की लंबाई से निर्धारित होता है, जो तरंग दैर्ध्य के उत्पाद और एक नाड़ी के भीतर चक्रों की संख्या के बराबर है। इसे निम्नलिखित सूत्र में प्रस्तुत किया जा सकता है:

अक्षीय संकल्प = तरंग दैर्ध्य λ × प्रति नाड़ी चक्रों की संख्या n ÷ 2

एक पल्स के भीतर चक्रों की संख्या ट्रांसड्यूसर की भिगोना विशेषताओं द्वारा निर्धारित की जाती है। पल्स के भीतर चक्रों की संख्या आमतौर पर अल्ट्रासाउंड मशीनों के निर्माता द्वारा 2 और 4 के बीच निर्धारित की जाती है। एक उदाहरण के रूप में, यदि 2-मेगाहर्ट्ज अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर सैद्धांतिक रूप से स्कैनिंग करने के लिए उपयोग किया जाता है, तो अक्षीय रिज़ॉल्यूशन 0.8 और 1.6 मिमी के बीच होगा, जिससे 21-गेज सुई की कल्पना करना असंभव हो जाएगा। निरंतर ध्वनिक वेग के लिए, उच्च-आवृत्ति वाले अल्ट्रासाउंड छोटी वस्तुओं का पता लगा सकते हैं और बेहतर रिज़ॉल्यूशन वाली छवि प्रदान कर सकते हैं। वर्तमान अल्ट्रासाउंड सिस्टम का अक्षीय रिज़ॉल्यूशन 0.05 और 0.5 मिमी के बीच है। चित्रा 5 जब तीन अलग-अलग आवृत्ति सेटिंग्स के साथ 0.5-मिमी व्यास की वस्तु की कल्पना की जाती है, तो विभिन्न प्रस्तावों पर चित्र दिखाता है।

चित्रा 5। अल्ट्रासाउंड आवृत्ति इमेज की गई वस्तु के रिज़ॉल्यूशन को प्रभावित करती है। फ़्रीक्वेंसी बढ़ाकर और फ़ोकस करके बीम की चौड़ाई कम करके रिज़ॉल्यूशन में सुधार किया जा सकता है। (हैडज़िक ए: हैडज़िक के पेरिफेरल नर्व ब्लॉक्स और एनाटॉमी फॉर अल्ट्रासाउंड-गाइडेड रीजनल एनेस्थीसिया, दूसरा संस्करण। न्यूयॉर्क: मैकग्रा-हिल, इंक; 2।)

पार्श्व संकल्प दो वस्तुओं के बीच न्यूनतम अगल-बगल की दूरी का वर्णन करने के लिए तीक्ष्णता का एक और पैरामीटर है। यह अल्ट्रासाउंड आवृत्ति और बीम चौड़ाई दोनों द्वारा निर्धारित किया जाता है। उच्च आवृत्तियों में एक संकीर्ण फोकस होता है और बेहतर अक्षीय और पार्श्व संकल्प प्रदान करता है। बीम की चौड़ाई को कम करने के लिए फोकस को समायोजित करके पार्श्व संकल्प को भी बेहतर बनाया जा सकता है।

अस्थायी समाधान रक्त वाहिकाओं और हृदय जैसी गतिमान वस्तु को देखने के लिए भी महत्वपूर्ण है। एक फिल्म या कार्टून वीडियो की तरह, मानव आंख के लिए आवश्यक है कि अल्ट्रासाउंड छवि निरंतर दिखाई देने के लिए छवि को प्रति सेकंड लगभग 25 गुना या उससे अधिक की दर से अपडेट किया जाए। हालांकि, फ्रेम दर को बढ़ाकर इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन से समझौता किया जाएगा। सर्वोत्तम संभव छवि प्रदान करने के लिए रिज़ॉल्यूशन के अनुपात को फ्रेम दर का अनुकूलन करना आवश्यक है।

ऊतकों के साथ अल्ट्रासाउंड की परस्पर क्रिया

चूंकि अल्ट्रासाउंड तरंग ऊतकों के माध्यम से यात्रा करती है, यह कई अंतःक्रियाओं के अधीन होती है। सबसे महत्वपूर्ण विशेषताएं इस प्रकार हैं:

• प्रतिबिंब
• बिखराव
• अवशोषण

जब अल्ट्रासाउंड विभिन्न मीडिया के बीच की सीमाओं का सामना करता है, तो अल्ट्रासाउंड का हिस्सा परिलक्षित होता है और दूसरा भाग प्रसारित होता है। परावर्तित और संचरित दिशाएँ क्रमशः परावर्तन कोण r और संचरण कोण t द्वारा दी जाती हैं (चित्रा 6).

चित्रा 6। मीडिया के माध्यम से अल्ट्रासाउंड तरंगों की बातचीत जिसमें वे यात्रा करते हैं, जटिल है। जब अल्ट्रासाउंड विभिन्न मीडिया के बीच सीमाओं का सामना करता है, तो अल्ट्रासाउंड का हिस्सा परिलक्षित होता है और भाग प्रसारित होता है। परावर्तित और संचरित दिशाएँ परावर्तन और संचरण के संबंधित कोणों पर निर्भर करती हैं। (हैडज़िक ए: हैडज़िक के पेरिफेरल नर्व ब्लॉक्स और एनाटॉमी फॉर अल्ट्रासाउंड-गाइडेड रीजनल एनेस्थीसिया, दूसरा संस्करण। न्यूयॉर्क: मैकग्रा-हिल, इंक; 2 से अनुमति के साथ अनुकूलित।)

कलेवा ध्वनि तरंगें प्रकाशिक परावर्तन के समान होती हैं। इसकी कुछ ऊर्जा वापस उसी माध्यम में भेज दी जाती है जिससे वह आई थी। एक सच्चे परावर्तन में, परावर्तन कोण_r आपतन कोण . के बराबर होना चाहिए_i. एक इंटरफेस से परावर्तन की ताकत परिवर्तनशील है और सीमा पर दो आत्मीय मीडिया और घटना कोण के बीच प्रतिबाधा के अंतर पर निर्भर करती है। यदि मीडिया प्रतिबाधा समान हैं, तो कोई प्रतिबिंब नहीं है (कोई प्रतिध्वनि नहीं)। यदि मीडिया प्रतिबाधाओं के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर है, तो लगभग पूर्ण प्रतिबिंब होगा। उदाहरण के लिए, नरम ऊतकों और फेफड़े या हड्डी के बीच एक इंटरफेस में ध्वनिक प्रतिबाधा में काफी बदलाव शामिल है और मजबूत गूँज पैदा करता है। यह परावर्तन तीव्रता भी अत्यधिक कोण पर निर्भर है। व्यावहारिक रूप से, इसका मतलब है कि अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर को स्पष्ट रूप से देखने के लिए लक्ष्य तंत्रिका के लंबवत रखा जाना चाहिए। दो माध्यमों के बीच की सीमा को पार करते समय ध्वनि की दिशा में परिवर्तन को कहा जाता है अपवर्तन. यदि दूसरे माध्यम के माध्यम से प्रसार गति पहले माध्यम के माध्यम से धीमी है, तो अपवर्तन कोण घटना कोण से छोटा होता है। अपवर्तन छवि पर बड़े जहाजों के नीचे होने वाली कलाकृति का कारण बन सकता है।

अल्ट्रासाउंड स्कैनिंग के दौरान, ट्रांसड्यूसर-स्किन इंटरफेस से हवा को विस्थापित करने के लिए ट्रांसड्यूसर और त्वचा के बीच एक युग्मन माध्यम का उपयोग किया जाना चाहिए। इस उद्देश्य के लिए विभिन्न प्रकार के जैल और तेल लगाए जाते हैं। इसके अलावा, वे स्नेहक के रूप में कार्य कर सकते हैं, जिससे एक आसान स्कैनिंग प्रदर्शन संभव हो जाता है। अधिकांश स्कैन किए गए इंटरफेस कुछ हद तक अनियमित और घुमावदार हैं। यदि सीमा आयाम तरंग दैर्ध्य से काफी कम हैं या चिकनी नहीं हैं, तो परावर्तित तरंगें विसरित हो जाएंगी।

बिखरने खुरदरी सतहों या विषम माध्यमों द्वारा किसी भी दिशा में ध्वनि का पुनर्निर्देशन है (चित्रा 7).

चित्रा 7। स्कैटरिंग किसी भी दिशा में अल्ट्रासाउंड का पुनर्निर्देशन है जो खुरदरी सतहों या विषम मीडिया के कारण होता है। (हैडज़िक ए: हैडज़िक के पेरिफेरल नर्व ब्लॉक्स और एनाटॉमी फॉर अल्ट्रासाउंड-गाइडेड रीजनल एनेस्थीसिया, दूसरा संस्करण। न्यूयॉर्क: मैकग्रा-हिल, इंक; 2 से अनुमति के साथ अनुकूलित।)

आम तौर पर, बिखरने की तीव्रता दर्पण जैसी परावर्तन तीव्रता से बहुत कम होती है और यह आपतित ध्वनि तरंग की दिशा से अपेक्षाकृत स्वतंत्र होती है; इसलिए, लक्ष्य तंत्रिका का दृश्य पास के किसी अन्य प्रकीर्णन से महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित नहीं होता है।

अवशोषण ध्वनि ऊर्जा के ऊष्मा में प्रत्यक्ष रूपांतरण के रूप में परिभाषित किया गया है। दूसरे शब्दों में, अल्ट्रासाउंड स्कैनिंग ऊतक में गर्मी उत्पन्न करती है। उच्च आवृत्तियों को कम आवृत्तियों की तुलना में अधिक दर में अवशोषित किया जाता है। हालांकि, एक उच्च स्कैनिंग आवृत्ति बेहतर अक्षीय रिज़ॉल्यूशन देती है। यदि अल्ट्रासाउंड पैठ ब्याज की संरचनाओं की कल्पना करने के लिए पर्याप्त नहीं है, तो पैठ बढ़ाने के लिए कम आवृत्ति का चयन किया जाता है। लंबी तरंग दैर्ध्य (कम आवृत्ति) के उपयोग से कम रिज़ॉल्यूशन होता है क्योंकि अल्ट्रासाउंड इमेजिंग का रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग तरंग की तरंग दैर्ध्य के समानुपाती होता है। 6 और 12 मेगाहर्ट्ज के बीच की आवृत्तियां आमतौर पर परिधीय तंत्रिका ब्लॉक में इमेजिंग के लिए पर्याप्त रिज़ॉल्यूशन देती हैं, जबकि 2 और 5 मेगाहर्ट्ज के बीच की आवृत्तियों को आमतौर पर न्यूरैक्सियल संरचनाओं की इमेजिंग के लिए आवश्यक होता है। अधिकांश नैदानिक ​​अनुप्रयोगों में अपर्याप्त रिज़ॉल्यूशन या अपर्याप्त पैठ गहराई के कारण 2 मेगाहर्ट्ज से कम या 15 मेगाहर्ट्ज से अधिक की आवृत्तियों का उपयोग शायद ही कभी किया जाता है।

अल्ट्रासाउंड छवि मोड

A- मोड

ए-मोड सबसे पुराना है अल्ट्रासाउंड तकनीक और इसका आविष्कार 1930 में हुआ था। ट्रांसड्यूसर अल्ट्रासाउंड की एक पल्स को माध्यम में भेजता है। नतीजतन, एक आयामी सरलतम अल्ट्रासाउंड छवि बनाई जाती है जिस पर अल्ट्रासाउंड किरणों के विभिन्न ऊतकों की सीमा का सामना करने के बाद ऊर्ध्वाधर चोटियों की एक श्रृंखला उत्पन्न होती है। प्रतिध्वनित स्पाइक्स के बीच की दूरी (चित्रा 8) की गणना ऊतक में अल्ट्रासाउंड की गति (1540 मीटर/सेक) को आधे बीत चुके समय से विभाजित करके की जा सकती है, लेकिन यह इमेज की गई संरचनाओं के स्थानिक संबंध के बारे में बहुत कम जानकारी प्रदान करता है। इसलिए, ए-मोड अल्ट्रासाउंड क्षेत्रीय संज्ञाहरण पर लागू नहीं होता है।

चित्रा 8। अल्ट्रासाउंड के ए-मोड में एक आयामी अल्ट्रासाउंड छवि होती है जो विभिन्न ऊतकों में अल्ट्रासाउंड मुठभेड़ों की संरचनाओं की गहराई के अनुरूप ऊर्ध्वाधर चोटियों की एक श्रृंखला के रूप में प्रदर्शित होती है। (हैडज़िक ए: हैडज़िक के पेरिफेरल नर्व ब्लॉक्स एंड एनाटॉमी फॉर अल्ट्रासाउंड-गाइडेड रीजनल एनेस्थीसिया, दूसरा संस्करण। न्यूयॉर्क: मैकग्राहिल, इंक; 2।)

बी मोड

बी-मोड उस क्षेत्र की एक द्वि-आयामी (2डी) छवि है जिसे ए-मोड के रूप में एक के बजाय 100-300 पीजोइलेक्ट्रिक तत्वों के रैखिक सरणी द्वारा एक साथ स्कैन किया जाता है (चित्रा 9) ए-स्कैन की एक श्रृंखला से प्रतिध्वनि का आयाम बी-मोड इमेजिंग में विभिन्न चमक के डॉट्स में परिवर्तित हो जाता है। क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर दिशाएं ऊतक में वास्तविक दूरियों का प्रतिनिधित्व करती हैं, जबकि ग्रेस्केल की तीव्रता प्रतिध्वनि शक्ति को इंगित करती है (चित्रा 10) बी-मोड रुचि के क्षेत्र के माध्यम से एक क्रॉस सेक्शन की एक छवि प्रदान कर सकता है, और यह प्राथमिक मोड है जो वर्तमान में क्षेत्रीय संज्ञाहरण में उपयोग किया जाता है।

चित्रा 9। बी-मोड ट्रांसड्यूसर में संख्यात्मक पीजोइलेक्ट्रिक तत्व शामिल होते हैं जो समानांतर में विद्युत रूप से जुड़े होते हैं।

चित्रा 10। बी-मोड इमेजिंग का एक उदाहरण। क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर दिशाएँ दूरियों और ऊतकों का प्रतिनिधित्व करती हैं, जबकि ग्रेस्केल की तीव्रता प्रतिध्वनि शक्ति को इंगित करती है। (हैडज़िक ए: हैडज़िक के पेरिफेरल नर्व ब्लॉक्स और एनाटॉमी फॉर अल्ट्रासाउंड-गाइडेड रीजनल एनेस्थीसिया, दूसरा संस्करण। न्यूयॉर्क: मैकग्रा-हिल, इंक; 2 से अनुमति के साथ अनुकूलित।)

डॉपलर मोड

डॉपलर प्रभाव ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी जोहान क्रिश्चियन डॉपलर के काम पर आधारित है। शब्द ध्वनि स्रोत और ध्वनि रिसीवर के बीच सापेक्ष गति के परिणामस्वरूप ध्वनि तरंग की आवृत्ति या तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन का वर्णन करता है। दूसरे शब्दों में, एक स्थिर स्थिति में, ध्वनि आवृत्ति स्थिर होती है। यदि ध्वनि स्रोत ध्वनि रिसीवर की ओर बढ़ता है, तो ध्वनि तरंगों को निचोड़ना पड़ता है, और एक उच्च-पिच ध्वनि होती है (सकारात्मक डॉपलर शिफ्ट); यदि ध्वनि स्रोत रिसीवर से दूर चला जाता है, तो ध्वनि तरंगों को फैलाना पड़ता है, और प्राप्त ध्वनि की पिच कम होती है (नकारात्मक डॉपलर शिफ्ट) (चित्रा 11) डॉपलर शिफ्ट का परिमाण उत्सर्जित अल्ट्रासाउंड बीम और गतिमान परावर्तकों की दिशाओं के बीच घटना कोण पर निर्भर करता है। 90° के कोण पर डॉप्लर शिफ्ट नहीं होता है। यदि कोण 0° या 180° है, तो सबसे बड़े डॉप्लर शिफ्ट का पता लगाया जा सकता है। चिकित्सा सेटिंग्स में, डॉपलर शिफ्ट आमतौर पर श्रव्य सीमा में आते हैं।

चित्रा 11। डॉपलर प्रभाव। जब कोई ध्वनि स्रोत रिसीवर से दूर जाता है, तो प्राप्त ध्वनि की पिच कम होती है और इसके विपरीत। (हैडज़िक ए: हैडज़िक के पेरिफेरल नर्व ब्लॉक्स और एनाटॉमी फॉर अल्ट्रासाउंड-गाइडेड रीजनल एनेस्थीसिया, दूसरा संस्करण। न्यूयॉर्क: मैकग्रा-हिल, इंक; 2 से अनुमति के साथ अनुकूलित।)

कलर डॉपलर बी-मोड अल्ट्रासाउंड इमेज पर आरोपित डॉपलर शिफ्ट्स का कलर-कोडेड मैप तैयार करता है। रक्त प्रवाह की दिशा इस बात पर निर्भर करती है कि गति ट्रांसड्यूसर की ओर है या दूर है। परंपरा द्वारा चुने गए, लाल और नीले रंग रक्त प्रवाह की दिशा और वेग के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं। आकृति के ऊपरी बाएँ कोने में रंग मानचित्र (रंग पट्टी) के अनुसार (चित्रा 12), बार के शीर्ष पर लाल रंग अल्ट्रासाउंड जांच की ओर आने वाले प्रवाह को दर्शाता है, और बार के नीचे का नीला रंग जांच से दूर प्रवाह को इंगित करता है।

चित्रा 12 कलर डॉपलर बी-मोड अल्ट्रासाउंड छवि पर आरोपित डॉपलर आकृतियों का एक रंग-कोडित नक्शा तैयार करता है। परंपरा द्वारा चुने गए, लाल और नीले रंग रक्त प्रवाह की दिशा और वेग के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं। (हैडज़िक ए: हैडज़िक के पेरिफेरल नर्व ब्लॉक्स और एनाटॉमी फॉर अल्ट्रासाउंड-गाइडेड रीजनल एनेस्थीसिया, दूसरा संस्करण। न्यूयॉर्क: मैकग्रा-हिल, इंक; 2 से अनुमति के साथ अनुकूलित।)

चित्रा 13। कलर डॉपलर मोड का उपयोग रक्त वाहिका की दिशा का पता लगाने के लिए किया जाता है।

अल्ट्रासाउंड-निर्देशित परिधीय तंत्रिका ब्लॉक में, रंग डॉपलर मोड का उपयोग रुचि के क्षेत्र में रक्त वाहिकाओं (धमनी बनाम शिरा) की उपस्थिति और प्रकृति का पता लगाने के लिए किया जाता है। जब अल्ट्रासाउंड बीम की दिशा बदल जाती है, तो धमनी प्रवाह का रंग नीले से लाल हो जाता है, या इसके विपरीत, इस्तेमाल किए गए सम्मेलन के आधार पर (आंकड़े 13, 14ए, 14बी, और 14सी) रंग डॉपलर की तुलना में पावर डॉपलर रक्त प्रवाह का पता लगाने में पांच गुना अधिक संवेदनशील है, और यह स्कैनिंग कोण पर कम निर्भर है। इस प्रकार, पावर डॉपलर का उपयोग छोटी रक्त वाहिकाओं की अधिक मज़बूती से पहचान करने के लिए किया जा सकता है। दोष यह है कि पावर डॉप्लर रक्त प्रवाह की दिशा और गति के बारे में कोई जानकारी नहीं देता है (चित्रा 15).

चित्रा 14। ए: जब रक्त ट्रांसड्यूसर की ओर बहता है तो कैरोटिड धमनी एक लाल रंग प्रदर्शित करती है। बी: कैरोटिड धमनी 90 डिग्री डॉपलर कोण पर अस्पष्ट रंग प्रदर्शित करती है; आधार रेखा के दोनों ओर समान तरंग देखी जा सकती है। सी: जब रक्त ट्रांसड्यूसर से बहता है तो कैरोटिड धमनी नीला रंग प्रदर्शित करती है।

चित्रा 15। हालांकि पावर डॉपलर छोटी रक्त वाहिकाओं की पहचान करने में उपयोगी हो सकता है, लेकिन दोष यह है कि यह रक्त प्रवाह की दिशा और गति के बारे में जानकारी नहीं देता है। (हैडज़िक ए: हैडज़िक के पेरिफेरल नर्व ब्लॉक्स और एनाटॉमी फॉर अल्ट्रासाउंड-गाइडेड रीजनल एनेस्थीसिया, दूसरा संस्करण। न्यूयॉर्क: मैकग्रा-हिल, इंक; 2 से अनुमति के साथ अनुकूलित।)

एम मोड

एक अल्ट्रासाउंड स्कैन में एक एकल बीम का उपयोग गति संकेत के साथ एक चित्र बनाने के लिए किया जा सकता है, जहां एक संरचना की गति जैसे कि हृदय वाल्व को तरंग की तरह चित्रित किया जा सकता है। एम-मोड का उपयोग कार्डियक और भ्रूण कार्डियक इमेजिंग में बड़े पैमाने पर किया जाता है; हालांकि, क्षेत्रीय संज्ञाहरण में इसका वर्तमान उपयोग नगण्य है (चित्रा 16).

चित्रा 16। एम-मोड में एक एकल बीम होता है जिसका उपयोग गति संकेत के साथ एक छवि बनाने के लिए किया जाता है। एक संरचना की गति को एक तरंग-समान पदार्थ में दर्शाया जा सकता है। (हैडज़िक ए: हैडज़िक के पेरिफेरल नर्व ब्लॉक्स और एनाटॉमी फॉर अल्ट्रासाउंड-गाइडेड रीजनल एनेस्थीसिया, दूसरा संस्करण। न्यूयॉर्क: मैकग्रा-हिल, इंक; 2।)

अल्ट्रासाउंड उपकरण

अल्ट्रासाउंड मशीनें ट्रांसड्यूसर द्वारा प्राप्त गूँज को दृश्यमान बिंदुओं में परिवर्तित करती हैं, जो एक अल्ट्रासाउंड स्क्रीन पर शारीरिक छवि बनाती हैं। प्रत्येक बिंदु की चमक प्रतिध्वनि शक्ति से मेल खाती है, जो एक ग्रेस्केल छवि के रूप में जानी जाती है। क्षेत्रीय संज्ञाहरण में दो प्रकार के स्कैन ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया जाता है: रैखिक और घुमावदार। एक रैखिक ट्रांसड्यूसर समानांतर स्कैन लाइनों और एक आयताकार डिस्प्ले का उत्पादन कर सकता है, जिसे एक रैखिक स्कैन कहा जाता है, जबकि एक घुमावदार ट्रांसड्यूसर एक वक्रीय स्कैन और एक चाप-आकार की छवि उत्पन्न करता है (आंकड़े 17ए और 17बी) क्लिनिकल स्कैनिंग में, ट्रांसड्यूसर और त्वचा के बीच हवा की एक बहुत पतली परत भी लगभग सभी अल्ट्रासाउंड को प्रतिबिंबित कर सकती है, जिससे ऊतक में किसी भी प्रवेश में बाधा उत्पन्न होती है। इसलिए, एक युग्मन माध्यम, आमतौर पर एक जलीय जेल, हवा की परत को खत्म करने के लिए ट्रांसड्यूसर और त्वचा की सतहों के बीच लगाया जाता है।

वर्तमान में क्षेत्रीय संज्ञाहरण में उपयोग की जाने वाली अल्ट्रासाउंड मशीनें एक 2D छवि, या "स्लाइस" प्रदान करती हैं। त्रि-आयामी (3D) छवियों को बनाने में सक्षम मशीनों को हाल ही में विकसित किया गया है। सैद्धांतिक रूप से, 3डी इमेजिंग से शारीरिक संरचनाओं के संबंध और स्थानीय एनेस्थेटिक्स के प्रसार को समझने में मदद मिलनी चाहिए। 3डी अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के तीन प्रमुख प्रकार हैं: (1) फ्रीहैंड 3डी एक सोनोग्राफर से प्राप्त 2डी क्रॉस-सेक्शनल अल्ट्रासाउंड छवियों के एक सेट पर आधारित है, जो रुचि के क्षेत्र में ट्रांसड्यूसर की सफाई करता है (आंकड़े 18ए और 18बी) (2) वॉल्यूम 3डी एक समर्पित 3डी ट्रांसड्यूसर का उपयोग करके 3डी वॉल्यूमेट्रिक छवियां प्रदान करता है। स्कैनिंग के दौरान ट्रांसड्यूसर तत्व स्वचालित रूप से रुचि के क्षेत्र से गुजरते हैं; सोनोग्राफर को हाथ की गति करने की आवश्यकता नहीं है (चित्रा 18C) (3) रीयल-टाइम 3डी विभिन्न कोणों पर कई छवियां लेता है, जिससे सोनोग्राफर 3डी मॉडल को वास्तविक समय में चलते हुए देख सकता है। हालाँकि, 3D इमेजिंग का विशिष्ट स्थानिक रिज़ॉल्यूशन लगभग 0.34-0.5 मिमी है। वर्तमान में, 3डी इमेजिंग सिस्टम में अभी भी 2डी छवियों के संकल्प और सादगी की कमी है, इसलिए क्षेत्रीय संज्ञाहरण में उनका व्यावहारिक उपयोग सीमित है।

चित्रा 17। ए: रैखिक ट्रांसड्यूसर द्वारा दिया गया आयताकार स्कैन क्षेत्र। बी: घुमावदार ट्रांसड्यूसर द्वारा दिया गया चाप के आकार का स्कैन क्षेत्र। (हैडज़िक ए: हैडज़िक के पेरिफेरल नर्व ब्लॉक्स और एनाटॉमी फॉर अल्ट्रासाउंड-गाइडेड रीजनल एनेस्थीसिया, दूसरा संस्करण। न्यूयॉर्क: मैकग्रा-हिल, इंक; 2 से अनुमति के साथ अनुकूलित।)

चित्रा 18।  ए: मुक्तहस्त 3डी इमेजिंग। एक रैखिक ट्रांसड्यूसर समानांतर स्कैन लाइनें और एक आयताकार डिस्प्ले उत्पन्न करता है; रैखिक स्कैन। बी: मुक्तहस्त 3डी इमेजिंग। एक घुमावदार "चरण सरणी" ट्रांसड्यूसर के परिणामस्वरूप एक घुमावदार स्कैन और एक आर्च-आकार की छवि होती है। सी: वॉल्यूम 3डी इमेजिंग द्वारा देखा गया भ्रूण का चेहरा। (हैडज़िक ए: हैडज़िक के पेरिफेरल नर्व ब्लॉक्स और एनाटॉमी फॉर अल्ट्रासाउंड-गाइडेड रीजनल एनेस्थीसिया, दूसरा संस्करण। न्यूयॉर्क: मैकग्रा-हिल, इंक; 2।)

समय-लाभ मुआवजा

गूँज बढ़ती गहराई के साथ आयाम में लगातार गिरावट दर्शाती है। यह दो कारणों से होता है: पहला, प्रत्येक लगातार परावर्तन नाड़ी से एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा को हटा देता है, जिससे बाद की गूँज का उत्पादन कम हो जाता है। दूसरा, ऊतक अल्ट्रासाउंड को अवशोषित करता है, इसलिए ऊर्जा का एक स्थिर नुकसान होता है क्योंकि अल्ट्रासाउंड पल्स ऊतकों के माध्यम से यात्रा करता है। इसे टाइम-गेन मुआवजे (टीजीसी) और संपीड़न कार्यों में हेरफेर करके ठीक किया जा सकता है। लाभ इनपुट इलेक्ट्रिक पावर के आउटपुट का अनुपात है; यह छवि की चमक को नियंत्रित करता है। लाभ आमतौर पर डेसिबल (डीबी) में मापा जाता है। लाभ बढ़ाना न केवल रिटर्निंग सिग्नल को बढ़ाता है, बल्कि सिस्टम के भीतर पृष्ठभूमि शोर भी उसी तरह से बढ़ाता है। TGC एक समय पर निर्भर प्रवर्धन है। TGC फ़ंक्शन का उपयोग विभिन्न ऊतक गहराई से आने वाले संकेतों के आयाम को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है।

TGC नियंत्रणों का लेआउट एक मशीन से दूसरी मशीन में भिन्न होता है। एक लोकप्रिय डिज़ाइन स्लाइडर नॉब्स का एक सेट है। स्लाइडर सेट में प्रत्येक नॉब एक ​​विशिष्ट गहराई के लिए लाभ को नियंत्रित करता है, जो छवि पर एक अच्छी तरह से संतुलित लाभ पैमाने की अनुमति देता है (आंकड़े 19A, 19B, तथा 19C).

चित्रा 19: ए, बी, और सी: समय-लाभ मुआवजा सेटिंग्स का प्रभाव। समय-लाभ मुआवजा एक ऐसा कार्य है जो विभिन्न गहराई से लौटने वाले संकेतों के समय- (गहराई) पर निर्भर प्रवर्धन की अनुमति देता है। (हैडज़िक ए: हैडज़िक के पेरिफेरल नर्व ब्लॉक्स और एनाटॉमी फॉर अल्ट्रासाउंड-गाइडेड रीजनल एनेस्थीसिया, दूसरा संस्करण। न्यूयॉर्क: मैकग्रा-हिल, इंक; 2 से अनुमति के साथ अनुकूलित।)

प्रवर्धन ट्रांसड्यूसर से प्राप्त छोटे वोल्टेज का बड़े में रूपांतरण है जो आगे की प्रक्रिया और भंडारण के लिए उपयुक्त हैं। अल्ट्रासाउंड गूँज के परिमाण को बढ़ाने के लिए दो प्रवर्धन प्रक्रियाओं पर विचार किया जाता है: रैखिक और अरेखीय प्रवर्धन। वर्तमान में, रैखिक एम्पलीफायरों के साथ अल्ट्रासोनिक इमेजिंग सिस्टम आमतौर पर चिकित्सा नैदानिक ​​अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। हालांकि, ट्रांसड्यूसर और परावर्तक के बीच की दूरी बढ़ने पर गूँज की ताकत तेजी से कम हो जाती है। लॉगरिदमिक एम्पलीफायरों से लैस अल्ट्रासोनिक इमेजिंग उपकरण एक रैखिक एम्पलीफायर की तुलना में व्यापक गतिशील रेंज के साथ इको सिग्नल प्रदर्शित कर सकते हैं और स्क्रीन पर इको के छोटे परिमाण के लिए संवेदनशीलता में उल्लेखनीय रूप से सुधार कर सकते हैं।

गतिशील रेंज सबसे बड़े से लेकर सबसे छोटे इको सिग्नल तक के आयामों की सीमा है जिसे एक अल्ट्रासाउंड सिस्टम पता लगा सकता है। व्यापक/उच्च गतिशील रेंज ग्रेस्केल स्तरों की एक बड़ी संख्या प्रस्तुत करती है, और यह एक नरम छवि बनाती है; एक संकरी/निचली गतिशील सीमा वाली छवि अधिक कंट्रास्ट के साथ दिखाई देती है (आंकड़े 20ए और 20बी) 50 डीबी से कम या 100 डीबी से अधिक की डायनामिक रेंज परिधीय तंत्रिका के दृश्य के संदर्भ में शायद बहुत कम या बहुत अधिक है। संपीड़न सबसे छोटे और सबसे बड़े इको-वोल्टेज एम्पलीट्यूड के बीच के अंतर को कम करने की प्रक्रिया है; इष्टतम संपीड़न 2 के बराबर अधिकतम पैमाने के लिए 4 और 6 के बीच है।

चित्रा 20।: ए: उच्च गतिशील रेंज द्वारा प्रदान की गई एक नरम छवि। बी: कम गतिशील रेंज द्वारा प्रदान की गई अधिक कंट्रास्ट वाली छवि।

ध्यान केंद्रित

जैसा कि पहले चर्चा की गई थी, बीम की चौड़ाई को कुछ गहराई तक कम करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक साधनों का उपयोग करना और उत्तल लेंस का उपयोग करने के समान फ़ोकसिंग प्रभाव प्राप्त करना आम बात है (चित्रा 21) फोकस दो प्रकार के होते हैं: कुंडलाकार और रैखिक। इन्हें चित्रित किया गया है आंकड़े 22A और 22B, क्रमशः।

फ़ोकस को समायोजित करने से रुचि के तल पर स्थानिक रिज़ॉल्यूशन में सुधार होता है क्योंकि बीम की चौड़ाई अभिसरण होती है। हालांकि, चयनित गहराई पर बीम की चौड़ाई में कमी अन्य गहराई पर बीम की चौड़ाई में गिरावट की कीमत पर हासिल की जाती है, जिसके परिणामस्वरूप फोकल ज़ोन के नीचे की छवियां खराब होती हैं।

चित्रा 21: ध्यान केंद्रित करने वाले प्रभाव का प्रदर्शन। एक विशिष्ट गहराई पर बीम की चौड़ाई को कम करने के लिए एक इलेक्ट्रॉनिक साधन का उपयोग किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप एक चुनी हुई गहराई पर फ़ोकसिंग प्रभाव और अधिक रिज़ॉल्यूशन होता है। (हैडज़िक ए: हैडज़िक के पेरिफेरल नर्व ब्लॉक्स और एनाटॉमी फॉर अल्ट्रासाउंड-गाइडेड रीजनल एनेस्थीसिया, दूसरा संस्करण। न्यूयॉर्क: मैकग्रा-हिल, इंक; 2 से अनुमति के साथ अनुकूलित।)

चित्रा 22: A: कुंडलाकार फ़ोकसिंग एक कुंडलाकार ट्रांसड्यूसर द्वारा दिए गए स्कैन प्लेन में सभी दिशाओं से इलेक्ट्रॉनिक फ़ोकसिंग है जिसमें कई रिंग तत्व संकेंद्रित रूप से व्यवस्थित होते हैं। बी: लीनियर फ़ोकसिंग इलेक्ट्रॉनिक फ़ोकसिंग है जिसे स्कैन प्लेन में दोनों पार्श्व पक्षों के साथ लगाया जाता है।

जैव प्रभाव और सुरक्षा

क्रिया के तंत्र जिसके द्वारा एक अल्ट्रासाउंड अनुप्रयोग एक जैविक प्रभाव उत्पन्न कर सकता है, को अवधारणात्मक रूप से दो पहलुओं में वर्गीकृत किया जा सकता है: हीटिंग और मैकेनिकल। वास्तव में, एक्स्ट्राकोर्पोरियल लिथोट्रिप्सी को छोड़कर, इन दो प्रभावों को शायद ही कभी अलग किया जा सकता है, अकेले यांत्रिक बायोइफेक्ट्स का चिकित्सीय अनुप्रयोग। जैसे ही अल्ट्रासाउंड की तीव्रता या आवृत्ति बढ़ जाती है, गर्मी का उत्पादन बढ़ता है। समान जोखिम स्थितियों के लिए, हड्डी में अपेक्षित तापमान में वृद्धि नरम ऊतकों की तुलना में काफी अधिक है। विवो प्रयोगों में, उच्च-तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड (आमतौर पर> 2 डब्ल्यू/सेमी .)²) हानिकारक जैविक प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए प्रयोग किया जाता है; यह चिकित्सीय तीव्रता (5–20 W/cm .) से 0.08 से 0.5 गुना बड़ा है²) और नैदानिक ​​तीव्रता से 8 से 100 गुना बड़ा (रंग प्रवाह मोड 0.25 W/cm .)², बी-मोड स्कैन 0.02 डब्ल्यू / सेमी²) पशु मॉडल (चूहों और चूहों) में रिपोर्ट से पता चलता है कि अल्ट्रासाउंड के आवेदन से कई अवांछित प्रभाव हो सकते हैं, जैसे कि भ्रूण के वजन में कमी, प्रसवोत्तर मृत्यु दर, भ्रूण की असामान्यताएं, ऊतक घाव, हिंद अंग पक्षाघात, रक्त प्रवाह ठहराव और ट्यूमर प्रतिगमन। चूहों में अन्य रिपोर्ट किए गए अवांछित प्रभाव बी-सेल विकास और ओवुलेटरी प्रतिक्रिया और टेराटोजेनिसिटी में असामान्यताएं हैं।

सामान्य तौर पर, वयस्क ऊतक भ्रूण और नवजात ऊतकों की तुलना में बढ़ते तापमान के प्रति अधिक सहिष्णु होते हैं। एक आधुनिक अल्ट्रासाउंड मशीन दो मानक सूचकांक प्रदर्शित करती है: थर्मल और मैकेनिकल। थर्मल इंडेक्स (टीआई) को ट्रांसड्यूसर ध्वनिक आउटपुट पावर के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो ऊतक तापमान को 1 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाने के लिए आवश्यक अनुमानित शक्ति से विभाजित होता है। मैकेनिकल इंडेक्स (एमआई) पल्स बैंडविड्थ के केंद्र आवृत्ति के वर्गमूल द्वारा विभाजित शिखर दुर्लभ दबाव के बराबर है। TI और MI क्रमशः विवो में थर्मल और मैकेनिकल खतरे की सापेक्ष संभावना को इंगित करते हैं। 1.0 से अधिक या तो TI या MI खतरनाक है।

अल्ट्रासाउंड के कारण जैविक प्रभाव ऊतक जोखिम समय पर भी निर्भर करता है। शोधकर्ता आमतौर पर 1 W/cm . की न्यूनतम तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड को उजागर करने के लिए गर्भवती चूहों का उपयोग करते हैं² कृंतक भ्रूणों में होने वाली समय-निर्भर प्रतिकूल घटनाओं का मूल्यांकन करने के लिए 60 से 420 मिनट के लिए। सौभाग्य से, अल्ट्रासाउंड-निर्देशित तंत्रिका ब्लॉक को थोड़े समय के लिए रोगी पर केवल कम TI और MI मानों के उपयोग की आवश्यकता होती है। इन विट्रो और इन विवो प्रायोगिक अध्ययन के परिणामों के आधार पर, इस बात का कोई सबूत नहीं है कि नियमित नैदानिक ​​​​अभ्यास में नैदानिक ​​​​अल्ट्रासाउंड का उपयोग किसी भी जैविक जोखिम से जुड़ा है।

संदर्भ

• क्यूरी जे, क्यूरी पी: डिवेलपमेंट पर प्रेसेशन डे ल'इलेक्ट्रिकाइट पोलेयर डैन्स लेस क्रिस्टॉक्स हेमीएड्रेस फेसेस इनक्लिनीज। सीआर एकेड साइंस (पेरिस) 1880;91:294।
• लैंगविन पी: फ्रेंच पेटेंट नंबर 505,703। 17 सितंबर, 1917 को दायर किया गया। 5 अगस्त, 1920 को जारी किया गया।
• थॉम्पसन जे: अप्रतिबंधित यू-नाव युद्ध: रॉयल नेवी लगभग युद्ध हार जाती है। इंपीरियल वॉर म्यूज़ियम बुक ऑफ़ द वॉर एट सी 1914-18। पैन बुक्स, 2006, अध्याय 10।
• लैंगविन एमपी: लेस ऑनडेस अल्ट्रासोनोर। रेव जनरल इलेक्ट 1928; 23:626।
• एनस्मिंगर डी, बॉन्ड एलजे: अल्ट्रासोनिक्स: फंडामेंटल्स, टेक्नोलॉजीज, और एप्लीकेशन, तीसरा संस्करण। फ्रांसिस ग्रुप, 3।
• दुसिक केटी: नैदानिक ​​सहायता के रूप में अल्ट्रासाउंड तरंगों का उपयोग करने की संभावना पर। न्यूरोल साइकियाट 1942; 174: 153–168।
• दुसिक केटी, दुसिक एफ, वायट एल। औफ डेम वेगे ज़ूर हाइपरफ़ोनोग्राफ़ी डेस गेहिर्न्स। मेड वोचेनश्र 1947; 97:425-429।
• कोसॉफ जी, रॉबिन्सन डीई, गैरेट डब्ल्यूजे: अल्ट्रासोनिक द्वि-आयामी विज़ुअलाइज़ेशन तकनीक। आईईईई ट्रांस सोनिक अल्ट्रासाउंड 1965; एसयू12:31-37
• थॉम्पसन एचई, होम्स जेएच, गॉट्सफेल्ड केआर, टेलर ईएस अल्ट्रासाउंड पल्स-इको तकनीकों द्वारा निर्धारित भ्रूण विकास। एम जे ओब्स्टेट गाइनकोल 1965; 92: 44-53।
• नैदानिक ​​चिकित्सा के लिए उन्नत प्रौद्योगिकी प्रयोगशालाओं इंक. अल्ट्रासाउंड उपकरण द्वारा ECHO-DOPPLER के लिए अमेरिकी संघीय ट्रेडमार्क पंजीकरण दायर किया गया। ट्रेडमार्क क्रमांक 73085203। 26 अप्रैल 1976।
• ला ग्रेंज पीडीपी, फोस्टर पीए, प्रिटोरियस एलके: सुप्राक्लेविक्युलर ब्राचियल प्लेक्सस ब्लॉक में डॉपलर अल्ट्रासाउंड ब्लड फ्लो डिटेक्टर का अनुप्रयोग। ब्र जे एनेस्थ 1978; 50: 965–967।
• टिंग पीएल, शिवगन्नारत्नम वी: एक्सिलरी ब्राचियल प्लेक्सस ब्लॉक के दौरान स्थानीय संवेदनाहारी के प्रसार का अल्ट्रासोनोग्राफिक अध्ययन। ब्र जे एनेस्थ 1978; 63:326–329.
• कपराल एस, क्राफ्ट पी, ईबेनबर्गर के, फिट्जगेराल्ड आर, गोश एम, वीनस्टाबल सी: ब्रैकियल प्लेक्सस के क्षेत्रीय संज्ञाहरण के लिए अल्ट्रासाउंड-निर्देशित सुप्राक्लेविकुलर दृष्टिकोण। एनेस्थ एनाल्ग 1994; 78:507-513।
• सोकोलोव एसवाई, आविष्कारक: सामग्री में दोषों को इंगित करने के लिए साधन। संयुक्त राज्य अमेरिका पेटेंट 2164125. 1937।
• व्हाइट डीएन: जोहान क्रिश्चियन डॉपलर और उनका प्रभाव- एक संक्षिप्त इतिहास। अल्ट्रासाउंड मेड बायोल 1982;8(6):583–591।
• ओ'ब्रायन डब्ल्यूडी जूनियर प्रयोगशाला जानवरों में जैविक प्रभाव। अल्ट्रासाउंड के जैविक प्रभावों में। चर्चिल लिविंगस्टोन, 1985, 77-84।
• केरी बीजी, रॉबर्टसन वीजे, डक एफए चिकित्सीय अल्ट्रासाउंड की समीक्षा: बायोफिजिकल प्रभाव। फिज थेर 2001;81:1351-1358।
• अमेरिकन इंस्टीट्यूट ऑफ अल्ट्रासाउंड इन मेडिसिन, नेशनल इलेक्ट्रिकल मैन्युफैक्चरर्स एसोसिएशन: डायग्नोस्टिक अल्ट्रासाउंड उपकरण पर थर्मल और मैकेनिकल ध्वनिक आउटपुट इंडेक्स के रीयल-टाइम डिस्प्ले के लिए मानक, संशोधन 2. मेडिसिन में अमेरिकन इंस्टीट्यूट ऑफ अल्ट्रासाउंड एंड नेशनल इलेक्ट्रिकल मैन्युफैक्चरर्स एसोसिएशन, 2004।
• ब्रिटिश मेडिकल अल्ट्रासाउंड सोसाइटी: डायग्नोस्टिक अल्ट्रासाउंड उपकरण के सुरक्षित उपयोग के लिए दिशानिर्देश। अल्ट्रासाउंड 2010 मई 18:52-59।
• एंग ईएस जूनियर, ग्लुनिक वी, ड्यूक ए, शेफ़र एमई, राकिक पी। अल्ट्रासाउंड तरंगों के लिए प्रसवपूर्व जोखिम चूहों में न्यूरोनल प्रवास को प्रभावित करता है। प्रोक नेटल एकेड साइंस यूएसए 2006; 103 (34): 12903-12910।