Endüstriyel maksatlarla savunma sanayiinde kullanılan teknolojilerin tıpta kullanılması, insanlığa büyük faydalar sağlamıştır. İkinci Dünya Savaşı sırasında denizaltıların yerinin belirlenmesi maksadıyla kullanılan sonarların temelini teşkil eden ultrason dalgaları buna en güzel örnektir. Daha sonra demiryolu raylarındaki çatlakları belirlemek maksadıyla kullanılan ultrason dalgaları, tıpta da kullanılmaya başlanmış ve geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Bunların başlıcaları;

  1. maksadıyla düşük frekanslı ses dalgalarıyla dokunun ısıtılması,
  2. Özellikle üst solunum yolu rahatsızlıklarında ihtiyaç duyulan soğuk buhar üretimi (nebülizatör),
  3. Cerrahide suyu titreştirmek suretiyle tıbbi cihazların mikro seviyede temizliğinde,
  4. Teşhis maksatlı diagnostik görüntülemedir.

Özellikle görüntüleme yoluyla teşhis konulmasına yönelik olarak kullanılan ultrasonografinin hızla gelişimi 1970’li yıllardan sonra başlar. Günümüzde ise donanımı, yazılımı, ve elektromekanik teknolojisindeki gelişmelere olarak ultrason cihazları da ileri teknolojiyi yakından takip eden cihazlar olmuşlardır.

2. TIBBİ GÖRÜNTÜLEME SİSTEMLERİ

İnsan bedeni, büyük bir bölümü su olmak üzere kemikler, gazlar ve çeşitli minerallerden meydana gelmiştir. Vücudun iç yapısını görüntüleme çalışmaları 1885 yılında William K. ’in X-ışınlarını keşfetmesine kadar uzanır. Tıbbi görüntüleme amacıyla damar içine kateter yerleştirmekten, ağız yoluyla alınan maddelerine radyoaktif madde enjekte etmekten, ultrasona kadar çok çeşitli teknikler kullanılmıştır.

1950’li yıllardan itibaren hızla gelişen tıbbi görüntüleme teknikleri 1970’li yıllarda Bilgisayarlı Tomografinin uygulama alanına girmesiyle en üst noktalarına ulaşmıştır. Günümüzde Nükleer Manyetik görüntüleme tekniklerinin de kullanılması sonucu bu alandaki teknolojik gelişmeler büyük bir hız kazanmıştır.

Klinik amaçlarla kullanılan tıbbi görüntüleme sistemleri 5 temel tekniğe dayanmaktadır.

a. İnsan vücudundan geçirilen X-ışınlarının ölçülmesi yöntemi,

b. Gönderilen ultrason dalgalarının çeşitli dokulardan yansıyarak dönmesi ve ölçülmesi yöntemi,

c. Damara enjekte edilen radyoaktif maddelerden yayılan gama ışınlarının ölçülmesi yöntemi,

d. Vücuttaki hidrojen atomlarının yüksek manyetik alana maruz bırakılması esasına dayanan Nükleer Magnetik Rezonans yöntemi,

e. Termal Görüntüleme Teknikleri.

3. SES DALGASININ FİZİĞİ

a. Ultrason (Ultrasound) Nedir?

İnsan kulağı 20 Hz ile 20 kHz arasındaki sesleri duyabilir. İnsan kulağının işitebileceği ses frekansının üzerindeki akustik dalgalara ultrasonik dalgalar denir. Bir çok kaynakta ultrasonik dalgalar, 20 kHz – 100 kHz arasında sınırlanmış olmasına rağmen, tıp elektroniğinde üst sınır 30 MHz’e kadar uzanır. Ancak teşhis amacıyla kullanılan ultrason dalgaları 2 ile 10 MHz arasındadır.

Megahertz mertebesindeki sinyaller radyo frekans dalgaları olarak adlandırılmasına rağmen, radyo frekans dalgaları ile ultrason dalgaları arasında (aynı frekans bandında olmalarına rağmen) yapı itibariyle bazı temel farklar vardır. Bunlardan en önemlisi, radyofrekans dalgalarının elektromanyetik dalgalar olması, ultrason dalgalarının ise akustik yapıda olmasıdır. Örneğin 2.5 MHz’lik bir sinyal uygun bir antene bağlanırsa elektromanyetik bir ışınım meydana gelirken aynı sinyal bir ultrason transduserine uygulanırsa ultrason dalgaları oluşur.

Ultrasonun temelini darbe-yansıma (pulse-echo) prensibi oluşturur. Yani bir ultrason darbesi gönderilir ve hedeften yansıyarak gelen eko geri alınır. Geri alınan ekodan, gözle görülmeyen hedefle ilgili istenen bilgiler çıkarılabilir.

Bu sistemi kullanan canlılar içerisinde en çok bilinenleri yarasalar ve yunus balıklarıdır. Bunlar örnek alınarak geliştirilen ve daha çok askeri amaçlı olarak kullanılan cihazlar sonar ve radarlardır.

Sonar ve radarlarda amaç; gözle görülmeyen nesneleri belirlemek, sınıflandırmak ve izlemektir. Tıbbi tanı koymak maksadıyla geliştirilen ultrasonografide de amaç sonar ve radarla yapılmak istenenin aynısıdır.

Ultrasonografi sistemlerinde; Vücutla temas halindeki prob (Transducer) vasıtasıyla üretilen ultrason dalgaları, incelenmek istenen anatomik yapıdan yansıyarak geri dönerler. Yansıyan ekolar yine aynı prob vasıtasıyla geri alınır ve işlendikten sonra ekranda görüntülenir. Bu görüntüler yardımıyla hekim vücudun iç anatomik yapısının yanı sıra tümör, kist gibi anormal yapıları da görebilir.

Şekil-1 Ultrasonun Uygulama Alanlarından Sonar

 

b. Hız, Dalga Boyu, Periyot, Frekans

Ses dalgalarının tekrarlanan seri basınç dalgalarından meydana geldiği ve yayıldığı ortamlardaki molekülleri titreştirerek ilerlediği bilinmektedir. Ses dalgalarını frekanslarına göre infrases, işitilebilir ses ve ultrases (Ultrason) olmak üzere üç gruba ayırmak mümkündür. 20 Hz’den düşük sesleri infrases, 20 Hz – 20 kHz arasındaki sesleri işitilebilir ses, 20 kHz – 30 MHz arasındaki sesleri ultrason olarak sınıflandırabiliriz.

Aşağıdaki şekilde bir ses dalgasının genliği, periyodu ve dalga boyu gösterilmiştir.

Şekil -2 Ses Dalgasının Genliği, Dalga Boyu, Periyot

Bütün ses ve elektromanyetik dalgalar v = λƒ eşitliğine uygun olarak yayılırlar.

Burada;

v : Dalganın ortamdaki yayılım hızı (m/s)

ƒ : Frekans (Hz)

λ : Dalga boyu (m) dir.

Aynı denklem; dalganın periyodu, T (s) cinsinden v = λ / T olarak da yazılabilir.

Ses dalgalarının yayılma hızını; ortamın cinsi, yoğunluğu, ısısı ve diğer bazı faktörler belirler. Ortam ne kadar yoğun ise yayılma hızı o kadar artar. Tablo-1’de sesin bazı maddeler içindeki yayılma hızları verilmiştir.

Dokularda sesin yayılma hızı, dokunun iki önemli parametresine bağlıdır. Bunlardan birincisi dokunun sertliği [(B), (Bulk modülus), (Stiffness)], ikincisi ise dokunun kütle yoğunluğudur, (g). Burada B; sıkıştırılabilirliğin (k, compressibility) tersidir, çünkü çok sert maddeler çok az sıkıştırılabilirler.

Tablo -1: Sesin Çeşitli Maddeler İçindeki Yayılma Hızı

Madde Yoğunluğu (gr / cm3) Ses Hızı (m / s)

Hava 0.001 331

Yağ 0.93 1450

Su 1.0 1540

Yumuşak doku 1540

Kemik 1.85 4080

Alüminyum 6400

Bu değişkenler cinsinden sesin hızı:

V=ÖB/g veya V=Ö1/gk

olarak gösterilebilir. Sesin vücuttaki yayılma hızı ortalama olarak 1540 m / s kabul edilebilir.

c. Yansıma, Kırılma, Saçılma ve Zayıflama

Optikteki ışığın yansıması ve kırılması ile ilgili kurallar akustik için de geçerlidir. Şekil-3’de gelen dalganın farklı bir fiziksel ortama girdiğinde bir kısmının yansıması ve kırılması gösterilmiştir.

Farklı yoğunluklardaki doku yüzeylerinden yansıyarak geri gelen ultrason dalgalarının algılanması ultrasonografinin temelini oluşturur.

Şekil -3 İki Farklı Ortam Yüzeyinde Yansıma ve Kırılma

Yansımada : q 1 = q r dir.

q 1 : Gelme açısı, q r : Yansıma açısıdır.

Yoğunluğu farklı bir doku ile karşılaşan ultrason dalgalarının kırılarak ikinci bir ortama geçmeleri optikteki Snell Yasasına uygun olarak gerçekleşir.

(1)

Burada:

q1 : Gelme açısı

q2 : Kırılma açısı

v1 : Ultrasonun birinci ortamdaki yayılma hızı

v2 : Ultrasonun ikinci ortamdaki yayılma hızıdır.

Şekil-3’den görüleceği gibi v1 < v2 ise q1 < q2 dir. Diğer bir deyimle, ultrason dalgası az yoğun ortamdan çok yoğun ortama geçiyor demektir. Aynı şekilde v1 > v2 ise q1 > q2 dir. Ultrason dalgası çok yoğun ortamdan az yoğun ortama geçmektedir. Eğer ultrason demeti belirli bir açıda ikinci yüzeye gelirse tam yansıma olur, hiçbir dalga ikinci ortama geçemez. Bu açıya kritik açı denir. Snell yasasından vücut için v1 = 1540 m / s, q2 = 90 ° alınarak kemik için (v2 = 4080 m / s) kritik açı hesaplanırsa q1 = 22 ° bulunur. Kritik açı yalnız v1 < v2 için mevcuttur.

Ultrason dalgalarının yansıması ve kırılması düzgün ve büyük yüzeylerde söz konusudur. Ancak dokuların içinde homojen olmayan ve farklı yoğunlukta kitleler mevcuttur. Ultrason demeti bu tür kitlelere çarptığında saçılmaya uğrar ve yön değiştirir (Şekil-4).

Tanı (teşhis) amacıyla kullanılan ultrasonografide; yayılan dalganın dalga boyuna göre homojen olmayan yapının boyutları dikkate alındığında dört tip saçılmadan söz edilebilir. Bunlardan birincisi; inhomojenite, dalga boyuna oranla çok küçükse meydana gelir ve buna Rayleigh Saçılması denir. Örneğin 3 MHz’de çalışan bir ultrason probunun (vücuttaki sesin yayılma hızı 1540 m/s) ürettiği ultrasonun dalgaboyu 0,5 mm’dir. Kandaki hücrelerin (alyuvar, akyuvar vs.) boyutlarının çok daha küçük olduğu düşünülürse ultrasonun kılcal damarlarda Rayleigh saçılmasına uğradığı söylenebilir. Bu olay; beyaz güneş ışığının atmosfere girdiğinde toz parçacıklarına çarparak saçılması, daha çok da yüksek frekansa sahip mavi ışığın saçılmaya uğraması sonucu gökyüzünün mavi görünmesi olayına benzer.

Şekil-4 Ultrason Dalgalarının Yansıması, Kırılması ve Saçılması

A. Geliş Açısı Kritik Açıdan Büyükse Gelen Işın Demeti Yansıtılır.

B. Gelen Ultrason Işınının Bir Kısmı Yansıtılır, Kalanı Kırılır ve Yoluna Devam eder. Geçen Işın Demeti Kısmen Saçılır.

C. Işın Demeti Yüzeye Dik Olarak Gelirse Yansıyan Işınların Çoğu Dönüştürücüye (transducer), İşaret Güçlendirici Olarak Geri Döner.

İkinci tip saçılma; ultrasonun dalga boyu saçılmaya yol açan parçacığın boyutlarına eşit olması durumunda oluşur ve buna orta parçacık saçılması (intermediate particle scattering) denir.

Üçüncü tip saçılma; saçılmaya yol açan parçacığın boyutlarının ultrasonun dalga boyundan çok büyük olması durumunda meydana gelir ve bu tip saçılmaya specular saçılma denir.

Dördüncü tip saçılma ise; gelen dalganın geniş ve engebeli bir yüzeye çarpması veya dalga boyu düzensizlikleri olması durumunda olur ve buna diffuse saçılması denir.

Ultrason demeti dokulardan geçerken gücünde bir azalma yani zayıflama olur. Ultrason dalgalarının yoğunluğunun azalmasına, enerjisinin bir kısmını kaybetmesine yol açan zayıflamaya (attenuation) üç temel etken yol açar. Bunlardan birincisi soğurma (absorption)’dır. Dokudan geçen ultrasonun enerjisinin bir kısmı doku tarafından soğurulur ve soğurulan enerji ısı olarak ortaya çıkar.

Zayıflamaya yol açan ikinci etmen saçılmadır. Saçılma sonucunda birim alandan geçen enerji miktarı azalacaktır. Zayıflamaya neden olan üçüncü faktör ultrason demetinin belirli bir mesafeden sonra genişleyerek yayılmasıdır. Enerji yoğunluğu kesit alanla ters orantılıdır. Demet genişlediğinde kesit alan artacağından dokudan geçen enerji yoğunluğu azalacaktır.

Ultrason demetinin zayıflaması geçilen dokunun tipi, kalınlığı ve dalganın frekansına bağlıdır. Doku kalınlığı ve frekans arttıkça zayıflama da artar. Düşük frekanstaki ultrason dalgaları daha derindeki dokulara kadar nüfuz ederler. Güç cinsinden zayıflama:

Sinyal seviyesi (dB) = 10 log (Po / P) olarak desibel (dB) cinsinden ifade edilir.

Burada:

Po : Gelen dalganın gücü

P : İstenen dalganın gücüdür.

Yukarıdaki denklem ultrason dalgasının basıncını genliği cinsinden de ifade edilebilir.

Sinyal seviyesi (dB) = 20 log (Ar / Ai)

Burada :

Ar : Referans dalganın basınç genliği

Ai : İstenen dalganın basınç genliğidir

d. Akustik Empedans

Akustik empedans; eko’nun oluşmasıyla doğrudan ilgili olan ve ortamın özelliğini belirleyen bir parametre olup, Z=gV şeklinde ifade edilebilir.

Burada:

Z: Rayl cinsinden akustik empedans’dır.

(MKS birim sisteminde 1 Rayl=1((kg/m3 )=1(kg/m2.s)) dir.)

Z, aynı zamanda (gr/(cm2.s)) cinsinden de ifade edilebilir.

g : kg/m cinsinden kütle ağırlığı

v: m/s cinsinden ultrason dalgasının ortamdaki yayılma hızıdır.

Daha önce bulunan sertlik (B) cinsinden empedans (Z ) ifade edilirse;

Z=ÖgB bulunur.

Bu denklemden de görülebileceği gibi sertliği yüksek olan dokuların akustik empedansları da büyük olacak ve ultrason dalgasının basıncındaki değişimlere direnç artacaktır.

4. ULTRASONOGRAFİ SİSTEMLERİ

Temel bir ultrasonografi sistemi;

– Göndermeç,

– Transdüser,

– Almaç,

– Sinyal işleyici,

– Görüntüleme ünitesi,

– Kayıt ünitelerinden oluşur.

a. Göndermeç

Göndermeç; yüksek genlikli, kısa süreli vurumları üretir ve uygun vurum tekrarlama hızı ile (pulse repetition frequency PRF) gönderir. Vurumların genlikleri transdüserde mevcut kristalleri titreştirebilecek kadar büyük olmalıdır. Vurum süreleri yakın alandan gelen ve bir önce üretilmiş olan vurumların üzerine binmemesi için mümkün olduğu kadar kısa olmalıdır. Vurum tekrarlama frekansı, yeni bir vurum üretilmeden önce sinyallerin maksimum derinliğe nüfuz ederek transdüsere geri gelmesini sağlayabilmek için vurumlar arasında yeterli zamanı bırakacak hızda olmalıdır. Eğer üretilen ikinci vurum çok kısa süre sonra gönderilirse, bir önceki sinyalin yansıyarak gelen ekosu ile üst üste çakışacaktır. Diğer taraftan vurumların arasındaki süre çok uzunsa belirli bir dönemde elde edilen bilgi miktarı azalacağından çözünürlük düşecektir.

b. Transdüser (Prob)

Ultrason cihazının hasta ile direk temas eden tek parçasıdır. Ultrason dalgalarının gönderilmesi ve algılanması transdüser yardımıyla olur. Bir piezoelektrik kristali gerilim uygulandığında, uygulanan voltajın polaritesine, kristalin geometrisine ve ilk polarizasyonuna bağlı olarak boyuna, enine veya radyal olarak çevresine doğru genişler ya da daralır. Şekil-5’de bir kristale uygulanan voltaja göre kristalin genişlemesi veya daralması gösterilmiştir.

Bu daralıp genişleme sonucunda ultrasonik dalgalar meydana gelir. Günümüzde kullanılan probların büyük bir bölümünde PZT (Polycrystalized Tetragonal Zirconia) kristali, polarize edilmiş seramik kristal kullanılmaktadır. İstenilen frekansta ultrason dalgası üretmek için uygun kristal kalınlığı seçilir. Örneğin 3,5 MHz’lik bir probda kullanılacak kristalin kalınlığı, d=c/2f formülüyle hesaplanabilir.

Şekil-5 Bir Piezoelektrik Kristalinin Akım Uygulanması Halindeki Değişimi

Burada:

c : PZT içinde sesin yayılma hızı (3780 m/s)

f : İstenilen frekans (3,5 MHz olarak alınırsa)

d : 0,50 mm bulunur

Ultrason probları hem dalgaları göndermek amacıyla, hem de almak amacıyla kullanılır. Darbe-eko prensibine göre çalışan ultrason cihazlarında prob, zamanın % 0.1’inde ultrasonik dalgalar gönderir, geri kalan % 99.9’unda ise yansıyan dalgaları alır ve bu dalgalar sinyal işleme birimi tarafından görüntü oluşumuna hazır hale getirilir.

Odaklanmamış bir probdan çıkan ultrason dalgaları belirli mesafeden sonra genişleyerek dağılırlar. Bu mesafe elektromanyetik teoride olduğu gibi yakın alan (Fresnel zone) ve uzak alan (Fraunhofer zone) kavramlarıyla ilgilidir. Şekil-6’da bir ultrason probundan çıkan dalganın şiddeti (pressure), mesafeye bağlı olarak gösterilmiştir.

Şekil-6 Yakın ve Uzak Alan

Ultrason probları odaklanmış veya odaklanmamış olabilirler. Odaklanmamış problarda odak mesafesi (focal range) içindeki nesneler net olarak görüntülenebilir.

Şekil-7’de bir ultrason demetinde odak uzaklığı (focal range), odak düzlemi (focal plane) ve minimum demet genişliği, W gösterilmiştir. Burada 12 dB sınırı dalganın genliğinin % 25’e düştüğü bölgelerin sınırıdır.

Şekil-7 Odak Uzaklığı, Odak Düzlemi, Demet Genişliği

Ultrason problarının odaklanması iki yöntemle yapılabilir. Bunlardan birincisi akustik lensler kullanılarak yapılan mekanik odaklamadır. İkinci olarak odaklanmış bir ultrason demeti elde etmek için 7 veya 8 kristalden bir grup oluşacak şekilde kristaller gruplandırılır. Her bir kristalin tetiklenmesi belirli bir gecikme ve zamanlama ile yapılmak suretiyle odak uzaklığı ve demet yönü değiştirilebilir. Bu odaklama metoduna da elektronik odaklama denir.

Şekil-8’de elektronik odaklama gösterilmiştir. Probdaki bütün elemanların tetiklenmesi 1/30 s sürer, böylece ekranda 1 s’de 30 çerçeve (frame) görüntü elde edilmiş olur. Bu sayede diğer görüntüleme tekniklerinden farklı olarak ultrasonda hareketli organlarda görüntülenebilir ve gerçek zaman görüntüleme işlemi gerçekleştirilir.

Şekil-8 Elektronik Odaklama
  1. Bir Gruptaki Yedi Eleman Aynı Anda Tetiklenirse (fired) odaklama Olmaz
  1. B. Ortamdaki Elemanlar Küçük Bir Zaman Gecikmesiyle Ateşlenirse Demet Odaklanır
  2. C. Zaman Gecikmesi Ayarlanmak Suretiyle Demet İstenildiği Gibi Yönlendirilebilir

(1) Probun çözünürlüğü (resolution )

 

Ultrasonda çözünürlük cihazın yanyana iki küçük nesneyi ayırt edebilme gücünü gösterir. İki tip çözünürlük vardır (Şekil-9).

 

(a) Axial çözünürlük: Ultrason demetiyle aynı doğrultudaki iki farklı doku grubunun ayırt edilebilme yeteneğidir. Fizik prensiplerine göre axial çözünürlük gönderilen vurum süresinin yarısı kadar olabilir. Ancak ultrasonda bir tek vurum içinde birkaç darbe olduğundan, uygulamada axial çözünürlük; örneğin 3,5 MHz frekansı için yaklaşık olarak 1 mm’dir.

 

(b) Lateral çözünürlük: Ultrason demetine dik düzlemdeki iki noktanın ayırt edilebilmesi yeteneğidir. Huzme genişliği azaldıkça, lateral çözünürlük artar. Lateral çözünürlük odak uzaklığı mesafesinde en iyidir. Frekans arttıkça çözünürlük artmakta ancak dalgaların daha derin dokulara nüfuz etmesi azalmaktadır. Derin dokuları incelemek için prob yüzeyini genişletmek (lineer prob) ve frekansı düşürmek gerekmektedir.

Şekil-9 Probun Çözünürlüğü

 

c. Almaç

Almacın ana görevi, gönderilen ultrason dalgalarının vücuttaki çeşitli dokulardan yansıyarak gelen kısmını algılamak ve yükseltme işlemlerini yapmaktır. Alma işlemi sırasında probdaki kristallere geri gelerek çarpan eko sinyalleri kristali sıkıştırır veya gevşetir, böylece göndermenin tersine olarak kristalin uçlarında bir gerilim oluşur. Bu gerilimin yükseltilmesi de almaçta yapılır. Almaçta özel bir yükselteç kullanılarak derindeki dokulardan zayıf olarak gelen eko sinyalleri daha çok yükseltilirken yüzeydeki dokulardan kuvvetli olarak yansıyan sinyaller daha az yükseltilir. Böylece zaman-kazanç dengelemesi (time gain compensation) (TGC) ile istenilen derinlikteki organlar istenilen netlikte gözlenebilir.

d. Sinyal İşleyici

Görüntülemeye hazır hale gelen bilgilerin genel bir CRT (Cathode Ray Tube) ekran yardımıyla görüntülendiği birimdir. Renkli görüntüleme yapılabileceği gibi, gri seviyeler biçiminde (siyah-beyaz) de görüntüleme yapılabilir. Ekranda görüntü dondurmak, filtreleme işlemleri yapmak, iki görüntüyü yanyana izlemek, üç boyutlu görüntü oluşturmak mümkündür.

e. Kayıt Üniteleri

Görüntüler ekranda gösterilebileceği gibi, aşağıdaki kayıt birimleri yardımıyla kaydedilip saklanabilir.

– Polaroid kamera yardımıyla görüntünün fotoğrafı çekilerek saklanabilir,

– Multiformat kamera yardımıyla birden çok görüntü bir röntgen filmi gibi sert bir film üzerine düşürülerek saklanabilir,

– Video tape recorder (VTR) yardımıyla birden çok görüntü bir röntgen filmi gibi kaydedilebilir (özellikle ekokardiyografide),

– Strip chart recorder yardımıyla (thermal recorder) görüntü kağıt üzerine aktarılır.

5. ULTRASONOGRAFİDE GÖRÜNTÜLEME MODLAR

Ultrasonografide üç tip görüntüleme modu bulunmaktadır.

a. A Mod

Bu modda farklı yoğunluktaki doku katmanlarından yansıyarak gelen eko sinyallerinin şiddetleri derinliğe bağlı olarak gösterilir. Ekranda elde edilen sinyallerin sinyal jeneratöründen elde edilen sinüs dalgasının osiloskop ekranında görüntülenmesine benzetebiliriz. Günümüzde A mod görüntüler, görüntüleme maksadıyla kullanılan ultrason cihazlarında pek kullanılmamaktadır. A mod görüntüleme daha çok EMG, EEG, EKG sinyallerinin izlenmesinde kullanılırlar.

b. B Mod

Ultrason cihazlarında en çok kullanılan görüntüleme modudur. TV yayınlarında olduğu gibi parlaklık esasına dayanan bir görüntüleme yöntemidir.

  1. c. M Mod

Hareket modu olarak tanımlanabilir. Özellikle kalp kapakçıkları gibi hareketli organların hareketlerinin incelenmesinde kullanılır. Yatay eksende zaman, dikey eksende derinlik bilgisi mevcuttur.

6. ETKİSİ

Tıbbi tanı maksadıyla kullanılan ultrasonik doppler etkisi başlangıçta yalnızca kan akış hızını ölçmek maksadıyla kullanılmıştır. Bu maksatla kullanılan akış ölçerler ilk kez 1954 yılında Kalmus tarafından geliştirilmiştir.

Hareketli bir cisme gönderilen ses dalgalarının frekansı, cismin

– Hızına,

– Yönüne,

– Probun konuma bağlı olarak değişir.

Doppler etkisi, gözlenen bir nesneye gönderilen sinyalin frekansıyla geri gelen sinyalin frekansı arasındaki farktır. Bu frekans farkının nedeni hareket olup, bu hareket kaynak veya gözlenen nesnede ya da aynı anda her ikisinde de olabilir. Gözlenen nesnenin kaynağa doğru hareket etmesi gönderilen sinyalin frekansının artarak geri gelmesine neden olur. Bu durumda geri gelen sinyalin frekansı fr aşağıdaki gibi olur.

dir. (2)

Burada;

n: Gözlenen nesnenin hızı

fr: Alınan dalganın frekansı

ft: Gönderilen dalganın frekansı

C: Gönderilen dalganın iletim ortamındaki hızı

Eğer gözlenen nesne kaynağa doğru q açısıyla yaklaşıyorsa bu durumda nesnenin hızı n.Cosq olacaktır. Bu durumda alınan sinyalin frekansı;

olacaktır. (3)

Burada;

q : Gelme açısıdır

Eğer gözlenen nesne sabit ve kaynak nesneye doğru nhızıyla hareket ediyorsa alınan sinyalin frekansı yine artacaktır. Bu durumda alınan frekans;

dir. (4)

Hareket yine bir q açısıylaysa bu durumdaki frekansı aşağıdaki gibi tanımlamak gerekecektir.

(5)

Hem gözlenen nesnenin kaynağa ve hem de kaynağın nesneye doğru hareket etmesi alınan frekansın artmasına neden olmasına rağmen aslında bu artışlar birbirinden farklıdır. İlkinde sinyal değişikliğe uğramaz ancak ikincisinde gönderilen dalga sıkıştırılır.

Tıbbi uygulamalarda ultrasonik dalga gözlenen doku veya kan hücresi tarafından yansıtılır. Bu yansıma sıçrama biçimindedir. Yukarıdaki etkilerin kombinasyonu bize toplam doppler etkisini verir.

C>>n olduğundan;

yazılabilir. (6)

Burada C/2ft’ye K dersek; n=Kfd/Cosq olarak ifade edilebilir.

Şekil-10 Doopler Etkisinin Harekete Bağlı Olarak Oluşmu

7. ULTRASONİK DALGALARIN BİYOLOJİK ETKİLERİ

Tanı maksadıyla kullanılan ve güç limitleri içinde kalan ultrasonun bugüne kadar zararlı etkisine rastlanmamıştır.

Birçok tıbbi cihazın prob çıkışındaki ultrasonik gücü 5-50 mW/cm arasında değişmektedir. Ultrasonik dalgaların dokularda meydana getirdiği etkiler, dalganın frekansına, uygulama zamanına, demetin yoğunluğuna ve vurumun süresine bağlıdır. Örneğin omurilik, 10 ms süreli ve 100 ms periyotlu 50 W/cm şiddetinde bir ultrasonik etkiye maruz bırakılırsa, doku 120 senede tahrip olmaktadır.

Ultrasonik dalgaların başlıca biyolojik etkileri aşağıdaki gibi sıralanabilir:

– Oyma etkisi: Ultrasonik nebülizör ve temizleyicilerin çalışma prensibi bu esasa dayanır. Ultrasonik dalgalar çarptığı ortamda, özellikle suda, hava kabarcıkları oluşturur,

– Isı etkisi: Ultrasonik dalgalar çarptıkları ortamlara enerjilerinin bir kısmını devrederek ısı etkisi yaratırlar, bu etki: U=a I şeklinde gösterilebilir,

Burada:

U: Isı enerjisi, W

a: Soğurma katsayısı/cm

I : Demet yoğunluğu, W/cm’dir.

– Kesme etkisi: Ultrasonik dalgalar çarptıkları dokularda kesme etkisi yaratırlar,

– Hücreiçi hareketlenmeler: Ultrasonik dalgalar çarptıkları hücrelerde intraselüler hareketlenme yaratırlar.

Tıbbi ultrasonun bugüne kadar zararlı etkileri rastlanmamış olması, ileride gelişen teknoloji ışığı altında yapılacak araştırmalarda da zararlı etkilerine rastlanmayacağı anlamına gelmez. Zararsız kabul edilebilecek ultrasonik dalga şiddeti 100 mW/cm olarak kabul edilmektedir.

KAYNAKLAR

ARENSON, J. W., ‘’ Real-time two-dimensional blood flow imaging using a doppler ultrasound array ‘’, McGraw-Hill, 1982.

ATIKSON, P., ‘’Doppler Ultrasound and its use in clinical measurment ‘’, Prentice-Hall, 1982.

BAKER, D. W., ‘’ Pulsed Ultrasonic Doppler blood flow sensing ‘’, 1970.

DUCK, F. A., ‘’ The Pulsed Ultrasonic Field ‘’, Prentice-Hall, 1981.

KARAGÖZ, İ. ve EROĞLU, O. ’’ Tıbbi Görüntüleme Sistemleri’’,Haberal Eğitim Vakfı, 1998.

YAZGAN, E. veKORÜREK, M. ‘’ Tıp Elektroniği‘’, İstanbul Teknik Üniversitesi,1996.

SUMMARY

In this research paper, The use of an ultrasound device in medicine for monitoring has been studied. In addition the structure of a sound wave, its transmission refreaction , diffusion, dispersion and its acoustic impedance, the essential bases for an ultrasound device, have been mentioned. Within these parameters, the components of an ultrasound device have been discussed.