معماری

کنترل کیفیت فراصوت

تصاویری که با استفاده از طیف های الکترومغناطیس گرفته می شود، بخش عمده ی تصاویر موجود را تشکیل می دهد. با این وجود روش های تصویربرداری دیگری نیز وجود دارند که از طیف های مختلف الکترومغناطیس استفاده نمی کند. تصویربرداری با استفاده از صوت، نمونه ای از این نوع روش هاست که کاربردهایی از قبیل اکتشاف های جغرافیایی، صنعت و پزشکی دارد. در کاربردهای جغرافیایی از صوت با فرکانس چند صد هرتز و در بسیاری از کاربردهای دیگر از فراصوت با فرکانس چند مگاهرتز استفاده می شود.

شناخته ترین مورد کاربرد تصاویر فراصوت در زمینه پزشکی است. به خصوص برای تشخیص سلامتی جنین و یا تشخیص جنسیت آن. تصاویر فراصوت پزشکی طی مراحل زیر به دست می آیند:
سامانه فراصوت (شامل یک رایانه، یک صفحه فرستنده و یک صفحه گیرنده و یک صفحه نمایش) پالس های صوتی (۱ تا ۵ مگاهرتز) را به سمت بدن می فرستد.
امواج صوتی به سمت بدن رفته و مقداری از آن بلافاصله با برخورد به بافت بدن منعکس شده و بقیه آن از بدن عبور کرده و به صفحه ای که در زیر بدن قرار گرفته، برخورد کرده و سپس منعکس می شود.
امواجِ منعکس شده جمع آوری شده و به رایانه فرستاده می شود.
فاصله بین صفحه فرستنده و بافت بدن با استفاده از سرعت صوت در بافت (۱۵۴۰ متر بر ثانیه مطابق جدول ۱) و زمان برگشت هر پژواک (echo) محاسبه می شود.
فاصله ها و شدت پژواک ها در صفحه نمایش، نشان داده شده و در نهایت تصویری دو بعدی شکل می گیرد.

لازم به ذکر است در یک تصویر فراصوت، میلیون ها پالس و پژواک در هر ثانیه ارسال و دریافت می شود. همچنین ذکر این نکته ضروری به نظر می رسد که صفحه فرستنده می تواند روی سطح بدن حرکت کند که این امر موجب ایجاد تصاویری در زوایای مختلف خواهد شد.

تصویربرداری با استفاده از امواج فراصوت
اساساً تمام تصویربرداری های فراصوت با انتشار یک پالس انجام می شود که بخشی از این پالس از محدوده ی بین دو ساختار بافتی منعکس شده و مابقی آن به سطح گیرنده فراصوت برخورد کرده و منعکس می شود. نمایی از آنچه گفته شد، در شکل ۲ دیده می شود. در این شکل، بخشی از انرژی پالس توسط سطح a منعکس شده و مابقی آن عبور داده می شود. همچنین بخشی از انرژی عبوری از طریق b منعکس شده و مابقی آن عبور داده شده و در نهایت از طریق c منعکس می شود. هنگامی که پالس به P برمی گردد، اطلاعاتی از دو مقدار را دربر دارد: یکی دامنه سیگنال بازتاب شده و دیگری زمانی که برای بازگشت نیاز است.

از آنجایی که بخشی از امواج فراصوت بازتاب و یا پراکنده می شود، این امواج دچار تضعیف می شوند. در عبور امواج فراصوت از بافت های بدن، حدود ۱۰ درصد از انرژی آن در اثر تضعیف از بین می رود. جذب انرژی این امواج توسط بافت های بدن باعث گرم شدن آن ها می شود. این جذب امواج به دو دلیل دارای اهمیت است:
حرارت بافت برای ابزارهای فراصوت، محدودیت امنیتی محسوب می شود. انرژی جذب شده باید در حدی باشد که حرارت بافت را در حد خطرناکی افزایش ندهد. بنابراین مقدار این جذب باید محاسبه شود.
جذب، عاملی محدود کننده برای امواج فراصوت است و عمقی که این امواج تا آنجا نفوذ می کند باید مشخص شود.

فراصوت داپلر
فراصوت داپلر براساس جابجایی فرکانس موج فراصوت ناشی از حرکت سطح بازتاب کننده بنا شده است. این پدیده مشابه اثری است که روی تُن صدای آژیر ماشین آتش نشانی وقتی ماشین به طرف شنونده نزدیک می شود پیش می آید (صدا زیر و طول موج فشرده می شود).  و وقتی ماشین از شنونده دور شود تغییر تُن صوت با افزایش طول موج یعنی بم شدن صدا همراه است. در بدن انسان سلول های خونی انعکاس دهنده های متحرک محسوب می شوند. از مقایسه فرکانس فراصوت ورودی و فرکانس فراصوت بازتاب شده از سلول های خونی امکان تشخیص سرعت خون فراهم می شود. با این روش نه تنها سرعت خون، قابل اندازه گیری است، بلکه اطلاعات حاصل از تکنیک داپلر تصاویری رنگی از جریان خون عروق تولید می کند.

مزایای فراصوت
به طور کلی مایع، رسانای خوبی برای امواج صوتی و فراصوتی است. بنابراین سونوگرافی روش تصویربرداری مناسبی برای تشخیص کیست ها، بررسی ساختمان های پر از مایع مثل مثانه و دستگاه صفراوی و نشان دادن وجود جنین در کیسه آمنیونی است. همچنین می توان از امواج ماورای صوت جهت نشان دادن ساختمان های توپری که مقاومت صوتی متفاوتی با بافتهای طبیعی مجاور خود دارند مثل متاستازها (به گسترش و مهاجرت سلولهای سرطانی از یک بافت به بافت های دیگر، گفته می شود) استفاده کرد. استفاده از فراصوت این مزیت را دارد که اثرات جانبی ندارد. نتیجتاً فراصوت برای کاربردهای زیر مورد استفاده قرار میگیرد:
بررسی صحت عملکرد قلب
بررسی مغز
آزمایشات زنان و زایمان
آزمایشات چشم
تشخیص تومور و کیست(cyst)

کنترل کیفیت
کنترل کیفی بر روی تجهیزات پزشکی یکی از مهمترین نیازهای جوامع پیشرفته و درحال توسعه را به خود اختصاص داده و از این میان، دستگاه هایی که کار تشخیص طبی را بر عهده دارند، احتیاج بیشتری را به نظارت بر عملکردشان طلب می کنند. در بین دستگاه های تشخیصی، تجهیزات تصویربرداری و از آن جمله فراصوت تشخیصی، مهم ترین این ها را تشکیل می دهند. متاسفانه در کشور ما در برخی موارد می توان گفت نظارت کنترلی مطلوبی، برروی عملکرد این دستگاه ها صورت نمی گیرد. در این خصوص، سه دلیل عمده را می توان نام برد، این موارد به ترتیب عبارتند از: نیروی متخصص، عدم امکانات ویژه از جمله فانتوم های کنترل کیفی مربوطه و همچنین عدم جمع آوری و دسترسی به اطلاعات و استانداردهای طبقه بندی شده. واضح است که هرگونه بهبود در عملکرد سیستم تصویربرداری و شناخت ضعف ها و معایب آن، به نفع بیمار و پزشک و نهایتاً به نفع وزارت بهداشت و درمان به لحاظ کاستن از هزینه ها، است.
مقوله کنترل کیفی حائز اهمیت فراوانی بوده و به روندی اطلاق می شود که طی آن با به کارگیری ابزارهای ویژه و روش های نوین مدیریتی، به طور پیوسته از عملکرد صحیح دستگاه ها و کیفیت مناسب تصاویر تهیه شده، اطمینان حاصل می شود. بنا به تعریف ارائه شده لازم است که پارامترهای اساسی دستگاه ها به طور منظم مورد آزمون های استاندارد کنترل کیفی قرار گیرد تا با ردیابی مشکلات، قبل از آنکه سیستم و تصاویر تهیه شده دچار نقایص آشکار شود، بتوان نسبت به رفع نقص اقدام کرد (نگهداری پیشگیرانه). همچنین در صورت ردیابی نقایص، لازم است تا ضمن اطلاع رسانی  به مراجع سرویس دهنده نسبت به رفع نقص و کالیبراسیون اقدام لازم به عمل آید. بدیهی است که در صورت فقدان روند کنترل کیفی استاندارد، تصاویر حاصل از دستگاه های تصویرنگاری  از نظر پارامترهای تشخیصی فاقد کیفیت لازم بوده و از بعد تشخیصی قابل اعتماد نخواهد بود. همان طور که پیشتر هم به آن شاره شد متاسفانه برخلاف روال موجود در برخی از مراکز درمانی کشور ما، امروزه در کشورهای اروپای غربی و آمریکا، پروسه کنترل کیفی تجهیزات تصویر نگاری بصورت منظم انجام می شود. در بسیاری از مناطق یاد شده کنترل کیفی دستگاه ها اجباری و واجد جنبه قانونی است.
از سال ۱۹۷۷ بررسی کنترل کیفی دستگاه های فراصوتی تشخیصی برای اولین بار مطرح شد به طوری که تجهیزات سونوگرافی ۲۲ بیمارستان آمریکایی با جسم آزمون یا فانتوم AIUM (American Institute of Ultrasound in Medicine) مورد بررسی قرار گرفت و بررسی بعدی همان دستگاه ها پس از تعمیر، نشان داد که کارکردشان به نحو قابل ملاحظه ای بهبود یافته است.
کنترل کیفیتِ فراصوت اصولاً در طول اسکن روزانه توسط سونوگرافر، کسی که قادر به تشخیص مسائل بزرگ از طریق تصاویر و تجهیزات تشخیص است، انجام می شود. کنترل یا تضمین کیفیت تصاویر دیجیتال، نیازمند استفاده از یک برنامه کنترل کیفی با اندازه گیری متناوب عملکرد سیستم جهت تشخیص مشکلات، قبل از جدی شدنِ ناهنجاری هاست. برای کنترل کیفیت به فانتوم های معادل بافت نیاز است که دارای تارگت های صوتی با سایز و خواص بازتاب متفاوت بوده و در ماده ای با ضریب تضعیف یکنواخت و سرعت صوت معادل بافت نرم جاسازی شده اند. فانتوم های چند منظوره برای ارزیابی توانایی بالینی سیستم فراصوت نیز دردسترس است.

فانتوم
فانتوم که به آن شبیه ساز بافت هم می گویند در سونوگرافی پزشکی وسیله ای است از نظر ویژگی های عبور ماورای صوت، شبیه ساز بافت نرم بوده و در مواردی که دسترسی به بافت واقعی دشوار است یا زمانی که هنوز روش مورد نظر مراحل آزمایشی را طی می کند، استفاده می شود.
فانتوم باید از نظر دارا بودن پارامترهای مربوط به انتشار مثل سرعت صوت، ضریب تضعیف چگالی، نزدیک به بافت انسان باشد. علاوه براین فانتوم باید دارای عمر طولانی بوده و براحتی قابل حمل باشد و نسبت به تغییرات محیط پایداری نشان دهد. فانتوم در واقع به جای یک بیمار ثابت و برای مقایسه ی دقیق تصاویر که در زمان های گوناگون گرفته شده است، استفاده می شود. در مواردی مثل شبیه سازی کیست ها ساختارهای اکوژنیک و نازک شدن خطوط هدف نیز از آن استفاده می شود.
در فانتوم های مورد استفاده برای کنترل کیفیت از موارد شبیه ساز بافت شامل یک پایه آب  ژلاتینی که در قسمت میکروسکوپی به طور یکنواخت مخلوط شده است، استفاده می شود. سرعت صوت در این ماده  ۱۵۴۰m/s است، یعنی همان سرعتی که برای کالیبراسیون دستگاه سونوگرافی فرض می شود (یعنی سرعتی برابر با سرعت صوت در بافت نرم بدن).
بعضی از کاربران ترجیح می دهند از موادی که تضعیف کمتری دارند استفاده کنند زیرا در این صورت در تصویر کشیدن اشیاء داخل فانتوم بهتر صورت می گیرد. اگرچه برخی از گروه های استاندارد تضعیف بالاتر را توصیه می کنند زیرا خصوصیات دستگاه را واقعی تر نشان می دهد.  اغلب فانتوم های کنترل کیفی دارای یکسری خطوط نایلونی داخل خود هستند که این خطوط انعکاس های مجزا از هم تولید می کنند. از این هدف های نایلونی برای ارزیابی دقت اندازه گیری فاصله استفاده می شود.
آزمایشات درستیِ اندازه گیری فاصله بستگی به این دارد که سازنده فانتوم، آن را از موادی پر کرده باشد که انتشار سرعت صوت در آن برابر با ۱۵۴۰ متر بر ثانیه یا حداقل نزدیک به این سرعت باشد. همچنان که خطاهای محسوسی در کالیبراسیون نشان ندهد و نیز وابسته به این باشد که سازنده موقعیت ها یا انعکاس دهنده ها را به درستی تعبیه کرده باشد. فانتوم ها اغلب دارای یک ستون از منعکس کننده ها هستند که هر کدام به فاصله ی یک تا دو سانتی متر از هم مجزا هستند و برای آزمایشات درستی اندازه گیری عمودی استفاده می شوند و از یک یا تعداد بیشتری ردیف های منعکس کننده ها برای ارزیابی دقت اندازه گیری افقی استفاده می شود.
در شکل ۳ یک فانتوم عمومی، مرکب از سه مدول، نشان داده شده است (مدولA,B,C). ضریب تضعیف ژل داخل فانتوم مشابه بافت ۰٫۵ تا ۰٫۷  است (ضریب تضعیف های بالاتر مشکل ایجاد می کند) و تارگت های کنتراست پایین در ماتریسی با پراکندگی کم شبیه بافت زمینه عمل می کنند. برای سنجش قدرت تفکیک محوری و عرضی و بررسی صحت اندازه گیری فاصله های عمودی و افقی و اندازه گیری عمق مرده (منطقه ای درست پشت مبدل که تصویر نداریم) انعکاس دهنده های کوچک ولی کنتراست بالا در عمق های مشخص قرار داده شده است. در مدول دیگر کره ها (یا استوانه هایی) با کنتراست کم و قطر کوچک ۲ و ۴ میلیمتر به طور یکنواخت در عمق های مختلف قرار داده شده است تا تغییرات قدرت تفکیک ارتفاع (ضخامت مقطع) در عمق را بسنجد. سومین مدول حاوی ماده ی پراکنده ساز یکنواخت است که برای سنجش یکنواختی تصویر و عمق نفوذ ساخته شده است.
قدرت تفکیک فضایی، قدرت تفکیک کنتراست و صحت فاصله با یک مدول ارزیابی شده است (شکلA-3).  قدرت تفکیک محوری از طریق قدرت تشخیص تارگت های کنتراست بالای ۲ ، ۱، ۰٫۵ و ۰٫۲۵ میلی متر در سه عمق متفاوت ارزیابی می شوند. در سیستمی با عملکرد مطلوب، قدرت تفکیک محوری باید در عمق های مختلف ثابت و در فرکانس های بالاتر بهبود یابد. قدرت تفکیک عرضی به صورت تابعی از عمق و کانونی بودن باریکه با اندازه گیری تارگت های کنتراست بالا که در عرض از یکدیگر فاصله دارند ارزیابی می شود. قدرت تفکیک کنتراست به کمک ذرات سیاه-سفید یعنی ذراتی با ضریب تضعیف کمتر یا زیادتر از ژل معادل بافت ارزیابی می شود. در فانتوم های پیشرفته تارگت ها دارای تفکیک کنتراست در سایزهای مختلف هستند. قدرت تفکیک کنتراست باید با افزایش توان ارسال فراصوت بهتر شود. عمق ناحیه مرده با اولین تارگت کنتراست قابل مشاهده در تصویر (واقع در چندین عمق از ۰ تا ۱ سانتیمتر)، تعیین می شود. صحت اندازه گیری فاصله افقی و عمودی توسط تارگت های کوچک ولی پُرکنتراست، تعیین می شود. تارگت های عمودی (در امتداد محور باریکه) باید دقت و صحت بالاتری نسبت به تارگت های افقی (قدرت تفکیک عرضی) داشته باشند، همه اندازه گیری ها باید در محدوده ۵ درصد یک طول معلوم باشند.
قدرت تفکیک ارتفاع و اثرات یک حجم کوچک با مدول های کروی ارزیابی می شود (شکلB-3). تصویر سونوگرافی تارگت کروی اثر تغییر ضخامت برش با عمق را نشان می دهد. با معرفی مبدل ردیفی ۱٫۵D (1.5D Ultrasound Transducer Arrays) و امکان تصویربرداری سه بعدی و روش تولید چند ناحیه کانونی به منظور کاهش ضخامت برش در عمق های مختلف، ارزیابی قدرت تفکیک ارتفاع ضرورت یافته است.
یکنواختی و عمق نفوذ توسط مدول های یکنواختی اندازه گیری می شود (شکلC-3). در یک سیستم سونوگرافی که به خوبی تنظیم و کار می کند، پاسخ ردیف مبدل ها در عمق نفوذ، باید یکنواخت باشد. عمق نفوذ در فرکانس های بالا، کمتر خواهد بود. وجود سایه در جهت عمودی برای مبدل های ردیف خطی و سایه در جهت مایل برای مبدل های ردیف فازی معرف عملکرد نادرست یک عنصر مبدل یا مدار الکتریکی آن است.

شکل۳٫ فانتوم های کنترل کیفیت فراصوت با کاربردهای عمومی معمولاً ترکیبی از چند مدول است. شکلA-3: تارگت های قدرت تفکیک سیستم (محوری و افقی)، عمق ناحیه مرده، صحت فاصله عمودی و افقی، قدرت تفکیک کنتراست(تارگت درجات خاکستری)، و پراکندگی ناچیز واقع در چندین عمق (برای تعیین عمق های نفوذ) در یک ژل معادل بافت (پراکنده ساز صوت) تعبیه شده است. شکلB-3: قدرت تفکیک ارتفاع توسط کره هایی که بطور یکنواخت در یک صفحه ژل معادل بافت توزیع شده اند، تعیین می شود.  شکلC-3: مدول یکنواختی، مشکلات احتمالی در یکنواختی تصویر را نشان میدهد. در اینجا یک شبیه سازی از کارکرد نامطلوب یک مبدل (افت عمودی) و ایراد در خط افقی نشان داده شده است.

در تست های پذیرش یک دستگاه نو، همه مبدل ها باید ارزیابی، و اجرای عملیات اصلی بر مبنای ویژگی های دستگاه اندازه گیری شوند. حداکثر عمق قابل مشاهده ، با تشخیص عمیق ترین پراکنده ساز کم کنتراست موجود در یک فانتوم یکنواخت، تعیین می شود. این عمق تابع نوع مبدل و فرکانس آن است و عملکرد مبدل و اجزای دستگاه در سطح حساسیت طراحی شده خود، بررسی می شود. در یک ناحیه کانونی منفرد با حداکثر عمق ممکن و حداکثر توان ارسال و بهترین تنظیمات TGC (Time Gain Compensation) یا بهره جبران زمانی ، تارگت برای مبدل های شکمی ماده ای با ضریب تضعیف ۰٫۷ در عمق ۱۸cm و برای اندام های سطحی در عمق ۸cm است. تنظیمات برای مبدل چند فرکانسی روی فرکانس وسط انجام می شود. با تنظیمات مشابه، درجه خاکستری و یکنواختی تصویر توسط قسمت یکنواخت فانتوم و بدون تارگت ارزیابی می شود. تنظیمات توان و بهره دستگاه تاثیر مهمی روی اندازه تصاویر تارگت های نقطه دارد. برای مثال ، گیرنده با بهره زیاد، فقط تارگت های بزرگ را آشکار می کند و قدرت تفکیک آن ضعیف است. یک روش برای بهبود قابلیت تکرار تست، تنظیم دستگاه در آستانه آشکارسازی تارگت و اسکن مجدد با افزایش بهره تا ۲۰dB است.
روش های کنترل کیفیت توسط ACR (American College of Radiology) در جدول ۲ فهرست شده است. برخی آزمون ها باید روزانه و مداوم انجام شوند و برخی هم شش ما یک بار تکرار شوند. بطورکلی برای مشاهده تغییرات و عملیات رفع خطا، آزمون های مشابه باید بطور متناوب انجام شوند همچنین نتایج تست ها ، عملیات تصحیح و رفع خطا ، ثبت و نگهداری شوند. عملیاتی نظیر تمیز کردن فیلترهای هوا ، امتحان کردن کابل های شل یا فرسوده و تست دستگیره ها، چرخ و قفل چرخ ها نیز جز آزمون های QC هستند.

حساسیت سیستم
حساسیت دستگاه به ضعیف ترین میزان انعکاسی باز می گردد که می توان آشکار کرد و با وضوح کافی نشان داد و طوری که برروی تصویر قابل تشخیص باشد.
اغلب اسکنرها کنترل هایی دارند که می توانند راندمان گیرنده و میزان فرستادن را تغییر دهد. این کنترل ها در تنظیم کردن حساسیت در طی آزمون های کلینیکی کاربرد دارد. بالاترین میزان حساسیت دستگاه زمانی اتفاق می افتد که کنترل ها در حداکثر میزان تنظیمشان باشند.
حداکثر حساسیت سیستم اغلب با نویزهای الکتریکی محدود می شود. این نویزها در صفحه نمایش وقتی که راندمان گیرنده حداکثر باشد ظاهر می شود. منشاء نویز ممکن است از خارج باشد (برای مثال از شبکه های الکترونیکی یا خروجی های کامپیوتری). ولی در اغلب مواقع نویز ناشی از داخل خود دستگاه است ( مثلاً در زمان آماده سازی مراحل تقویت کننده گیرنده ).
در طول آزمایشات کنترل کیفیت این نگرانی وجود دارد که از زمانی که آخرین آزمایشات کنترل کیفی انجام شده است آیا تغییرات قابل توجهی در حساسیت اتفاق افتاده یا نه . این تغییر حساسیت ممکن است در اثر خرابی ترانسدیوسر باشد.
روشی که عموماً برای آشکار کردن تغییرات در حداکثر حساسیت استفاده می شود این است که حداکثر عمق دیداری را برای سیگنال هایی که از انعکاس های پراکنده فانتوم می آید، اندازه گیری کرد. این روش ها شامل دستورالعمل های زیر است :

تنظیم کردن میزان نیروی خروجی فرستاده شده و کنترل بازبینی حساسیت دریافت کننده در اینکه سیگنال های انعکاسی از عمیق ترین مکان های ممکن داخل فانتوم گرفته شده است. اکنون نیروی خروجی حداکثر است و تقویت دریافت کننده برای بالاترین مقدار بدون نویز اضافی روی نمایشگر تنظیم شده است. در تنظیم کردن این تنظیمات کنترل ها تجربه لازم است پس بهتر است که این تنظیمات در یک برگه ثبت شود.
اسکن کردن فانتوم و تخمین حداکثر عمق دیداری از سیگنال برگشتی از بافت.
بایگانی کردن یک تصویر چاپی یا دیجیتال از فانتوم.
برای تفسیر کردن نتایج آزمایش، یک مقایسه با نتایج آزمایش قبلی که حداکثر عمق دیداری را نشان داده است انجام می شود. مثلاً اگر ۶ ماه قبل آزمایش انجام شده است نتایج باید بین یک سانتی متر با آزمایش جدید تطابق داشته باشد. علاوه بر اینکه اندازه گیری ها با ترانسدیوسر استاندارد انجام می شود، گاهی انجام این آزمایشات با ترانسدیوسر متفاوت مفید است زمانی که آزمایشات کنترل کیفیت اولین بار انجام می شود هر ۶ ماه یک بار پس از آن، این روش به دقت منبع مولد برای جلوگیری از هر کاهشی در حساسیت سیستم کمک می کند.
اگر حداکثر عمق دیداری در تمام آزمایشات در یک اسکنر خاص با ترانسدیوسرهای مختلف، کاهش یافت، مشکل اغلب مربوط به اسکنر است و نه گروه ترانسدیوسرها.

یکنواختی تصویر
(IMAGE UNIFORMITY)
به طور ایده ال زمانی که ناحیه ای درون فانتوم اسکن می شود و تنظیمات وسیله ای که آن را دریافت می کند به خوبی انجام شده باشد، تصویر دارای روشنایی یکنواختی خواهد بود. غیر یکنواختی ایجاد شده به وسیله گیرنده تصویر سونوگرافی می تواند به دلایل وضعیت های زیر باشد:
وجود عناصر بد در پروب های خطی و منحنی و یا گشاد شدن اتصالات مدار نصب شده می تواند منجر به غیریکنواختی عمودی شود.
مخلوط ناکافی از پیکسل های اطلاعات بین فرستادن و دریافت کردن در منطقه کنونی که منجر به رگه های منحنی یا افقی به موازات سطح پروب می شود. ( اگر تعداد پیکسل های کنونی کافی نباشد باعث ایجاد خطوط می شود.)

صحت اندازه گیری فاصله عمودی
صحت اندازه گیری فاصله عمودی گاهی کالیبراسیون عمق نیز نامیده می شود. برای ارزیابی صحت اندازه گیری فاصله عمودی اسکنر، ابتدا فانتوم را اسکن کرده تا اطمینان حاصل شود که ستون عمودی منعکس کننده ها در فانتوم به طور واضح تصویربرداری شده است. پرگار دیجیتالی را در موقعیتی قرار داده که فاصله بین دو انعکاس را در این ستون اندازه بگیرد. در اینجا اولین انعکاس مربوط به اکوی بالایی است. این فاصله را تا دومین اکو اندازه بگیرید.
برای پروب ها و اسکنر ها با اجزای کوچکتر فاصله یک تا دو سانتیمتر را انتخاب کنید. باید فاصله اندازه گرفته شده با فاصله واقعی که در فانتوم تولید شده مطابقت داشته باشد و اختلاف باید بین ۱ میلی متر یا ۱٫۵ درصد باشد.

صحت اندازه گیری فاصله افقی
صحت اندازه گیری افقی باید شبیه حالت عمودی کنترل شود. اندازه گیری به دست آمده در این جهت دارای دقت کمتری است و این بخاطر اثر پهنای پرتو است، با این وجود نتیجه باید هماهنگ با فاصله تولید شده در فانتوم باشد و اختلاف بین ۳ میلیمتر یا ۳ درصد باشد. جای پرگار برای این آزمایشات از مرکز منعکس کننده اولی به مرکز منعکس کننده دومی است.

مبدل ها
نتیجه برخی از مراحل آزمایشات وابسته به این است که از کدام ترانسدیوسر و با چه فرکانسی توسط دستگاه استفاده می شود. برروی هریک از سیستم ها چندین ترانسدیوسر موجود است. آزمایشات باید با دو ترانسدیوسر انجام شود یعنی بهتر است از ترانسدیوسر دیگری که دامنه فرکانسی متفاوت و نیز یک شکل اسکن متفاوت دارد استفاده شود. برای مثال یک اسکنر چند منظوره فرکانس پایین ۲ – ۵ MHZ فرکانس متوسط ۵ – ۸ MHZ یا حتی فرکانس بالاتر مناسب است. این ترکیب ترانسدیوسرها باید برای همه مراحل بعدی آزمایش استفاده شود. همچنین باید اطمینان داشت که تمام اطلاعات لازم شناسایی گروه ترانسدیوسرها از قبیل فرکانس، اندازه و شماره سریال ثبت شده است تا اینکه در آزمایشات بعدی از همان ترانسدیوسرها استفاده شود.

سنجش عملکرد داپلر
استفاده از روش های داپلر روز به روز در فراصوت پزشکی بیشتر رایج می شود. اطمینان به اندازه گیری های فلوی برای تشخیص پزشکی نیازمند اثبات صحت اخذ و پردازش داده هاست. یک یا چند لوله حاوی مواد معادل بافت در عمق های مختلف به عنوان فانتوم های کنترل کیفیت تندی و فلو مورد استفاده قرار می گیرد. یک مایع معادل خون توسط پمپ های کالیبره به لوله ها تزریق می شود تا با سرعت معین حرکت کند و صحت اندازه گیری تندی با روش داپلر تشخیص داده شود. آزمون های قابل انجام عبارتند از: تست حداکثر عمق نفوذ که شکل موج فلو قابل آشکارسازی باشد، هم خوانی حجم نمونه انتخابی با تصویر داپلکس (تصویری جهت مانیتور کردن سرعت و جهت جریان خون درون رگ ها) و صحت اندازه گیری سرعت و حجم فلو.

توان و اثرات زیستی صوت
واحد توان در SI وات (W) و برابر یک ژول انرژی در ثانیه است. سرعت عبور انرژی صوت از واحد سطح، شدت صوت نامیده می شود و معمولاً برحسب وات بر سانتیمترمربع (W/cm2) بیان می شود. توان فراصوت به شدت تابع مشخصات سیستم یعنی توان ارسال فراصوت، فرکانس تکرار پالس، فرکانس مبدل و مد عملکرد است. اثرات بیولوژیک عموماً ناشی از گرم شدن بافت در اثر استفاده از فراصوت شدید به منظور ارتقای کیفیت تصویر و عملکرد است. البته لازم به ذکر است در تصویربرداری تشخیصی شدت فراصوت زیر آستانه ی اثرات زیستی نگه داشته می شود.

توان صوت و شدت فراصوت پالسی
اندازه گیری دامنه فشار باریکه فراصوت توسط هیدروفون انجام می شود که شامل یک پیزوالکتریک کوچک (برای مثال، قطر ۰٫۵ میلی متر) متصل به رسانا در داخل یک محفظه است. وقتی هیدروفون در مسیر باریکه فراصوت قرار گیرد، ولتاژی تولید می کند که این ولتاژ متناسب است با تغییرات زمانی دامنه فشار در آن نقطه. در نتیجه می توان حداکثر فشردگی و کشیدگی و همچنین مدت پالس و دوره تکرار پالس را اندازه گرفت (شکل۵-A). فشار مطلق را می توان با هیدروفون های کالیبره اندازه گرفت و اگر امپدانس صوتی ماده دقیقا معلوم باشد، شدت صوتی قابل محاسبه است.

اندازه گیری شدت فراصوت پالسی
شدت لحظه ای در مد پالسی فراصوت، با زمان و مکان بسیار تغییر می کند. با عبور پالس فراصوت در بافت، در یک محل خاص، شدت لحظه ای بسیار بزرگ است اما مدت پالس حدود میکروثانیه یا کمتر است و برای باقی مانده دوره تکرار پالس شدت نزدیک صفر است.
قله موقتی، ITP، شدت ماکزیمم لحظه ای باریکه است. میانگین موقتی، ITA، میانگین زمانی شدت در دوره تکرار پالس است و میانگین پالس، IPA، متوسط شدت در یک پالس است (شکل۵-B). قله مکانی، ISP، ماکزیمم شدت در مکانی از باریکه است و متوسط مکانی، ISA ، متوسط شدت در سطح مقطع باریکه است و معمولا مساحت رویه ی مبدل درنظر گرفته می شود(شکل۵-C).
میانگین شدت زمانی و مکانی ISATA، توان صوت باریکه فراصوت (وات)، متوسط شدت در حداقل یک دوره تکرار پالس و در واحد سطح باریکه (معمولا سطح مبدل) است. دیگر واحدهای معنادار شدت فراصوت پالسی مشتق از ISATA عبارتند از:
میانگین مکانی و پالسی شدت، ISAPA=ISATA /duty cycle  که
IPA=ITA /duty cycle
(The duty cycle is defined as the ratio between the pulse duration and the period of a rectangular waveform)

میانگین شدت پیک زمانی مکانی، ISPTA=ISATA(ISP/ISA) که شاخص خوبی برای اثرات حرارتی فراصوت است.
میانگین شدت پیک-پالسی مکانی، ISPPA=ISATA(ISP/ISA) / duty cycle یک شاخص بالقوه اثرات زیست مکانیکی و حفره سازی است.
برای سطوح شدت فراصوت،ISPTA> ISAPA> ISATA  ISPPA> است. دو کمیت مهم که هردوی این کمیت ها برای تاییدیه دستگاه سونوگرافی توسط اداره غذا و داروی آمریکا (FDA) ضروری است، ISPPA و ISPTA است. مقادیر ISPTA در تصویربرداری معمولاً زیر ۱۰۰mw/cm2 است ولی برای کاربردهای داپلر خاص می تواند از ۱۰۰۰mw/cm2نیز تجاوز کند. ISPPA می تواند اصولا بیشتر از ISPTA باشد.
امروزه روش قابل قبول تعیین سطح توان سونوگرافی real time شاخص حرارتی یا گرمایی و شاخص مکانیکی عملکرد فراصوت است که کاربر توان جذبی بیمار را به طور کمّی تخمین می زند. این شاخص ها به خاطر رابطه با ریسک اثرات بیولوژیک انتخاب و در مدت اسکن روی مانیتور نمایش داده می شود. سونوگرافر می تواند به کمک این شاخص ها در حالی که تصاویر بالینی تهیه می کند توان جذبی بیمار (جنین) را حداقل نماید یعنی رعایت قانون As Low As Reasonably Achievable (ALARA) یا همان هرچه کمتر مواجه شدنِ با تابش.

شاخص گرمایی
شاخص حرارتی ،TI، نسبت توان صوتی تولیدی مبدل به توان لازم برای بالا بردن دمای یک درجه سانتی گراد بافت در سطح باریکه است. این شاخص با استفاده از الگوریتم محاسبه فرکانس فراصوت، مساحت باریکه و توان خروجی صوتی مبدل توسط سیستم تخمین زده می شود. فرض هایی برای خواص حرارتی و تضعیف بافت در مواجهه با تابش های طولانی و یکنواخت فراصوت درنظر گرفته می شود. شاخص حرارتیِ ۲، برای مبدل ثابت، دلالت بر افزایش احتمالی دو درجه دمای بافت دارد. مقادیر TI وابسته به شدت ISPTA است. در برخی دستگاه ها، شاخص های حرارتی دیگری نظیر TIS (S برای بافت نرم)، TIB (B برای استخوان) و TIC (C برای استخوان جمجمه) مطرح می شود. این کمیات به دلیل افزایش گرما در مرز استخوان-بافت نرم، خصوصاً برای سونوگرافی حاملگی و همچنین فراصوت داپلر (جاییکه توان به طور قابل توجهی بالا می رود) کاربرد دارند.

شاخص مکانیکی
حفره سازی نتیجه فشار منفی (کشیدگی موج مکانیکی) است و از استخراج گازهای نامحلول در ماده، حباب تشکیل می شود. شاخص مکانیکی،MI، کمیتی است که حفره سازی باریکه فراصوت را تخمین می زند. MI تناسب مستقیم با پیک کشیدگی (منفی) فشار و تناسب معکوس با جذر فرکانس فراصوت دارد. وقتی توان خروجی فراصوت (دامنه پالس ارسال) افزایش بیابد MI نیز به صورت خطی افزایش می یابد این درحالی است که با افزایش فرکانس مبدل (مثلا از ۲ تا ۸ مگاهرتز) MI با جذر ۴، یعنی ضریب ۲ کاهش می یابد. مقادیر MI با اندازه شدت ISPPA همخوانی دارد.

مکانیزم ها و اثرات بیولوژیک
سابقه فراصوت تشخیصی حاکی از بی خطر بودن آن دارد. تاکنون اثرات سوء مهمی در بیماران یا اپراتورهای سونوگرافی گزارش نشده است. علی رغم نبود مدارکی دال بر زیان آوری شدت های فراصوت تشخیصی، احتیاطا و بعنوان وظیفه پزشکی باید نفع دربرابر ضرر آزمایشات سونوگرافی مورد ملاحظه قرار گیرد. باید هنگام آزمایشات سونوگرافی همه اقدامات احتیاطی به منظور دستیابی به حداکثر منافع و حداقل خطر انجام شود. موسسه آمریکایی فراصوت پزشکی تبعیت از اصل یا قانون ALARA را توصیه می کند. الزامات FDA برای دستگاه های سونوگرافی جدید شامل نمایش شاخص های خروجی صوت (TI,MI) است تا بازخوردی برای کاربر از حیث توان جذبی بیمار باشد.
پرتوهای فراصوت پرشدت از طریق ساز وکارهای حرارتی و مکانیکی منجر به اثرات بیولوژیکی می شود. بافت های بیولوژیک انرژی فراصوت را که به گرما تبدیل می شود، جذب می کند؛ بنابراین در همه قسمت های میدان فراصوت دربدن گرما تولید خواهد شد. اثرات حرارتی نه فقط به سرعتِ جذب گرما در حجمی از بدن، بلکه به سرعت دفع گرما توسط خون و دیگر مکانیزم های پخش گرما هم بستگی دارد. بهترین شاخص جذب گرما اندازه ISPTA و محاسبه TI است. جذب گرما توسط متوسط شدت فراصوت در ناحیه کانونی و ضریب جذب بافت تعیین می شود. جذب انرژی با افزایش فرکانس فراصوت زیاد می شود و مقدارش تابع نوع بافت است. ضریب تضعیف (جذب) استخوان بیش از بافت نرم است بنابراین جذب انرژی در فصل مشترک استخوان-بافت نرم بسیار زیاد خواهد شد. در سونوگرافی تشخیصی افزایش دمای بافت یک تا دو درجه است که معمولاً کمتر از حد لازم برای آسیب بیولوژیک است. اگرچه برخی سیستم های داپلر با فرکانس تکرار پالس زیاد و پالس طولانی می توانند به این سطوح از آسیب نزدیک شوند.
سازکارهای غیر حرارتی شامل جابجایی ذرات محیط در اثر فشار صوت (که باعث نیرو یا گشتاوری روی ساختارهای بافت می شود) و جریان صوت می تواند منجر به فلوی چرخشی یکنواخت شود. با جذب انرژی زیاد در زمان کم، می تواند حفره سازی شود. حفره سازی به طور کلی به فعالیت ذرات حاوی گاز یا بخار با قابلیت فشردگی زیاد، ناشی از صوت تعریف می شود. حفره ها می تواند ریز و یا قابل مشاهده باشد و معمولاً غیر قابل پیش بینی و گاهی شدید است. حفره سازی پایدار به طور کلی به نوسان حباب های پایدار (کشیدگی و فشردگی) در بافت برمی گردد که در شدت های پایین و متوسط فراصوت (مورد استفاده در کلینیک) اتفاق می افتد. حفره سازی به طور عمده به ماکزیمم فشار انبساط بستگی دارد.MI تخمینی برای تولید حفره است. فراصوت های شدید تولید حفره های ناپایدار می کنند، از آنجا که حباب ها پاسخ غیرخطی به نیروی رانشی می دهند باعث کاهش سرعت صوت می شوند. از این نظر ممکن است حباب ها حل، تجزیه یا دوباره به حالت اول برگردند. در کمترین حالت، شرایطی وجود دارد که ممکن است بخار آب را به رادیکال های آزاد نظیرHͦ وOHͦ تبدیل و باعث تخریب شیمیایی بیوملوکول های مهم نظیز DNA شود. پالس های کوتاه مانند آن هایی که در تصویربرداری استفاده می شوند، کاندیدهای خوبی برای حفره سازی ناپایدارند هر چند شدت فراصوت سونوگرافی بسیار کمتر از آستانه حفره سازی ناپایدار است.
اثرات بیولوژیکی در توان بسیار زیاد فراصوت و مدت های طولانی مشاهده شده است و توان و مدت های لازم برای سونوگرافی معمولی و داپلر زیر آستانه بروز اثرات مخرب شناخته شده است. در توان های بالا، نتایجی نظیر تخریب ماکروسکوپی (برای مثال پارگی عروق خونی، تجزیه سلول ها، شوک صوتی که منجر به شکستن سنگ کلیه می شود ) و تخریب میکروسکوپی (مثلاً شکست کروموزومی و تغییر در شاخص میتوزی سلول) است.هیچ اثرات زیستی کمتر از حد ISPTA = 100 mW/cm2 دیده نشده است (شکل۶). هر چند فراصوت وقتی خوب استفاده شود روشی ایمن است ولی احتیاط حکم می کند فراصوت تشخیصی فقط برای بیمارانی که برایشان مفید است استفاده شود.
اثرات زیستی بالقوه فراصوت. نواحی امن و امکان بالقوه خطر براساس شدت فراصوت و زمان تابش ترسیم شده است خط چین، شدت های بالاتر از فراصوت تشخیصی را نشان می دهد.

پاسخ دهید