ماهو التصوير بالموجات فوق الصوتية؟

التصوير بالموجات الفوق صوتية وتسمى أيضاً الألتراساوند Ultrasound -وعادة ماتختصر برمز US– هي إحدى طرق تصوير جسم الإنسان وذلك بإستخدام موجات صوتية عالية التردد. هذا النوع من التصوير لايتضمن وجود أي نوع من الإشعاع، ولهذا السبب تعتبر الموجات الصوتية آمنة جداً لدرجة أنها تستخدم لتقييم حالة الجنين في مراحل  الحمل المختلفة.

التسمية الدارجة بين العامة “الأشعة الصوتية” تعتبر تسمية غير دقيقة لعدم وجود الإشعاع اصلاً، ويجب إستبدالها بإسم “الموجات الصوتية” أو أكثر دقة بـ “الموجات الفوق صوتية”. وبمناسبة الحديث عن الأفكار النمطية الخاطئة عن هذا الفحص بين العامة تجدر بي الإشارة هنا إلى أن هذا الفحص غير خاص فقط بحالات الحوامل. بل يستخدم هذا الفحص لتشخيص العديد من الأمراض للرجال والنساء والأطفال على حد سواء. ولكنه الفحص الأمثل لتقييم مراحل الحمل لعدم وجود الإشعاع لما قد يسببه من ضرر على الجنين.

التسمية الدارجة بين العامة “الأشعة الصوتية” تعتبر تسمية غير دقيقة لعدم وجود الإشعاع اصلاً، ويجب إستبدالها بإسم “الموجات الصوتية” أو أكثر دقة بـ “الموجات الفوق صوتية”.

والموجات الصوتية التي تستخدم في هذا الفحص هي عبارة عن صوت مشابه للصوت العادي الذي نسمعه من حوالينا، إلا أنه ذا تردد عالي لانتمكن من سماعه. فأذن الإنسان قادرة على الإستماع لمدى معين من الترددات (مابين 20 هيرتز حتى 20000 هيرتز). أما أقل أو أكثر من ذلك فلايستطيع الإنسان سماعه، وقد تمتلك بعض الحيوانات القدرة على سماع مالانستطيع سماعه كالدلافين والقطط وغيرها.

 

إستخدام الصوت في التصوير

من أهم الخصائص التي يتميز بها الصوت هو خاصية الصدى Echo. فالصوت عندما يصطدم بحاجز ما يرجع بإتجاه معاكس. تستغل هذه الخاصية في التصوير الطبي من خلال جهاز التصوير بالموجات الفوق صوتية. ولتقريب فكرة الصدى لنأخذ أمثلة من الطبيعة. يستخدم الدلفين والوطواط الصدى في التنقل. فالوطواط يرسل أصوات في عدة اتجاهات ويعتمد على الصدى في معرفة قرب الفريسة أو العائق. شاهد الصورة المتحركة في الأسفل.

تستخدم هذه الطريقة في التنقل عند بعض الحيوانات واستغل الإنسان هذه الظاهرة الكونية في بناء السفن والغواصات وأسماها بتقنية السونار Sonar  وهي إختصار لـ SOund Navigation And Ranging، ولذلك أحياناً يسمى فحص الموجات الفوق صوتية بالسونار.

أيضاً أستغلت ظاهرة الصدى في الطب من خلال التصوير بالموجات الفوق الصوتية وذلك عن طريق جهاز يرسل أصوات ذات تردد عالي لجسم الإنسان، ومن ثم تعود بعض من هذه الموجات كصدى. وبالرجوع إلى الفروق في زمن العودة بين الموجات يتم يتم تكوين الصور عما بداخل جسم الإنسان. سيتم شرح هذه النقطة بشكل مفصل في هذه المقالة.

آلية عمل جهاز الموجات الفوق صوتية 

يُرسل الجهاز موجات صوتية عالية التردد(1-12 ميجاهيرتز) بإتجاه جسم المريض بواسطة مسبار خاص يُسمى بـ بروب probe أو transducer. جزء من هذه الموجات يصطدم بالأنسجة الداخلية ويعود بشكل صدى إلى البروب. في نفس الوقت تتغلغل بقية الموجات الصوتية بشكل أعمق في جسم المريض حتى تصطدم بأنسجة أخرى وينعكس الصدى وهكذا. إذن للبروب وظيفتان رئيسيتان يقوم بهما بالتزامن وهما إرسال وإستقبال الموجات الصوتية.

ويستطيع الجهاز حساب المسافة بين البروب والأنسجة أو الأعضاء من خلال حساب سرعة الصوت في الأنسجة (1540 m/s)  وحساب الوقت المستغرق لكل صدى حتى يعود (عادة جزء من المليون من الثانية)، بعد ذلك يستطيع الجهاز تمثيل الصور بناء على زمن عودة الصدى وقوته في شكل صورة ثنائية الأبعاد على الشاشة.

والصدى عادة يأتي من الحدود boundaries التي بين الأنسجة كالحدود التي بين الأنسجة الرخوة والسوائل…إلخ.

خواص الصوت

الصوت هو تردد آلي، أو موجة قادرة على التحرك في عدة أوساط مادية مثل الأجسام الصلبة، السوائل، والغازات، ولا ينتشر في الفراغ، فالصوت يحتاج إلى وسط للتحرك. الصوت ينتج عن اهتزاز ميكانيكي للوسط، الصوت ليس موجة بل الموجة هي إحدى الاشكال (نماذج الانتشار) التي يبرز ويتميز بها الصوت. وتعتمد سرعة الصوت على الوسط الذي ينقله. وتبلغ سرعة الصوت في الهواء 343 متر في الثانية عند درجة حرارة 20 درجة مئوية وتتغير هذه السرعة بتغير درجة الحرارة.

يعتبر الصوت أحد الظواهر الهامة التي يستعملها الإنسان والحيوان للتخطيط والتفاهم عن طريق حاسة السمع (الاذن) التي يتم بواسطتها تحويل الصوت من موجات صوتية إلى إشارات كهربائية عن طريق الاذن والمخ والتي تتحول إلى معلومات مفهومة.

آلية عمل الترانسديوسر أو البروب Transducer-Probe

سبق وذكرنا أن وظيفة البروب هي إرسال وإستقبال الموجات فوق الصوتية، ويتم إنجاز هاتان المهمتان بالتزامن، إذن البروب هو أذن وفم الجهاز بنفس الوقت! فهو يستطيع صناعة الصوت ومن ثم سماع مايرجع منه كالصدى. ولكن كيف يتم هذا؟ يتم ذلك عن طريق تحويل الإشارات الكهربائية التي يفهمها الكمبيوتر إلى موجات صوتية والعكس صحيح من خلال الظاهرة البيزوكهربائية Piezoelectricity.

فبواسطة كرستالة بيزوكهربائية piezoelectric crystal يتم تحويل التيار الكهربائي إلى موجات صوتية عن طريق كرستالة، فهذه الكرستالة يتغير شكلها وتهتز عند وصول تيار كهربائي لها، مما يولد موجات صوتية. أيضاً هذه الكرستالة تستطيع تحويل الصوت الذي يأتي إليها إلى تيار كهربائي. وبذلك يستطيع الكمبيوتر التعامل مع هذه الإشارات الكهربائية وتحويلها إلى صورة على شاشة.

ويتم تصنيع البروبات بأشكال وأحجام مختلفة. تحدد هذه الصفات طريقة عمل البروب كالتردد وعرض المجال الصوتي FOV. أيضاً تختلف هذه الأشكال بإختلاف العضو المراد تصويره. الصورة التالية توضح أنواع بروبات الموجات فوق الصوتية وإستخداماتها.

مكونات جهاز الموجات فوق الصوتية

• Central Processing Unit CPU وحدة التحكم المركزية

وهو يعتبر المكون الرئيسي في الجهاز وهو عبارة عن كمبيوتر يرسل إشارات كهربائية للبروب ليصدر الموجات الصوتية، بعد ذلك يستقبل الإشارات الكهربائية القادمة من البروب عند تأثرها بالصدى القادم من المريض.

• Probe البروب

الهدف منه إرسال وإستقبال الموجات الصوتية وهو من المكونات الضرورية في الجهاز ويتخذ عدة أشكال وأحجام كما ذكرنا سابقاً.

• Transducer Pulse Controls وحدة التحكم بالنبضات

هذه الوحدة تمكن مشغل الجهاز بإدخال قيمة التردد المرغوب وإختيار زمن النبضات الصوتية الصادرة عن الجهاز.

• Monitor شاشة عرض

هي شاشة تعرض الصور المأخوذة.

• Keyboard/Cursor لوحة مفاتيح/وفأرة

وهي تستخدم في التحكم في الجهاز وإدخال معلومات المريض.

• Disk Storage وحدة تخزين

الهدف منها هو حفظ الصورة وقد تكون في صيغة CD, DVD, and Floppy Disk.

• Printers الطابعات

وتكون طابعات حرارية thermal printers.

عرض الصور

يتم عرض صور الموجات الفوق صوتية إما كصور ثنائية الأبعاد يمكن طباعتها أو على شكل صور متحركة. ولهذا السبب فالبعض يسميها بالأشعة التلفزيونية. الصور بالأسفل تبين الفرق بين الإثنين.

وأيضاً للجهاز القدرة على إنتاج صور ثلاثية الأبعاد 3D

 

Doppler Ultrasound الدوبلر

الدوبلر يقيس حركة الدم في الأوعية الدموية ويتم تمثيل إتجاه حركته بألوان مختلفه. الهدف منه هو تقييم حالة هذه الأوعية الدموية سواء الجدار الخارجى للأوردة و الشرايين او البطانة الداخلية و تدفق الدم داخل هذه الأوعية الدموية و وجود اى مشاكل تتعلق بالاوعية

إستخدامات الموجات فوق الصوتية ومميزاتها

تستخدم الموجات فوق الصوتية بشكل واسع في المجال الطبي خاصة في وحدات القلب وأقسام النساء والولادة وفي تشخيص علل المسالك البولية وإكتشاف وتشخيص الأورام وما إلى ذلك (على سبيل المثال: فحص الموجات الصوتية على البطن). ما يميز هذا النوع من الفحوص هو عدم إستخدام الأشعة المؤينة ولذلك تعتبر فحوص آمنه بدرجة كبيرة مقارنة بالفحوص التي تستخدم الأشعة المؤينة. أيضاً من مميزات الجهاز هو تكلفته المنخفضة مقارنة بأجهزة الرنين المغناطيسي والأشعة المقطعية.

مستقبل الموجات فوق الصوتية

يتجه مستقبل هذا الجهاز إلى الأفضل وذلك بتحسين عدة عوامل مثل تسريع الجهاز وزيادة الذاكرة. أيضاً من الممكن تطوير البروب بحيث تكون أصغر وبإمكانيات أكثر. أيضاً الصور الثلاثية والرباعية الأبعاد يتوقع أن تتحسن بشكل أكبر. وهناك إتجاه كبير في صناعة أجهزة موجات فوق صوتية صغيرة بإمكانها إعطاء صور ذات جودة عالية.