BÖLÜM 1.1 ULTRASONOGRAFİNİN UYGUN KULLANIMI Temel Ultrasonografi Fiziği Ultrasonografik Ses Dalgasının Oluşumu Ses Dalgasının Doku ile Etkileşimi Görüntü Oluşumu Ultrasonografi Tekniği ve Parametreler Prob Frekans ve Önayar ( Preset ) Seçimi Gri-Skala Kazanç Ayarı Odak Ayarı Yardımcı Teknikler Doku Harmonik Görüntüleme Bileşik ( Compound ) Görüntüleme Panoramik Görüntüleme Kromatik Görüntüleme Elastografi TEMEL ULTRASONOGRAFİ FİZİĞİ İnsan kulağı 20-20.000 Hz (20 Hz - 20kHz) arasındaki frekansa sahip ses dalgalarını duyabilir. İşitilebilir bu limitin üzerindeki frekansta ses dalgalarına ultrasonik, altındakilere infrasonik ses dalgaları adı verilir. Görüntüleme alanında kullanılan ultrasonografideki ses dalgalarının frekansı 1-20 MHz (MHz = 10 6 Hz) arasındadır. Ses dalgasının diğer sinüzoidal dalgalar gibi üç ana bileşeni bulunur. Bunlar amplitüd, frekans ve dalgaboyudur. Ayrıca dalganın hızı ve yönü gibi fiziksel özellikleri de bulunmaktadır. Ultrasonografi için ses dalgalarının hızı tüm dokular için 1540 m/sn, yönü de doğrusal olarak kabul edilmekte, cihazlar bu varsayım üzerine görüntü oluşturmaktadır. ULTRASONOGRAFİK SES DALGASININ OLUŞUMU Ultrasonografide ses dalgasını oluşturan yapı, prob içerisinde yer alan transduser adı verilen yapıdır. Enerjiyi bir formdan diğerine dönüştüren cihaz ya da gereçlere transducer - çevirteç adı verilmektedir. Örneğin kol saatlerinde yer alan kuartz gibi maddeler hareket enerjisini elektrik enerjisine dönüştürerek saatin gerekli enerjisini sağlamaktadır. Ultrasonografide ise bunun tam tersi geçerlidir. Ultrasonografi prob kristalleri, elektrik enerjisi uygulandığında titreşimle yanıt verir, yani elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür ve ses dalgası oluştururlar. Buna piezo-elektrik etki denilmektedir. US probları, piezoelektrik etki oluşturan kurşun zirkonat titanat kristal yapısı sayesinde ses dalgası oluşturur.
2 TEMEL ULTRASONOGRAFİ VE DOPPLER Prob içerisinde yanyana dizilmiş olan kristaller tek tek ya da gruplar halinde kısa vuru (puls) aralıkları (1 µs) ile titreşir ve ses dalgası oluşturur. Oluşan dalgalar prob önünde bir ses cephesi meydana getirir. Bu cephe, yakın bölge (Fresnel zonu) ve uzak bölge (Fraunhofer zonu) olmak üzere farklı özellikte iki ses alanından oluşur. Yakın alan ile uzak alan arasındaki dar bölge sesin odaklanmış olduğu en yoğun ve en homojen alandır. Odak bölgesinin iki tarafında odaklanamayan zayıf ses dalgaları az da olsa her zaman vardır. Bu alandaki dalgalara yan-lob dalgaları adı verilir. doku yüzey yapısı ve yansıtıcının çapıdır. Ortaya çıkabilecek temel fiziksel olaylar yansıma, kırılma, saçılma ve soğrulmadır. Dokuların ses dalgasına olan direncini tanımlayan akustik empedans (Z), dokunun yoğunluğu (ρ) ile ses dalgası hızının (c) çarpımı ile belirlenir. Ses dalgası, akustik empedansı farklı iki doku arayüzüne ulaştığında dalganın bir kısmı iletilir, bir kısmı ise geri yansır. Buna noktasal yansıma ( specular reflection ) denir. Yansıma sonucu oluşan ekonun şiddeti I = (Z 2 Z 1 ) 2 / (Z 2 + Z 1 ) 2 formülüyle ifade edilir. Buna yansıma katsayısı adı verilir. Formülden anlaşılabileceği üzere dokular arası empedans farklılığı arttıkça yansıyan eko artar, dokular arası empedanslar eşitse yansıma olmaz. Ses dalgasının doku arayüzlerine dik açıyla gelmesi durumunda yansıma maksimum olur, dik açı dışındaki ilişkilerde ise diğer fizik ilkeler devreye girer. Ses dalgasının 90 den farklı bir açıyla ulaşması durumunda ses dalgası geldiği açıyla yansır ve probun saptama alanından dışarı çıkar. Snell kanununa göre kritik açının altında gelen dalgalar kırılır, üzerinde gelenler geldiği açıyla yansır. GÖRÜNTÜ OLUŞUMU Resim 1.1.1. ODAK, YAKIN BÖLGE, UZAK BÖLGE Yüksek bir yansıtıcı yüzey (noktalı ok) sayesinde izlenen ses dalgasının bölgeleri. SES DALGASININ DOKU İLE ETKİLEŞİMİ Ses dalgaları, elektromanyetik dalgalardan farklı olarak, boşlukta hareket etmez ve ilerlemek için bir ortama gereksinim gösterir. Sesin hareketi, ortam içerisindeki moleküllerin sıkışması ve gevşemesi (kompresyon-dekompresyon) ile gerçekleşir. Aynen deniz yüzeyindeki dalgalarda olduğu gibi ortamın net bir yer değiştirmesi söz konusu olmamasına karşın dalga ortam içerisinden geçerek ilerler. İlerleyen ses dalgası, geçtiği ortama göre değişen fiziksel etkiler gösterir. Dokular içerisinde ses dalgasının hareketini belirleyen temel fiziksel etmenler dokunun ses direnci (akustik empedans), sesin geliş açısı, Ultrasonografide görüntü oluşumu ses dalgasının gönderilmesi ve yansıyan ses dalgasından (eko) alınan verinin işlenmesi ilkesine dayanır. Verinin işlenmesinde temel alınan iki parametre vardır, bunlar zaman ve yansıyan dalganın şiddetidir. 1) Zaman Gönderilen ile alınan ses dalgası arasında geçen süre Mesafe = Hız * Zaman (x=v*t) formülüne göre hesaplanır. Ses dalgasının gitmesi ve dönmesi iki kat mesafe anlamına geleceğinden hesaplama 2x=V*t formülüne göre yapılır. Cihazlar ses dalgasının doku içerisindeki hızını sabit ve 1540 m/sn olarak kabul eder, tüm hesaplamaları buna göre yapar. V değeri sabit ve bilinen bir değer olduğundan mesafe zamanla doğru orantılı olarak hesaplanabilir. Böylece gönderilen dalga ile dönen eko arasındaki süreyi hesaplanarak ekonun hangi derinlikten geldiği belirlenebilir.
ULTRASONOGRAFİNİN UYGUN KULLANIMI 3 2) Ekonun şiddeti (amplitüdü) Yansıyan dalganın amplitüdü yansıtıcı arayüzün yansıtma özelliğini belirler. Yüksek yansıtıcı arayüzlerden yüksek yansıma, düşük arayüzlerden düşük yansımaya ait amplitüdte ses dalgaları geri alınır. Ses dalgası, yansıtma özelliği olmayan dokulardan doğrudan geçer ve hiç yansıma oluşmaz. Yansıma sonucu elde edilen eko elektronik olarak sinyale dönüştürülür ve şiddetine göre derecelendirilir. Elde edilen sinyaller derecesine göre farklı şekillerde görüntüye dönüştürülür: A-mod (Amplitüd - Şiddet modu) Ultrasonografinin ilk bulunan bu yönteminde sinyaller şiddet grafiği olarak gösterilir. B-mod (Brightness - Parlaklık modu) (Griskala ultrasonografi) Sinyaller amplitüdüne göre derecelendirilir ve her bir dereceye bir parlaklık tonu atanır. Genellikle en yüksek yansıma beyaz, en düşük yansıma siyah olacak şekilde değişen gri tonlarında bir görüntü ortaya çıkar. Gri ton sayısı bit derinliği tarafından belirlenir ve bu değer 2 8 =256 dır. Ekojenite Yansıyan ses dalgasının şiddetini, dolayısıyla görüntüdeki yapının parlaklığını tanımlamada kullanılan kavramdır. Ekojenite, yansıma katsayısına bağlı rölatif bir kavramdır ve kullanılan US parametrelerine bağımlıdır. Cihazlar arasında hatta önayarlar arasında değişkenlik gösterir. Standardize edilemediği için tutarlı bir şekilde ölçülemez. Ekojenite ile ilgili yapılabilecek ölçümler, ölçümün yapıldığı o cihazın, o anda kullanılan ayarlarına özgü gri-ton ölçümüdür. Bu nedenle ekojenite, bir dokunun diğerine göre karşılaştırmasıyla ifade edilir. Anekoik - Ses dalgasının hiç yansımaması nedeniyle siyah olarak izlenen alanlardır. Hipoekoik (Hipoekojenik) - Bir alanın diğer bir alanla karşılaştırılmasında, o alanın karşılaştırılan alana göre ses dalgasını daha az yansıttığını tanımlar. Görüntüde siyaha yakın gri tonlarında görülür. Hiperekoik (Hiperekojenik) - Bir alanın diğer bir alanla karşılaştırılmasında, o alanın karşılaştırılan alana göre ses dalgasını daha fazla yansıttığını tanımlar. Görüntüde beyaza yakın tonlarında görülür. Homojen ekojenite - Refleksiyon düzeyi ne olursa olsun birbirine yakın ekojenitelerde yansımalar gösteren doku ya da lezyonları tanımlamak için kullanılır. M-mod (Motion - Hareket modu) Elde edilen sinyaller amplitüd-zaman eğrisi olarak hareketli görüntüye dönüştürülür. Yöntem eski olmakla birlikte kalp kapak ve duvar hareketlerini değerlendirme gibi alanlarda halen kullanılmaktadır. Heterojen (inhomojen) ekojenite - Farklı ekojenitelerden oluşan alan ya da lezyonları tanımlar (solid doku içerisinde kistik alan gibi).
ULTRASONOGRAFİNİN UYGUN KULLANIMI 5 GRİ-SKALA KAZANÇ AYARI Ses dalgasının şiddeti, seyri sırasında doku ile girdiği fiziksel etkileşimler sonucunda derinlikle orantılı olarak zayıflar. Bu sorunu gidermek için cihazlar zaman bileşeni üzerinden yaptığı hesaplamalarla aldığı ekonun şiddetini yükseltir. Bu işleme gri-skala (B-mod) kazancı adı verilmektedir ( Time Gain Compensation, TGC, kısaca gain olarak da kullanılmaktadır). Kazanç ayarları derin dokularda daha yüksek, yüzeyel dokularda daha düşük olacak şekilde seçilerek ekranda homojen bir görüntü sağlanır. Kazanç ayar parametreleri ekranın bir tarafında sayısal olarak, bir eğri olarak ya da her ikisi birden olacak şekilde bulunur. Resim 1.1.4. UYGUN GRİ-SKALA KAZANCI Proba yakın alanlarda daha düşük, derin dokularda daha yüksek tutularak homojen hale getirilmiş görüntü. Resim 1.1.5. ÇOK DÜŞÜK GRİ-SKALA KAZANCI Proba yakın kazançlar çok düşük tutulduğundan yüzeydeki dokulardan alınan eko görüntüde gösterilemiyor ve bu alanlar olduğundan daha siyah görülüyor. Resim 1.1.6. ÇOK DÜŞÜK GRİ-SKALA KAZANCI Proba yakın kazançlar düşük, yüzeydeki dokular siyah görülüyor, bu alanda bir patoloji olması durumunda saptanması olanaksız. Resim 1.1.7. ÇOK YÜKSEK GRİ-SKALA KAZANCI Kazançlar çok yüksek seçildiğinde elde edilen sinyal çok yükseltildiğinden ve zeminde var olan gürültü daha fazla ortaya çıktığından görüntü parlar ve olması gerekenden daha beyaz görülür.
8 TEMEL ULTRASONOGRAFİ VE DOPPLER PANORAMİK GÖRÜNTÜLEME Genişletilmiş görüntüleme alanı ( Extended Field of View ) adı da verilen bu yöntemde probun geniş bir alanda hareket ettirilmesi sırasında cihaz elde ettiği görüntü kümesini hafızasında biriktirir ve kümeyi birleştirilmiş tek bir görüntüye dönüştürür. Görüntü alanı sınırlı olan lineer problar için ya da konveks probla çok büyük lezyonların görüntülenmesinde yardımcıdır. KROMATİK GÖRÜNTÜLEME Gri-skala incelemede ekran gösteriminin ( display ) gri renkten farklı bir renge ait tonlarda seçilmesidir. Görüntü oluşturmada gri-skala görüntülemeden farklı bir parametre kullanılmaz. Yöntemle kenar keskinliğinin belirginleştirilmesi ya da görsel algı farklılığı oluşturarak detay saptanmasının sağlanması amaçlanmaktadır. Resim 1.1.15. PANORAMİK GÖRÜNTÜLEME Geniş alanlar, büyük tümörler aynı görüntüde izlenebiliyor. Resim 1.1.16. KROMATİK GÖRÜNTÜLEME Aynı bölgenin farklı renklerde gösterimi.
ULTRASONOGRAFİNİN UYGUN KULLANIMI 9 ELASTOGRAFİ Doku esnekliğini ölçme işlemine doku elastografisi adı verilmektedir. Doku esnekliği pek çok biyofiziksel yöntemle ölçülmekte, üzerinde çalışmalar devam etmektedir. Bu çalışmalar sonucunda doku esnekliğini değerlendirmede pratikte kullanılabilen yöntemlerinden birisi de ultrasonografi olmuştur. Yöntemin duyarlık ve özgüllüğü, farklı doku, organ ve patolojilerde sınanmakta, üzerindeki klinik çalışmalar yoğun şekilde süregitmektedir. Tümör dokusunun sağlam dokudan daha sert olduğu çoğu tümör için geçerli ve iyi bilinen bir genellemedir. Elastografinin temel ilkesi bu genellemeden köken alır, normal doku ile tümör dokusu arasındaki elastikiyet farkını ortaya koyarak tümörün saptanmasını veya karakterize edilmesini amaçlar. Doku elastikiyetini ortaya koymada farklı firmaların farklı fizik ilkelere dayanan yöntemleri olsa da genel olarak yöntem, ses dalgasının doku içerisinde ilerlerken oluşturmuş olduğu kompresyon-dekompresyon hareketinden bilgi edinme temeline dayanır. Elde edilen nitel ya da nicel bilgi farklı şekillerde görüntüye dönüştürülür. Farklı doku sertliklerini renk skalası ile görüntüye dönüştürmek en yaygın kullanılan yöntemdir. Renkli görüntü üzerine konan ROI ( region of interest ) ile nicel değerler elde etmek, karşılaştırmalar yapmak mümkün hale gelmiştir. Doku elastografisi başlangıçta yalnızca meme, tiroid gibi yüzeyel dokularda çalışılabilirken artık günümüzde derin dokularda da kullanılabilmekte, konveks hatta endokaviter problar ile de elastografi yapılabilmektedir. Resim 1.1.17. ELASTOGRAFİ Soldaki örnekte meme kanseri, sağdaki örnekte testis tümörü tanısı almış hastalarda iki farklı marka cihazda, yüzeyel problarla elde edilmiş sonoelastografi görüntüleri görülüyor. Elastikiyeti az alanlar mavi ile kodlanıyor. Resim 1.1.18. ELASTOGRAFİ Karaciğerde parankim (soldaki resim) ve tümör (sağdaki resim) örneklemesi. Doku sertliği ve kilopascal (kpa) birimi ile ölçüm değerleri sol altta görülüyor.