كيف يعمل الموجات فوق الصوتية وما هي

كيف يعمل الموجات فوق الصوتية

هناك العديد من الحالات التي يتم فيها إجراء الموجات فوق الصوتية. ربما تكونين حاملاً، ويطلب طبيب التوليد منك إجراء موجات فوق الصوتية لفحص الجنين النامي أو تحديد موعد الولادة. ربما تواجهين مشاكل في الدورة الدموية في طرف أو قلبك، وطلب طبيبك إجراء موجات فوق الصوتية دوبلر لفحص تدفق الدم. تُعد الموجات فوق الصوتية تقنية تصوير طبي شائعة منذ سنوات عديدة.

ما هي الموجات فوق الصوتية؟

الموجات فوق الصوتية أو التصوير بالموجات فوق الصوتية هي تقنية تصوير طبي تستخدم موجات صوتية عالية التردد وصداها. التقنية مشابهة للتحديد بالصدى الذي تستخدمه الخفافيش والحيتان والدلافين، وكذلك SONAR الذي تستخدمه الغواصات. في الموجات فوق الصوتية، تحدث الأحداث التالية:

يُرسل جهاز الموجات فوق الصوتية نبضات صوتية عالية التردد (1 إلى 5 ميجاهرتز) إلى جسمك باستخدام مسبار. 

تسافر الموجات الصوتية داخل جسمك وتصطدم بحدود بين الأنسجة (مثل بين السائل والنسيج الرخو، أو النسيج الرخو والعظم). 

ينعكس بعض الموجات الصوتية إلى المسبار، بينما يستمر البعض الآخر في السفر حتى يصل إلى حدود أخرى وينعكس. 

يلتقط المسبار الموجات المنعكسة ويعيد إرسالها إلى الجهاز. 

يحسب الجهاز المسافة من المسبار إلى النسيج أو العضو (الحدود) باستخدام سرعة الصوت في النسيج (5005 قدم/ث أو 1540 م/ث) وزمن عودة كل صدى (عادةً بترتيب أجزاء من المليون من الثانية). 

يعرض الجهاز المسافات وشدة الأصداء على الشاشة، مكوناً صورة ثنائية الأبعاد كما هو موضح أدناه. 

صورة موجات فوق صوتية لجنين نامٍ (يبلغ حوالي 12 أسبوعاً) داخل رحم الأم. هذه رؤية جانبية للطفل، تظهر (من اليمين إلى اليسار) الرأس والرقبة والجذع والساقين.

في موجات فوق صوتية نموذجية، تُرسل وتُستقبل ملايين النبضات والأصداء كل ثانية. يمكن تحريك المسبار على سطح الجسم وتوجيهه للحصول على مشاهدات مختلفة.

جهاز الموجات فوق الصوتية

يتكون جهاز الموجات فوق الصوتية الأساسي من الأجزاء التالية:

مسبار المحول – مسبار يرسل ويستقبل الموجات الصوتية 

وحدة المعالجة المركزية (CPU) – حاسوب يقوم بجميع العمليات الحسابية ويحتوي على مصادر الطاقة الكهربائية لنفسه وللمسبار. 

عناصر تحكم نبضات المحول – تغير السعة والتردد ومدة النبضات المنبعثة من المسبار 

الشاشة – تعرض الصورة من بيانات الموجات فوق الصوتية التي عالجتها وحدة المعالجة المركزية 

لوحة المفاتيح/المؤشر – إدخال البيانات وأخذ القياسات من الشاشة 

جهاز تخزين القرص (صلب، مرن، CD) – يخزن الصور الملتقطة 

الطابعة – تطبع الصورة من البيانات المعروضة

مسبار المحول

مسبار المحول هو الجزء الرئيسي من جهاز الموجات فوق الصوتية. فهو يولد الموجات الصوتية ويستقبل الأصداء. وهو، كما يقال، فم وأذن الجهاز. يولد المسبار ويستقبل الموجات الصوتية باستخدام مبدأ يُسمى التأثير الكهرضغطي (كهرباء الضغط)، الذي اكتشفه بيير وجاك كوري عام 1880. في المسبار، توجد بلورة واحدة أو أكثر من الكوارتز تُسمى بلورات كهرضغطية. عند تطبيق تيار كهربائي على هذه البلورات، تتغير سرعة شكلها. وتنتج التغيرات السريعة في الشكل، أو الاهتزازات، موجات صوتية تسافر للخارج. والعكس صحيح، عندما تصطدم موجات الصوت أو الضغط بالبلورات، تنبعث تيارات كهربائية. لذلك، يمكن استخدام نفس البلورات لإرسال واستقبال الموجات الصوتية. يحتوي المسبار أيضاً على مادة ماصة للصوت للقضاء على الانعكاسات الخلفية من المسبار نفسه، وعدسة صوتية للمساعدة في تركيز الموجات الصوتية المنبعثة.

تأتي محاور المحول بأشكال وأحجام عديدة، كما هو موضح في الصورة أعلاه. يحدد شكل المسبار مجال رؤيته، ويحدد تردد الموجات الصوتية المنبعثة مدى اختراق الموجات والدقة في الصورة. قد يحتوي المسبار على عنصر بلوري واحد أو أكثر؛ وفي المحاور متعددة العناصر، لكل بلورة دائرة كهربائية خاصة بها. تتميز المحاور متعددة العناصر بميزة أنه يمكن “توجيه” الحزمة فوق الصوتية بتغيير توقيت نبض كل عنصر؛ ويعتبر توجيه الحزمة مهماً بشكل خاص للموجات فوق الصوتية القلبية (انظر المبادئ الأساسية للموجات فوق الصوتية للتفاصيل حول المحاور). بالإضافة إلى المحاور التي يمكن تحريكها على سطح الجسم، صُممت بعض المحاور ليتم إدخالها عبر فتحات مختلفة في الجسم (المهبل، المستقيم، المريء) بحيث يمكنها الاقتراب من العضو قيد الفحص (الرحم، البروستاتا، المعدة)؛ والاقتراب من العضو يتيح مشاهدات أكثر تفصيلاً.

أجزاء جهاز الموجات فوق الصوتية

وحدة المعالجة المركزية (CPU)

وحدة المعالجة المركزية هي عقل جهاز الموجات فوق الصوتية. إنها أساساً حاسوب يحتوي على المعالج الدقيق والذاكرة والمضخمات ومصادر الطاقة للمعالج الدقيق والمسبار. ترسل وحدة المعالجة المركزية تيارات كهربائية إلى مسبار المحول لإصدار موجات صوتية، وتستقبل أيضاً النبضات الكهربائية من المحاور التي نشأت عن الأصداء العائدة. تقوم وحدة المعالجة المركزية بجميع العمليات الحسابية المتعلقة بمعالجة البيانات. بمجرد معالجة البيانات الخام، تشكل وحدة المعالجة المركزية الصورة على الشاشة. يمكن لوحدة المعالجة المركزية أيضاً تخزين البيانات المعالجة و/أو الصورة على القرص.

عناصر تحكم نبضات المحول

تسمح عناصر تحكم نبضات المحول للمشغل، الذي يُسمى أخصائي الموجات فوق الصوتية، بتعيين وتغيير تردد ومدة نبضات الموجات فوق الصوتية، وكذلك وضع المسح للجهاز. تُترجم أوامر المشغل إلى تيارات كهربائية متغيرة تُطبق على البلورات الكهرضغطية في مسبار المحول.

الشاشة

الشاشة هي شاشة حاسوب تعرض البيانات المعالجة من وحدة المعالجة المركزية. يمكن أن تكون الشاشات بالأبيض والأسود أو ملونة، حسب موديل جهاز الموجات فوق الصوتية.

لوحة المفاتيح/المؤشر

أجهزة الموجات فوق الصوتية مزودة بلوحة مفاتيح ومؤشر، مثل كرة التتبع، مدمجين فيها. تتيح هذه الأجهزة للمشغل إضافة ملاحظات وأخذ قياسات من البيانات.

تخزين القرص

يمكن تخزين البيانات و/أو الصور المعالجة على القرص. يمكن أن تكون الأقراص أقراصاً صلبة أو مرنة أو أقراص مدمجة (CDs) أو أقراص فيديو رقمية (DVDs). عادةً، تُخزن فحوصات الموجات فوق الصوتية للمريض على قرص مرن وتُؤرشف مع السجلات الطبية للمريض.

الطابعات

العديد من أجهزة الموجات فوق الصوتية مزودة بطابعات حرارية يمكن استخدامها لالتقاط نسخة ورقية من الصورة من الشاشة.