ค่าการสะท้อนของคลื่นเสียงและความต้านทานเสียงของอัลตราซาวด์

อัลตราซาวด์สร้างภาพจากคลื่นสะท้อน: คลื่นเสียงจะถูกส่งเข้าไปในร่างกาย และเครื่องจะระบุตำแหน่งและความแรงของการสะท้อนกลับ ความแรงของคลื่นสะท้อนเหล่านี้ ซึ่งเรียกว่าค่าการสะท้อนของโครงสร้าง (echogenicity) ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความต้านทานเสียง (acoustic impedance) ที่บริเวณรอยต่อระหว่างเนื้อเยื่อเป็นหลัก ดังนั้น รอยต่อระหว่างเนื้อเยื่อที่แตกต่างกันมากจะปรากฏเป็นสีสว่าง ในขณะที่เนื้อเยื่อที่เป็นเนื้อเดียวกันหรือของเหลวบริสุทธิ์จะปรากฏเป็นสีทึบ

Definition

ค่าการสะท้อนของคลื่นเสียง (Echogenicity) คือความแรงสัมพัทธ์ของคลื่นสะท้อนอัลตราซาวด์ที่สะท้อนกลับจากเนื้อเยื่อ; ความต้านทานเสียง (acoustic impedance) คือผลคูณของความหนาแน่นของเนื้อเยื่อกับความเร็วของเสียงภายในเนื้อเยื่อนั้น และคลื่นสะท้อนจะถูกสร้างขึ้นที่รอยต่อที่ความต้านทานนี้เปลี่ยนแปลง โดยความไม่เข้ากันที่มากขึ้นจะทำให้เกิดการสะท้อนที่สว่างขึ้น

Scope

หัวข้อนี้จะอธิบายว่าความต้านทานเสียงและความไม่เข้ากันของความต้านทานเสียงสร้างความแตกต่างของภาพอัลตราซาวด์ได้อย่างไร: ทำไมเนื้อเยื่อจึงถูกอธิบายว่าเป็นแบบไฮเปอร์เอคโคอิก (hyperechoic), ไฮโปเอคโคอิก (hypoechoic) หรืออะเนคโคอิก (anechoic) และสารเพิ่มความคมชัดชนิดไมโครบับเบิลที่บรรจุแก๊สเพิ่มตัวสะท้อนที่แข็งแกร่งได้อย่างไร นี่คือข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับพื้นฐานทางกายภาพของภาพอัลตราซาวด์ ไม่ใช่คำแนะนำเกี่ยวกับเทคนิคการสแกนหรือการให้สารเพิ่มความคมชัด

Core questions

• คุณสมบัติทางกายภาพของเนื้อเยื่อใดที่กำหนดความสว่างที่ปรากฏบนอัลตราซาวด์?
• ทำไมรอยต่อระหว่างเนื้อเยื่อที่แตกต่างกันจึงสร้างคลื่นสะท้อน?
• ไฮเปอร์เอคโคอิก (hyperechoic), ไฮโปเอคโคอิก (hypoechoic) และอะเนคโคอิก (anechoic) หมายถึงอะไร?
• ทำไมกระดูกและอากาศจึงกั้นลำแสงอัลตราซาวด์?
• สารเพิ่มความคมชัดชนิดไมโครบับเบิลเพิ่มสัญญาณสะท้อนได้อย่างไร?

Key concepts

• ความต้านทานเสียง (ความหนาแน่นคูณความเร็วเสียง)
• ความไม่เข้ากันของความต้านทานและการสะท้อนที่รอยต่อ
• ค่าการสะท้อนของคลื่นเสียง (ไฮเปอร์เอคโคอิก, ไฮโปเอคโคอิก, อะเนคโคอิก)
• เงาเสียงและการเสริมสัญญาณเสียง
• สารเพิ่มความคมชัดชนิดไมโครบับเบิล
• การลดทอนของลำแสงอัลตราซาวด์

Mechanisms

หัววัดอัลตราซาวด์จะปล่อยคลื่นสั้นๆ และรับฟังคลื่นสะท้อนที่กลับมา ที่รอยต่อของเนื้อเยื่อแต่ละแห่ง สัดส่วนของเสียงที่สะท้อนกลับจะถูกกำหนดโดยความแตกต่างของความต้านทานเสียงระหว่างเนื้อเยื่อทั้งสอง: ความไม่เข้ากันเล็กน้อย (เช่นภายในเนื้อเยื่ออ่อน) จะสร้างคลื่นสะท้อนที่อ่อน ซึ่งทำให้เกิดลักษณะเฉพาะของอวัยวะ ในขณะที่ความไม่เข้ากันขนาดใหญ่ (เนื้อเยื่ออ่อนกับกระดูกหรือกับแก๊ส) จะสะท้อนเสียงเกือบทั้งหมด ทำให้เกิดรอยต่อที่สว่างและการเกิดเงาของโครงสร้างที่อยู่ถัดไป ของเหลวบริสุทธิ์ไม่มีรอยต่อที่สะท้อนเสียงและปรากฏเป็นอะเนคโคอิก สารเพิ่มความคมชัดชนิดไมโครบับเบิลที่บรรจุแก๊สจะสร้างความไม่เข้ากันของความต้านทานเสียงที่สูงมากภายในเลือดและสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงในบริเวณเสียง ซึ่งช่วยเพิ่มสัญญาณที่สะท้อนกลับจากเนื้อเยื่อที่มีการไหลเวียนโลหิตอย่างมาก ดังที่ Cosgrove ได้ทบทวนไว้

Clinical relevance

รูปแบบค่าการสะท้อนของคลื่นเสียงช่วยให้อัลตราซาวด์สามารถแยกแยะของเหลว เนื้อเยื่อแข็ง หินปูน และแก๊ส ซึ่งเป็นพื้นฐานในการตีความกายวิภาคศาสตร์ทางอัลตราซาวด์ ข้อมูลนี้อธิบายถึงต้นกำเนิดทางกายภาพของภาพอัลตราซาวด์และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับเกณฑ์การวินิจฉัยหรือการให้สารเพิ่มความคมชัดในผู้ป่วยแต่ละราย

Evidence & guidelines

หลักการของความต้านทาน การสะท้อน และค่าการสะท้อนของคลื่นเสียงเป็นฟิสิกส์การสร้างภาพมาตรฐาน ซึ่งนำเสนอในตำราเช่น Bushberg และคณะ และ Kremkau พฤติกรรมและการใช้สารเพิ่มความคมชัดชนิดไมโครบับเบิลสรุปไว้ในการทบทวน เช่น Cosgrove

History

อัลตราซาวด์เพื่อการวินิจฉัยพัฒนาขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 จากเทคนิคพัลส์-เอคโค่ โดยความสว่างของภาพเชื่อมโยงกับการสะท้อนของเสียงที่รอยต่อของความต้านทานตั้งแต่แรกเริ่ม สารเพิ่มความคมชัดชนิดไมโครบับเบิลที่บรรจุแก๊ส ซึ่งใช้ประโยชน์จากความไม่เข้ากันของความต้านทานเสียงที่สูงมากภายในกระแสเลือด ได้รับการพัฒนาในภายหลังและอธิบายไว้ในการทบทวนเฉพาะทาง เช่น Cosgrove (2006)

Seminal works

• cosgrove-2006

Frequently asked questions

ทำไมของเหลวถึงปรากฏเป็นสีดำ (อะเนคโคอิก) บนอัลตราซาวด์?

ของเหลวที่เป็นเนื้อเดียวกันไม่มีรอยต่อภายในที่มีความต้านทานเสียงต่างกัน ดังนั้นจึงแทบไม่มีเสียงสะท้อนกลับมา และบริเวณนั้นจะส่งคลื่นสะท้อนกลับมาน้อยมากหรือไม่เลย

ทำไมอัลตราซาวด์ถึงมองผ่านกระดูกหรือแก๊สได้ไม่ดี?

ความไม่เข้ากันของความต้านทานระหว่างเนื้อเยื่ออ่อนกับกระดูกหรือแก๊สมีมากจนเกือบทั้งหมดของเสียงสะท้อนกลับที่รอยต่อ ทำให้มีพลังงานเหลือน้อยมากที่จะสร้างภาพโครงสร้างที่อยู่ถัดไปและเกิดเงาเสียง

สารเพิ่มความคมชัดชนิดไมโครบับเบิลทำให้เลือดมองเห็นได้ชัดเจนขึ้นได้อย่างไร?

แก๊สในไมโครบับเบิลมีความต้านทานเสียงที่แตกต่างจากเลือดมาก และฟองอากาศจะสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงในบริเวณอัลตราซาวด์ ดังนั้นจึงส่งคลื่นสะท้อนกลับจากกระแสเลือดได้แรงกว่าเลือดเพียงอย่างเดียวมาก