تبلیغات

لینک باکس تبلیغاتی

تبلیغات

تبلیغات

كاليبراسيون دستگاه سونوگرافي

دسته بندی: تجهیزات پزشکی،
1140 بازدید

كاليبراسيون دستگاه سونوگرافی
نویسندگان: سينا صادقي - دكتر بهزاد يثربي - وحيد اصل زارع

كاليبراسيون در واقع ايجاد نظامي موثر به منظور كنترل صحت و دقت پارامترهاي مترولوژيك دستگاه‌هاي آزمون و وسايل اندازه‌گيري و كليه تجهيزاتي است كه عملكرد آن‌ها بر كيفيت فرايند تاثير گذار است و به منظور اطمينان از تطابق اندازه گيري‌هاي انجام شده با استاندارد‌هاي جهاني مورد استفاده قرار مي‌گيرد.  اگر چه كاليبراسيون تعاريف متعددي دارد اما در يك نگاه كلي مي‌توان كاليبراسيون را مقايسه‌ يك دستگاه اندازه‌گيري، تشخيصي يا درماني با يك استاندارد و تعيين ميزان خطاي اين وسيله نسبت به آن مربوط دانست.


مـهــم‌تـريـن اهـداف كاليبراسيون

‌كــاهـش هـزينـه تعميـرات اتفـاقـي بـه دليـل نظارت بر عملكرد دستگاه
‌افـزايـش عـمـر تـجـهيزات پزشكي به دليل كـاهـش مـراجـعـات و بـررسي عملكرد دستگاه توسط متخصصان
‌كاهش مصرف مواد ، قطعات و ملزومات مصرفي
‌جـلـوگـيـري از مـراجعات متعدد به مراكز درمـانـي بـراي اطـمـينان از صحت آزمايشات و تشخيص‌ها 
به خطراتي كه در صورت عدم كاليبره بودن دستگاه  سونوگرافي مي تواند ايجاد شود:
‌نادرستي در تشخيص  (‌مثلا وجود تومور يا جنين)
‌نادرستي در اعلام اندازه اشياء  (‌مثل سن جنين يا اندازه تومور )
‌تجويز نادرست دارو  (‌به دنبال تشخيص نادرست)‌ و غيره


كيفيت كار دستگاه

 حساسيت سيستم و محدوده ديناميكي
  Resolution يـــا تــفــكــيـــك از نـظــر مـيــزان كنتراست
 تفكيك جزئيات
 منطقه مرده (dead zone)
 عملكرد جبراني swept gain
 دقت محدوده ( عمق يا فاصله) 
ماوراء صوت، شبيه صداي معمولي است  فقط به علت فركانس بالاتر  در محدوده شنوائي ما قرار نمي‌گيرد.  صدا يك موج است. انتشار صوت و حركت آن به  متغيرهاي موجود مانند فشار، حرارت، دانسيته و حركت ذرات تشكيل دهنده ماده بستگي دارد  كه  بنام متغيرهاي آكوستيكي ناميده مي‌شود و با عبور امواج صوتي افزايش و يا كاهش مي‌يابند.   صوت،  يك موج متراكم مكانيكي است از حركت رو به جلو  و عقب ذرات .


Attenuation

در طي حركت صوت به سوي هدف، amplitudeو شدت به تدريج كاهش مي يابد كه اصطلاحا  Attenuation(ميرائي) نام دارد و حاصل مجموعه ويژگي‌هايي از جذب (تبديل انرژي صوتي به حرارت)، انعكاس و پراكندگي است.  جذب مهم ترين عامل در بافت نرم است كه با افزايش مسافت افزايش مي‌يابد.  ميزان Attenuation در بافت نرم بر اساس dB*cm حدود نصف فركانس بر حسب  MHz  است.   پس براي محاسبه آن ، كافيست  2‌/1 فركانس بر حسب MHz را در طول مسير برحسب سانتي متر ضرب مي‌كنيم تا مقدار Attenuation برحسب دسي بل به‌دست آيد. 

يك نتيجه عملي اين بحث اين است كه عمق بافت مورد نظر براي كسب تصوير يا اطـلاعـات حـاصـل از سـونـوگـرافي سياه و سفيد و داپلر، نامحدود نيست و به ميزان attenuation بستگي دارد  ضمن اينكه هر چه فركانس امواج صوتي بيشتر باشد ،عمق قابل نفوذ كاهش خواهد يافت.

 

Reflection

قابليت اولتراسوند در تصوير برداري، اساسا حامل انعكاس يا پراكنندگي آن در سطح و حد فاصل‌هاي بين بافت‌ها وارگان‌ها و نيز پراكندگي آن در ميان بافت‌هاي ناهمگن يا هتروژن است.  يك پالس صوتي پس از رسيدن به يك حد فاصل بافتي، ممكن است از آن عبور كند يا منعكس شود و يا هر دو اتفاق براي آن بيفتد.  شدت امواج عبور كرده و يا منعكس شده  بستگي به شدت اوليه صوت در هنگام برخورد به حد فاصل و نيز بستگي به امپدانس بافت مورد نظر دارد.
 

Refraction

به مفهوم تغيير جهت صوت در هنگام عبور از يك مرز است (يعني زاويه عبور با زاويه برخورد ، يكسان نيست. ) هرگاه سرعت انتشار در محيط دوم  (2)C از محيط اول  (1)C پيشتر باشد زاويه عبور هم از زاويه برخورد بيشتر خواهد بود . هرگاه سرعت انتشار در هر دو محيط يكسان باشد، زاويه عبور و برخورد يكسان بوده و در واقع رفراكشن رخ نمي دهد. 
[ ((سرعت انتشار در محيط اول )/ (سرعت انتشار در محيط دوم *  زاويه برخورد =زاويه عبور( درجه):

سيستـم‌هـاي تصـويـر بـرداري، ولتـاژهـاي الكتـريكـي را (كـه خـود، نشـانه الكوهاي بازگشتي از بافت‌هاست) به تصوير تبديل مي‌ كنند.  شروع كار با بخش توليد كننده پالس يا پالسي است كه پالس‌هاي الكتريكي توليد مي كنند و باعث ايجاد امواج صوتي از ترانسديوسر مي شوند.  ولتاژ الكتريكي حاصل از رسيدن اكو به ترانسديوسر، به گيرنده فرستاده مي‌شود تا پردازش شود. 
 Amplification(تقويت) افزايش ولتاژ در حد مناسب براي پردازش و ذخيره است.  آمپلي فايرهاي ‌سيستم گيرنده، معمولا  gain يا بهره اي در حد 60 تا 100 دسي بل دارند. (T. G. C) در واقع جبران عمق است، به اين مفهوم كه تفاوت آمپلي تود بازتاب‌هاي دريافتي، ناشي از تفاوت عمق سطوح مختلف بازتاب دهنده را ، جبران و همسو مي‌كند.  در حالت عادي، عمق متفاوت سطوح  بافت‌هاي مختلف، نسبت به ترانسديوسر باعث آمپلي تودهاي مختلف در الگوهاي بازگشتي است.  زيرا ميزان Amplification به طول مسيرپالس بستگي دارد.


انواع نويز‌هاي دستگاه( 3و4)


نويز حرارتي: كه در قسمت‌هاي مقاومتي مدار گيرنده توليد مي‌شود و  ‌منبع ولتاژ نويزي برابر است با:


كه  KB ثابت بولتزمن و برابر  است. T مقدار حرارت ( بر حسب درجه كلوين) و 0Z مشخصه ي امپدانسي سيستم  است. 


 نويز نسبي شدت (relative intensity noise RIN) : نويزي است كه در ديتكتور به‌دليل تطابق (modulated) مستقيم نسبي شدت اشعه انجام مي‌شودكه جريان نويزي به چگالي طيفي زير دارد:.
كه  RIN نويز نسبي شدت اشعه بوده و ID جريان تصوير برداري ( DC (photocurrent است.  


 نويز تصوير برداري (shot) ديتكتور (photo detector): كه توسط حركت امواج حامل نور تحريك شده القا مي‌شود و فوتون‌هاي متلاقي به عنوان ذره، يك جريان نويزي به چگالي طيفي زير دارد: 


روش‌هاي متداول كاليبراسيون(1و2و5و6)

 روش دستي هيدروفون (object test): به اين صورت است كه درون ظرفي را از آب پر مي‌كنيم و جسمي  با ابعاد مشخص درون ظرف پر از آب قرار مي‌دهيم.  آنگاه پروب دستگاه را درون ظرف برده و جسم را ديتكت (detect) كرده و عكس آنرا ثابت (freeze) مي‌كنيم و اندازه جسم را پس از رويت در مانيتور محاسبه كرده و با اندازه‌هاي واقعي مقايسه مي‌كنيم.  طبعا اگر اندازه‌هاي مشخص شده از تصوير  برابر با اندازه‌هاي واقعي جسم  باشد، دستگاه كاليبره است.


 هيدروفون 
تمام معيارهاي كاليبراسيون ( مذكور در بخش 2)‌ را مي توان با ابزار آزمايش 100 ميلي مـتــري مــوسـســه اولـتــراسـونـد پـزشكـي آمـريكـا (AIUM) (شـكـل4. 2-1 ) انـدازه گيري نمود.  اين وسـيـلــه، مـجـمــوعــه‌اي اســت از اسـتــوانــه‌هـاي فولادي به قطر 75/0 ميلي متر كه به روش خاص، بين دو صفحه شفاف پلاستيكي چيده   شده اند و دو ضـلـــع ديـگـــر آن‌را ورقــه‌هــاي پــلاسـتـيـكــي اكــــريـلـيـــك تـشـكـيـــل مـــي دهـــد كـــه مـــي تـــوان ترانسديوسر را با رابطه ماده‌اي اتصال دهنده  در آن‌ها قرار داد.  كل اين محفظه با مخلوط الكل- آب كه يك ماده مهار كننده است  پر شده است، سرعت صوت در آن در دماي اتاق، برابر سرعت صوت در بافت‌ها (54/1 ميلي متر در ميكروثانيه) است و هـر  5‌درجه تفاوت دما، تنها %1 به اين سرعت اضـافـه يـا كـم مـي‌كـند. شكل 1 نمونه‌اي پيش ساخته و موجود در بازار را نشان مي‌دهد.  

جـهـت نـتـايـج ثـابـت در انـدازه‌گيري قدرت تـفـكيك محوري و جانبي و dead zone، حتي درصــورت ثــابــت بــودن نــوع تــرانـسـديـوسـر و تـجهيـزات تشخيصـي، بـايـد شـرايـط كنتـرل هـم ثابت باشد ترجيحا حساسيت نسبي سيستم را ابتدا اندازه گيري كرده و سپس  سطح حساسيت را به مقدار معيني مي‌افزاييم تا ساير آزمايشات را انجام دهيم. 

حساسيت نسبي، سنجش ضعيف ترين حدي از بازتاب است كه توسط دستگاه قابل دريــافــت و نـمــايـش بـاشـد.  روش ايـن محـاسبـه، پيـدا كـردن بهـره (gain) يـا تضعيـف (attenuation) بـدون جـبـران (compensation) دستگاه در حد لازم براي نمايش يك استوانهِ مشخص در ابزار آزمايش است كه معمولا از بالاترين استوانه در گروه a يا استوانه تحتاني در گروه c استفاده مي‌شود ( شكل 2) ساير محاسبات   با اضافه كردن 10‌ دسي بل به ميزان حساسيت لازم براي نمايش استوانه  انجام مي‌شود.  منظور از نمايش اسـتوانه در بحث فوق ، تصويري است كه فقط آن‌قدر واضح باشد كه بتوان وجود استوانه را در آن تشخيص داد نه اينكه دنبال يك تصوير كاملا واضح و با كيفيت بالا باشيم. 

تفكيك محوري با استوانه هاي گروه a سنجيده مي شود.  ترانسدوسر را بر ضلع A،روي استوانه ها  قرار مي دهيم.  فاصلهِ نزديك‌ترين استوانه هايي كه قابل تشخيص از يكديگر به صورت جداگانه باشند، ميزان تفكيك محوري دستگاه است  ( شكل3) كه معمولا بهترين تفكيك قابل حصول دستگاه نخواهد بود اما براي مقايسه‌هاي بعدي و كنترل كيفيت دستگاه ، مفيد است. 
تفكيك جانبي با گروه b سنجيده مي‌شود. ترانسديوسر را در كنار ضلع B قرار مي‌دهيم و فاصله نزديك‌ترين استوانه هايي كه قابل تشخيص از يكديگر به صورت جداگانه باشند، همان تفكيك جانبي است.  تفكيك جانبي در محدودهِ 1 تا 11 سانتي متر را مي توان با اندازه گيري قطر خطي كه در تصوير، معادل هر استوانه در گروه c است هم تعيين كرد (به اين منظور، ترانسديوسر را در ضلع A قرار مي‌دهيم. )
منطقه مرده يا dead zone، نزديك‌ترين فاصله از ترانسديوسر است كه در صورت كاهش فاصله از آن حد، ديگر تصويري تشكيل نشود.  اين فاصله را با استوانه‌هاي گروه d، با قرار دادن ترانسديوسر در ضلع A  اندازه گيري مي‌كنند كه فاصله ترانسديوسر با اولين استوانه اي كه در تصوير قابل ديدن است ، همان منطقهِ مرده خواهد بود.  
دقت محدوده يا range accuracy با گروه c سنجيده مي‌ شود.  استوانه‌ها بايد در فاصله  1 و3 و5 و9 و11 سانتي متر حداكثر 2 ميلي متر خطا داشته باشد و فاصله بين استوانه‌هاي واقع در1 و11 سانتي متري، با كاليپرها (نقاطي كه به عنوان مبدا يا انتهاي يك اندازه گيري بر روي صفحه نمايش سونوگرافي به كار مي روند) ثبت و سپس با نقطه چيني موازي استوانه‌هاي گروه استوانه‌هاي  1‌و  11‌سانتي متري (كه در واقعيت  يعني در ابـزار آزمـايـش، دقـيـقـا  10‌سـانـتـي مـتر فاصله دارند) تفاوت داشت، نشان مي‌دهد كه درجه‌بندي كنار تصوير دستگاه در محورهاي افقي و عمودي، يكسان نيست. 
عـمـلـكــرد جـبــرانــي نـيــز بـا گـروه c سنجيـده مي‌شود.  ترانسديوسر را درضلع A قرار داده ابتدا بـدون جـبـران تـنـظـيم بهره (gain) يا attenuator لازم بـراي نـمـايـش هـر اسـتـوانه در سطح رنگ (درجه خاكستري) معين، ثبت مي‌شود. سپس جـبـران شـروع و تـفـاوت ايـجـاد  شده در ميزان تـيـرگـي يـا درجـه خـاكـستري بودن هر استوانه، برحسب فاصله، تعيين مي‌شود. 
مـحدوده ديناميكي درجه بندي خاكستري، اختلاف بين بهره يا تنظيم (dB( attenuator است كـه :‌1-  حداقل وضوح تصويري و 2- حداكثر روشني براي يك بازتاب را ايجاد كند .  در اين آزمـايـش كـيـفـيـت كـار دستگاه يا با فانتوم هاي مشابه بافت است، يعني مواد و ساختارهايي با خواص مشابه بافت‌هاي بدن (كه همان ميزان بازتاب و يا تضعيف صوت را ايجاد كنند) است و يا با Test object كه قبلا بحث شده است.  ضمناً ابـزارهـايي با ويژگي‌هاي هر دو نوع (مثلا يك ابزار AIUMكه به جاي مايع  مذكور، با مواد مشابه بـافت بدن پر شده باشد) نيز عرضه شده است (شـكـل 4) حـسـاسـيـت ، يـكـنـواخـتـي و تـفكيك مـحوري (با علامت اختصاري )SUAR در يك ابزار آزمايشي به همين نام هم قابل بررسي است كه نمونه آن را در شكل4‌ مي‌بينيد . 
ابزار AIUM كه يك test  object است يكي از ويژگي هاي آن اندازه گيري يا پارامترهاي پرتو اسـت. يـعـنـي قطر آن را هم مورد سنجش قرار مـي‌دهـد كـه بـرابـر با (لترال رزولوشن) تفكيك جـانـبـي اسـت .  الـبـتـه در فـاصـله بين ضلع B تا استوانه‌هاي گروهb در شكل2 استفاده از گروه c چنين محدوديتي را ندارد و در عوض، تفكيك جـــانــبــي آن دچــار مـقــداري تـغـيـيــر (distortion) ‌مي‌شود (به‌علت سايه استوانه هاي موضعي بر روي استوانه‌هاي تحتاني). 

پروفايلرهاي صوتي پرتو، ابزارهايي هستند كه اطلاعاتي كميتي راجع به آمپلي تود بازتاب سه بعدي فراهم مي كنند.  اين كار با استوانه‌ هايي در فــواصــل مـخـتـلــف از تــرانـســديــوسـر انـجـام مي‌شود( شكل5.)  
ترانسديوسر را در عرض محفظه حركت داده و پـالـس ارسـال مـي كننـد و بـازتـاب هـر يـك از اسـتــوانــه‌هـا را در بـافـت و آمـپـلـي تـود ولـتـاژ را اندازه‌گيري مي كنند. با عبور صوت از روي هر استوانه، آمپلي تود بازتاب، افزايش يافته  و پس از رسـيــدن بـه حـداكثـر، دوبـاره كـم مـي شـود و بـا رسيدن به استوانهِ بعدي (كه در فاصله بيشتري قرار دارد) دوباره بازتاب رخ مي دهد تا سرانجام تمام استوانه‌ها اسكن شوند . نتيجه اين روند، رسم پروفايل يا طرح جانبي پرتوي اولتراسوند اسـت كـه الـبـتـه، معرف آمپلي تود آكوستيك يا شدت صوت در فواصل مختلف از ترانسديوسر نــيــســـت. بــلــكـــه در واقـــع، طـــرح آمــپــلـــي تــود بازتاب‌هاي رسيده به ترانسديوسر است و  در حـقـيـقت ، پروفايل بازتاب است نه پرتو و   به هرحال براي مقايسه ترانسديوسرهاي مختلف، ارزشمند است. 
هيدروفون‌ها نيز با اندازه گيري توزيع فشار و شــدت در عــرض پــرتـو، مـي تـوانـنـد بـه عـنـوان پروفايلر پرتو استفاده شوند. 
پـــالـــس حـــاصـــل از تـــرانـســـديوســـر ، حــاوي مجمـوعـه‌اي از فـركانس‌ها ، موسوم به عرض پـرتـو يـا bandwidth اسـت كـه تصوير اين طيف فــركــانــس‌هــا اغـلــب در بــرگــه ي مـشـخـصـات تـرانـسـديوسـر، قـابـل مـشـاهده است. اين طيف، طرحي از آمپلي تود هر فركانس است و توسط دريـافـت پـالـس از راه هـيـدروفـون و يـا با همان ترانسديوسر ارسال كننده پالس كه بازتاب آن از يك استوانه، كره يا صفحه را دريافت مي‌كند، ترسيم   مي‌شود.  پالس الكتريكي هيدروفون با ترانسديوسر به يك تحليلگر طيف ارسال شده و بـه فـركـانـس‌هاي تشكيل دهنده‌اش ، تجزيه و نمايش داده مي‌شود. 
ابــزارهــاي مـتـعــددي قــادر بــه انــدازه گـيــري خـروجـي آكـوستيك دستگاه‌هاي سونوگرافي هستند كه تنها يكي از آن‌ها، يعني هيدروفون در اين جا مورد بحث قرار مي‌گيرد.  هيدروفون يك المان ترانسديوسر با اندازه كوچك (قطر حداكثر  1‌ميلي متر) است كه بر انتهاي يك لوله باريك يا سوزن توخالي سوار شده است (شكل6) و با توجه به اندازهِ كوچك، قادر است صوت را تقريبا از تمام جهات دريافت كند، بدون آنكه حضور خود آن   باعث تغيير ويژگي‌هاي صوت شود.  در پاسخ به فشار متغير صوت   ولتاژي متغير از اين المان ايجاد و بر روي اوسيلوسكوپ نمايش داده مي‌شود تا تصوير توليد و براساس آن، فركانس، duty factor و   PRF محاسبه شود. اگر كاليبراسيون هيدروفون (ارتباط بين ولتاژ حاصله و فشار اعمال شده) مشخص باشد ، آمپلي‌ تود  فشار هم قابل محاسبه خواهد بود. با اطلاع از سرعت انتشار صوت، طول موج و طول پالس‌هاي فضايي نيز قابل تعيين است و اگر امپدانس را بدانيم، اندازه گيري شدت امكان پذير خواهد شد.  هيدروفون هاي مختلفي در بازار وجود دارد كه  قيمت چنداني نداشته و كاربرد آن‌ها نيز ساده است. انواع جديدتر آن‌ها ،داراي لايه‌اي نازك از ماده پلي و نيل دن فلوارين (PVDE) است.


مرجع:
1)ماهنامه مهندسي پزشكي شماره‌هاي 65 و 108
2)مباني اساسي در سونوگرافي داپلر- ترجمه پروين علي پور- چاپ  1381‌- انتشارات بشري
3)مقدمه‌اي بر مباني سيستم‌هاي تصوير برداري پزشكي- تاليف دكتر  فرزان قاليچي،دكتر سهراب بهينا و مهدي قاسمي- چاپ 1386- تبريز - دانشگاه صنعتي سهند
]http://www. wikipedia. com4[
]http://www. dezmed. Com5[
[6]Acousto,optic, point receiver hydrophone probe for operation up to 100 MHz , By P. A.  Lewin et al.  / Ultrasonics 43 (2005) 815-821 - www.  Sciencedirect. com

منبع:
       مجله مهندسی پزشکی و آزمایشگاهی


حمایت از سایت

هدف از راه اندازی این سایت بالا بردن سطح آگاهی و اطلاعات علمی و عمومی و همچنین ارائه مطالب جامع و کامل در تمامی زمینه های علمی، پزشکی، نجوم و ... به شما عزیزان می باشد. از آنجایی که اداره و پایداری سایت ملزم به پرداخت هزینه می باشد بنابراین احتیاج به پشتیبانی و حمایت شما داریم. در صورت تمایل از "اینجا" به تلسمیک کمک کنید.
با تشکر فراوان - مدیریت پایگاه علمی فرهنگی تلسمیک

تبلیغات

تبلیغات

دیدن این مطالب نیز به شما توصیه می شود:

درباره این مطلب (0) نظر ارسال شده است. شما هم نظری ارسال کنید:
نام شما:
رايانامه*:
تارنما:
کد تاييد*:
ارسال نظر به صورت خصوصي - نظرات خصوصي نمايش داده نخواهند شد.

به چند نکته در ارسال نظر توجه کنيد:
لطفاً نظرات غير مرتبط با اين مطلب را اينجا ارسال نکنيد.
رايانامه شما منتشر نخواهد شد.
برای مشاهده تارنما نظردهنده روی نام کلیک کنید.
نظرات شما پس از تاييد مديريت نمايش داده خواهد شد.

تبلیغات