Pemanfaatan gelombang Ultrasonik dalam USG

Seperti yang kita ketahui bahwa dibidang kedokteran, dikenal istilah Ultrasonography (USG). USG merupakan suatu metode diagnostik dengan menggunakan gelombang ultrasonik. Sebelum membahas lebih jauh tentang USG, sebelumnya kita perlu mengetahui definisi darigelombang ultrasonic itu sendiri. Gelombang ultrasonic adalah suara atau getaran dengan frekuensi yang terlalu tinggi untuk bias didengar oleh mausia, yaitu kira-kira diatas 20 kilohertz. Dalam hal in gelombang ultrasonik merupakan gelombang diatas frekuensi suara. Gelombang ultrasonik dapat merambat dalam medium padat, cair dan gas. Reflektifitas dari gelombang ultrasonik ini dipermukaan cairan hampir sama dengan permukaan padat, tetapi pada tekstil dan busa dapat didengar, bersifat langsung dan mudah difokuskan. Kelebihan gelombang ultrsonik yang tidak dapoat didengar, bersifat langsung dan mudah difokuskan. Jarak suatu benda yang memanfaatkan delay gelombang pantul dan gelombang datang seperti padasistem radar dan deteksi gerakan oleh sensor pada robot atau hewan.

Pemahaman mengani sifat fisik gelombang ultrasonik sangat diperlukan di dalam pemeriksaan USG, antara lain :

1.  Untuk mengetahui prinsip kerja, cara pemakaian & cara pemeriksaan alat USG.

2.  Untuk membuat interpretasi gambaran USG & mengenal berbagai gambaran artefak yang ditimbulkan.

3.   Untuk memahami efek biologik & segi keamanan dalam penggunaan alat diagnostik USG yang dewasa ini masih perlu dipantau.

Pada awalnya penemuan alat USG diawali dengan penemuan gelombang ultrasonik kemudian bertahun-tahun setelah itu, tepatnya sekira tahun 1920-an, prinsip kerja gelombang ultrasonik mulai diterapkan dalam bidang kedokteran. Penggunaan ultrasonik dalam bidang kedokteran ini pertama kali diaplikasikan untuk kepentingan terapi bukan untuk mendiagnosis suatu penyakit.

Dalam hal ini yang dimanfaatkan adalah kemampuan gelombang ultrasonik dalam menghancurkan sel-sel atau jaringan “berbahaya” ini kemudian secara luas diterapkan pula untuk penyembuhan penyakit-penyakit lainnya. Misalnya, terapi untuk penderita arthritis, haemorrhoids, asma, thyrotoxicosis, ulcus pepticum (tukak lambung), elephanthiasis (kaki gajah), dan bahkan terapi untuk penderita angina pectoris (nyeri dada). Baru pada awal tahun 1940, gelombang ultrasonik dinilai memungkinkan untuk digunakan sebagai alat mendiagnosis suatu penyakit, bukan lagi hanya untuk terapi. Hal tersebut disimpulkan berkat hasil eksperimen Karl Theodore Dussik, seorang dokter ahli saraf dari Universitas Vienna, Austria. Bersama dengan saudaranya, Freiderich, seorang ahli fisika, berhasil menemukan lokasi sebuah tumor otak dan pembuluh darah pada otak besar dengan mengukur transmisi pantulan gelombang ultrasonik melalui tulang tengkorak. Dengan menggunakan transduser (kombinasi alat pengirim dan penerima data), hasil pemindaian masih berupa gambar dua dimensi yang terdiri dari barisan titik-titik berintensitas rendah. Kemudian George Ludwig, ahli fisika Amerika, menyempurnakan alat temuan Dussik.

Seperti yang kita ketahui bahwa ultrasonography adalah salah satu dari produk teknologi medical imaging yang dikenal sampai saat ini Medical imaging (MI) adalah suatu teknik yang digunakan untuk mencitrakan bagian dalam organ atau suatu jaringan sel (tissue) pada tubuh, tanpa membuat sayatan atau luka (non-invasive). Interaksi antara fenomena fisik tissue dan diikuti dengan teknik pendetektian hasil interaksi itu sendiri untuk diproses dan direkonstruksi menjadi suatu citra (image), menjadi dasar bekerjanya peralatan MI.

Teknologi transduser digital sekira tahun 1990-an memungkinkan sinyal gelombang ultrasonik yang diterima menghasilkan tampilan gambar suatu jaringan tubuh dengan lebih jelas. Penemuan komputer pada pertengahan 1990 jelas sangat membantu teknologi ini. Gelombang ultrasonik akan melalui proses sebagai berikut, pertama, gelombang akan diterima transduser. Kemudian gelombang tersebut diproses sedemikian rupa dalam komputer sehingga bentuk tampilan gambar akan terlihat pada layar monitor. Transduser yang digunakan terdiri dari transduser penghasil gambar dua dimensi atau tiga dimensi. Seperti inilah hingga USG berkembang sedemikian rupa hingga saat ini.

Adapun skema cara kerja dari USG yang memanfaatkan gelombang ultrasonik adalah sebagai berikut.

1. Transducer

Transduser adalah komponen USG yang ditempelkan pada bagian tubuh yang akan diperiksa, seperti dinding perut atau dinding poros usus besar pada pemeriksaan prostat. Di dalam transduser terdapat kristal yang digunakan untuk menangkap pantulan gelombang yang disalurkan oleh transduser. Gelombang yang diterima masih dalam bentuk gelombang akusitik (gelombang pantulan) sehingga fungsi kristal disini adalah untuk mengubah gelombang tersebut menjadi gelombang elektronik yang dapat dibaca oleh komputer sehingga dapat diterjemahkan dalam bentuk gambar.

2. Monitor

Monitor yang digunakan dalam USG

3. Mesin USG

Mesin USG merupakan bagian dari USG dimana fungsinya untuk mengolah data yang diterima dalam bentuk gelombang. Mesin USG adalah CPUnya USG sehingga di dalamnya terdapat komponen-komponen yang sama seperti pada CPU pada PC cara USG merubah gelombang menjadi gambar.

Adapun jenis pemeriksaan USG ada 4 jenis yaitu sebagai berikut

1. USG 2 Dimensi

Menampilkan gambar dua bidang (memanjang dan melintang). Kualitas gambar yang baik sebagian besar keadaan janin dapat ditampilkan.

2. USG 3 Dimensi

Dengan alat USG ini maka ada tambahan 1 bidang gambar lagi yang disebut koronal. Gambar yang tampil mirip seperti aslinya. Permukaan suatu benda (dalam hal ini tubuh janin) dapat dilihat dengan jelas. Begitupun keadaan janin dari posisi yang berbeda. Ini dimungkinkan karena gambarnya dapat diputar (bukan janinnya yang diputar). 

3.USG 4 Dimensi

Sebetulnya USG 4 Dimensi ini hanya istilah untuk USG 3 dimensi yang dapat bergerak (live 3D). Kalau gambar yang diambil dari USG 3 Dimensi statis, sementara pada USG 4 Dimensi, gambar janinnya dapat “bergerak”. Jadi pasien dapat melihat lebih jelas dan membayangkan keadaan janin di dalam rahim.

4. USG Doppler

Pemeriksaan USG yang mengutamakan pengukuran aliran darah terutama aliran tali pusat. Alat ini digunakan untuk menilai keadaan/kesejahteraan janin. Penilaian kesejahteraan janin ini meliputi:

- Gerak napas janin (minimal 2x/10 menit).

- Tonus (gerak janin).

- Indeks cairan ketuban (normalnya 10-20 cm).

- Doppler arteri umbilikalis.

- Reaktivitas denyut jantung janin.

Electrocardiogram (ECG)

Electrocardiogram (ECG) merupakan suatu grafik yang dihasilkan oleh suatu elektrokardiograf. Alat ini merekam aktivitas listrik jantung pada waktu tertentu (saat pemeriksaan). Elektrokardiogram tidak menilai kontraktilitas jantung secara langsung, namun dapat memberikan indikasi menyeluruh atas naik-turunya kontraktilitas jantung.

Gambar 1. Electrocardiogram

Kegunaan/ keuntungan menggunakan ECG antara lain :

• Merupakan standar emas untuk diagnosis aritmia jantung
• ECG memandu tingkatan terapi dan risiko untuk pasien yang dicurigai ada infark otot jantung akut
• ECG digunakan sebagai alat tapis penyakit jantung iskemik selama uji stres jantung
• ECG kadang-kadang berguna untuk mendeteksi penyakit bukan jantung (mis. emboli paru atau hipotermia)
• ECG membantu menemukan gangguan elektrolit (mis. hiperkalemia dan hipokalemia)
• ECG memungkinkan penemuan abnormalitas konduksi (mis. blok cabang berkas kanan dan kiri)

Prinsip Dasar

Electrocardiagraph atau ECG adalah salah satu alat kesehatan yang berfungsi untuk mendeteksi sinyal potensial listrik pada jantung manusia.
Suatu biolistrik yang berasal dari jantung, akan diumpankan ke lead selector yang berfungsi untuk memilih atau menentukan lead yang akan diukur. Setelah memilih lead sinyal akan dikuatkan dan akan di ukur pada pre amplifier berkali-kali sehingga bias menggerakkan galvanometer yang di kopel dengan sebuah stylus. Stylus merupakan hasil outputan akhir.

Gambar 2. Pemasangan Lead ECG

Jumlah Lead ECG disesuaikan dengan merk ECG yang dipakai. Untuk pembacaan dan filter yang digunakan, serta jenis pemeriksaan merupakan kewenangan dokter.

Instrumen Electrocardiogram (ECG) mampu merekam aktivitas potensial elektrik yang dihasilkan oleh jantung. Dari awal penemuannya hingga sekarang, masih ada beberapa prinsip utama yang tetap digunakan oleh instrumen ini. Beberapa diantaranya adalah identitas nama sinyal gelombang, standar penempatan tempat rekaman pada lengan dan kaki, serta teori pemodelan yang menyatakan jantung sebagai kutub yang berubah-ubah terhadap waktu.

Untuk merekam sinyal gelombang ECG, dibutuhkan diferensial rekaman dari titik-titik pengukuran pada permukaan tubuh. Einthoven [2] mendefinisikan beberapa diferensial tersebut sebagai Lead dengan simbol penomoran Romawi. Dengan bantuan kepingan logam sebagai elektroda yang ditempelkan pada permukaan kulit di titik-titik Einthoven, maka terdapat impedansi permukaan kulit yang bersarnya tergantung pada pilihan frekuensi.

Keterangan:
RA = tangan kanan (right arm), LA = tangan kiri (left arm), dan LL = kaki kiri (left leg). Lead I bertugas merekam keadaan jantung dari bahu bagian atas dan saling mempengaruhi dengan Lead yang lain dengan hubungan II = I + III.

Gambar 3. Tiga Lead bipolar yang dikenal dengan segitiga Einthoven
 

Evolusi ECG berlanjut ketika F.N. Wilson [3] menambahkan konsep perekaman ”multikutub”. Pada konsep ini ada titik referensi yang merata-ratakan beda potensial ketiga cabang lainnya. Wilson menyusun tiga Lead cabang terminal dan enam Lead cabang yang ditempatkan pada dada depan untuk membentuk 12 Lead standar ECG.

Gambar 4. Tiga Lead cabang Wilson (V_W) dan enam Lead cabang dada depan (V_i)
(J.D. Bronzino. The Biomedical Engineering Handbook. 2^nd Ed. CRC & IEEE Press. 2000)

Prinsip Pengukuran dan Instrumentasi yang digunakan

Sinyal pengukuran ECG memiliki rentang potensial sekitar 2 mV dan frekuensi 0.05 – 150 Hz. Huruf P, Q, R, S, T, dan U yang dipilih Einthoven sebagai identitas nama gelombang dipakai oleh standar Asosiasi Jantung Amerika (American Heart Association) dan Asosiasi Instrumen Medis tingkat lanjut (Association for the Advancement of Medical Instrumentation). Instrumen modern ECG merupakan sebuah sistem pengukuran yang mengintegrasikan peralatan komputer, 12-16 bit analog-digital (A/D) converter, micro controller, dan processor input-output (I/O). Sistem ECG menghitung matriks-matriks dari 12 sinyal Lead dan menganalisisnya dengan aturan yang baku sehingga tercipta hasil akhir pengukuran.

Irama Normal Pada EKG

Rekaman EKG biasanya dibuat pada kertas yang berjalan dengan kecepatan standard 25mm/ detik dan defleksi 10mm sesua dengan potensial 1mV

Gambaran EKG normal menunjukkan bentuk dasar sebagai berikut :

1. Gelombang P : Gelombang ini pada umumnya berukuran kecil dan merupakan hasil depolarisasi atrium kanan dan kiri.
2. Segmen PR : Segmen ini merupakan garis iso-elektrik yang menghubungkan antara gelombang P dengan Kompleks QRS
3. Kompleks QRS : Kompleks QRS merupakan suatu kelompok gelombang yang merupakan hasil depolarisasi ventrikel kanan dan kiri.Kompleks QRS pada umumnya terdiri dari gelombagn Q yang merupakan gelombang defleksi negatif pertama, gelombang R yang merupakan gelombang defleksi positif  pertama, dan gelombang S yang merupakan gelombang defleksi negatif pertama setelah gelombang R.
4. Segmen ST : Segmen ini merupakan garis iso-elektrik yang menghubungkan kompleks QRS dengan gelombang T
5. Gelombang T : Gelombang T merupakan pontesial repolarisasi dari ventrikel kiri dan kanan
6. Gelombang U : Gelombang in berukuran kecil dan sering tidak ada. Asal gelombang ini masih belum jelas

Gambar 5. Hasil pengukuran ECG

Dalam melaporkan hasil ECG sebaiknya mencakup hal-hal beikut :

1. Frekuensi (heart rate)
2. Irama jantung (Rhyme)
3. Sumbu jantung (Axis)
4. Ada /tidaknya tanda tanda hipertrofi (atrium/ventrikel)
5. Ada/tidaknya tanda tanda kelainan mikard (iskhemi/ injuri/infark)
6. Ada/tidaknya tanda tanda akibat gangguan lain (efek obat obatan, gangguan keseimbangan elektrolit, gangguan fungsi pacu jantung )