MAKALAH SISTEM INSTRUMENTASI MEDIS MEDICAL ULTRASOUND
ECHOCARDIOGRAPHY
KELOMPOK V: 1. 2. 3. 4. 5.
Erlinda Metta Dewi Ova Oktavia Osmalina N. R. Widia Aulia Astrini Estiningtiyas S. M.
080917004 080917011 080917018 0809170 0809170
PRODI TEKNOBIOMEDIK – DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS SAINS & TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA SURABAYA 2011
PENDAHULUAN
Penyakit-penyakit kardiovaskular saat ini menduduki peringkat tertinggi penyebab kematian, baik di negara-negara berkembang hingga negara-negara maju sekalipun. WHO menyebutkan rasio penderita gagal jantung di dunia mencapai satu sampai lima orang tiap 1000 penduduk. Penyakit jantung ini umumnya disebabkan oleh tiga faktor, yaitu kelainan jantung bawaan, gangguan pada fungsi kerja katup jantung, dan terganggunya pembuluh koroner yang berfungsi mengalirkan darah ke seluruh tubuh. Gaya hidup yang tidak sehat seperti kebiasaan merokok, stress, kurang olahraga, diabetes, obesitas, dan hipertensi juga turut memicu penyakit jantung. Gejala spesifik dari penyakit jantung ini yaitu nyeri di daerah dada dan sekitarnya, sesak nafas, denyut jantung yang cepat, terkadang pusing sampai pingsan. Penyakit atau gangguan jantung dapat dideteksi melalui pemeriksaan dokter. Alat penunjang untuk membantu dokter dalam hal pemeriksaan jantung pasien juga telah banyak sekali berkembang. Selain dengan pemeriksaan fisik, salah satu pemeriksaan yang juga sering digunakan adalah dengan teknik pencitraan atau radiologi karena dapat menyajikan gambaran yang baik dan membantu dalam menegakkan diagnosis. Pemeriksaan radiologi jantung dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai alat seperti Chest X-Ray, Echocardiography, Nuclear Medicine, Computed Tomography (CT), Magnetic Resonance Imaging (MRI), dan Cardiac Arteriography. Echocardiography, atau sering juga disebut test gema, adalah suatu alat yang digunakan untuk mengambil gambar dari jantung dengan menggunakan gelombang suara (ultrasound). Echocardiography digunakan untuk mengamati struktur, fungsi, dan aliran darah pada jantung tanpa penggunaan sinar-x. Echocardiography dilakukan dengan menggunakan
suatu echo-transducer untuk memancarkan gelombang suara ke dada
(abdomen). Gelombang suara akan menembus badan dan gema yang dihasilkan akan ditafsirkan dalam bentuk gambar (citra) oleh suatu sistem yang terkomputerisasi. Echocardiography dapat digunakan untuk mendeteksi cacat jantung dan untuk melihat seberapa baik fungsi jantung.
LANDASAN TEORI 1. Pengertian Echocardiography Echocardiography merupakan
pemeriksaan
jantung
dengan
menggunakan
ultrasound (gelombang suara) frekuensi 2-6 MHz. Nama lain echocardiography adalah USG jantung atau test gema. Echocardiography adalah suatu alat yang dapat mengambil
gambar (citra) dari jantung dengan menggunakan gelombang suara, sehingga untuk menguji struktur, fungsi, dan aliran darah jantung tidak perlu menggunakan sinar-x. Echocardiography dilakukan dengan penggunaan suatu tongkat plastik yang lembut (echotransducer) untuk memancarkan gelombang suara ke abdomen.
Gambar 1. Gambaran proses echocardiography.
Gambar 2. Alat echocardiography. Pemeriksaan echocardiography juga dapat melihat fungsi ventrikel, kelainan jantung kongenital, kelainan katup jantung, kardiomiopati, adanya tumor, dan gangguan pada aorta proksimal. Karena echocardiography mampu menghasilkan gambar dengan inherensi (jumlah potongan) yang tinggi, maka alat ini dapat digunakan untuk melihat pergerakan struktur pada jantung. Echocardiography dengan kombinasi Doppler dapat digunakan untuk melihat fungsi ruang-ruang jantung, katup jantung, dan kebocoran jantung (shunt, seperti ASD atau VSD) dalam jantung.
Gambar 3. Echocardiogram. 2. Pemeriksaan Echocardiography. Terdapat empat jenis pemeriksaan menggunakan echocardiography, yaitu: a.
Trans Thoracal Echocardiography (TTE) Merupakan pemeriksaan standar echocardiography, tidak menimbulkan nyeri, tanpa efek radiasi, dan non-invasif. Non-invasif berarti tidak ada operasi yang dilakukan dan tidak ada alat yang dimasukkan ke dalam tubuh pasien, alat hanya diletakkan pada bagian luar tubuh pasien, yaitu tranduser yang diletakkan pada abdomen dengan menggunakan gel. Proses pemeriksaan jantung pada jenis pemeriksaan ini cukup mudah. Tranduser diletakkan di dada pasien dan mengirim gelombang suara ultrasound melalui dinding dada dan jantung pasien. Telinga manusia tidak dapat mendengar gelombang ultrasound sehingga kita tidak merasakan apapun. Gelombang ultrasound tersebut memantul dari struktur jantung dan
kemudian
ditangkap
oleh
penangkap
gelombang
pada
mesin
echocardiography. Gelombang tersebut kemudian dikonversi oleh mesin yang terkomputerisasi menjadi gambar pada layar. Hasil analisa kemudian dapat dilihat yang disebut dengan echocardiogram.
Gambar 4. Pemeriksaan jantung secara Trans Thoracal Echocardiography (TTE). b.
Trans Esophageal Echocardiography (TEE)
Merupakan pemeriksaan jantung yang menggunakan alat transduser yang dimasukkan melalui tenggorokan menuju esophagus (saluran cerna atas yang letaknya dekat dengan jantung), sehingga penampilan bagian-bagian tertentu jantung akan lebih jelas. Jenis pemeriksaan ini dilakukan untuk melihat aorta dan bagian lain dari jantung pasien secara langsung. Dalam pemeriksaan ini, transduser dipasang pada ujung tabung fleksibel. Tabung kemudian dimasukkan ke dalam tenggorokan pasien dan masuk ke kerongkongan, sehingga memungkinkan dokter untuk mendapatkan gambar yang lebih rinci dari jantung pasien.
Gambar 5. Tabung fleksibel yang digunakan saat pemeriksaan Trans Esophageal Echocardiography (TEE).
Gambar 6. Proses pemeriksaan secara Trans Esophageal Echocardiography (TEE). c.
Stress Echocardiography Pemeriksaan ini bertujuan untuk melihat gerakan otot-otot jantung lebih akurat
dengan menggunakan
alat treadmill atau
memasukkan
obat untuk
menstimulasi gerakan otot-otot jantung, untuk membuat jantung pasien bekerja keras dan denyut jantung menjadi lebih cepat. Dokter akan mengambil gambar jantung
pasien
dengan
menggunakan
echocardiography
sebelum
pasien
berolahraga dan segera setelah pasien selesai berolahraga. Beberapa masalah
jantung, seperti penyakit jantung koroner, lebih mudah didiagnosis ketika jantung bekerja keras dan denyut jantungnya lebih cepat.
d.
Gambar 7. Proses pemeriksaan secara Stress Echocardiography. Fetal Echocardiography Fetal Echocardiography juga sering disebut dengan echocardiography janin karena jenis pemeriksaan ini digunakan untuk melihat jantung bayi yang belum lahir. Pemeriksaan ini dapat dilakukan selama kehamilan sekitar 18 - 22 minggu. Untuk pemeriksaan ini, tranduser diletakkan di atas perut ibu hamil.
Gambar 8. Proses pemeriksaan secara Fetal Echocardiography.
Gambar 9. Hasil pemeriksaan secara Fetal Echocardiography. Selama pemeriksaan jantung dengan menggunakan echocardiography, terdapat beberapa prosedur yang harus dilakukan. Selama pemeriksaan, pasien akan diminta untuk melepaskan pakaian dari pinggang ke atas. Tiga elektroda (kecil, datar, patch lengket) akan diletakkan di dada pasien. Elektroda tersebut akan mengirimkan gelombang ultrasound ke monitor. Kemudian pasien diminta untuk berbaring pada sisi kiri ranjang periksa. Tongkat plastik (yang disebut transduser suara-gelombang) akan ditempatkan pada beberapa daerah di abdomen. Pemeriksaan akan berlangsung selama kurang lebih 40 menit. Echocardiography dapat menunjukkan dan memberikan gambaran mengenai: 1. 2. 3. 4. 5.
Ukuran dan bentuk dari jantung. Seberapa baik jantung bekerja secara keseluruhan. Jika suatu bagian dari otot jantung lemah dan tidak bekerja secara tepat. Jika anda mempunyai permasalahan dengan katup (valves) jantung. Jika anda mempunyai suatu gumpalan darah.
Gambar 10. Penggunaan echocardiography secara umum.
3. Fungsi Echocardiography. Echocardiography memiliki beberapa fungsi, yaitu: a. Memberikan gambaran struktural anatomi jantung dan pembuluh besar. b. Berperan dalam diagnosa kelainan jantung bawaan (congenital). c. Mendeteksi kelainan struktur anatomi katup jantung misalnya adanya kekakuan, gangguan pembukaan-penutupan katup, tebal dan geraknya, serta apakah ada perlekatan. d. Membantu dokter dalam menilai kemampuan gerak otot-otot dinding jantung akibat penyempitan pembuluh koroner, pembengkakan otot jantung (dilated cardiomypathy), dan penebalan otot jantung (hiperthrophy cardiomypathy) yang disebabkan hipertensi dan kelainan otot jantung bawaan. e. Melihat massa tumor seperti thrombus, vegetasi atau cairan perikad.
SISTEM KERJA ALAT Echocardiography digunakan secara luas untuk menampilkan bagian dalam dari tubuh manusia terutama serta dapat mendeteksi beberapa penyakit jantung, dengan menggunakan alat ini juga memungkinkan untuk mendeteksi struktur bagian dalam dari jantung. Pergerakan dari struktur tersebut juga dapat direkam dengan resolusi yang baik dibanding dengan teknik diagnosa menggunakan x-ray ataupun angiografik. Hasil keluaran (output) dari alat echocardiograph dapat berupa gambar maupun bentuk suara (audio). Pemeriksaan jantung pada echocardiography dengan menggunakan ultrasound (gelombang suara). Secara umum proses perubahan dari ultrasound hingga mencapai output berupa gambar atau suara dapat dilihat pada diagram blok di bawah ini.
Gambar 11. Blok diagram system ultrasonik. Pada diagram di atas dijelaskan bahwa system ultrasound terdiri dari tiga bagian, yaitu: front end, mid dan back end. Tahap Front end terletak pada probe echocardiograph, terdiri dari 2 macam transducer, yaitu: Transmitter dan Receiver. Contoh rangkaian tramsmitter dan receiver ultrasonic adalah sebagai berikut :
Gambar 12. rangkaian transmitter ultrasonik
Gambar 13. rangkaian receiver ultrasonik. Transmitter berfungsi sebagai pemancar gelombang ultrasonic yang di pantulkan ke tubuh pasien, dalam hal ini bagian dada (jantung). Kemudian setelah dipantulkan, gelombang ultrasonic diterima dan diteruskan ke tahap mid. Tahap mid ini gelombang ultrasonic diproses menjadi bentuk tegangan dan kemudian diteruskan ke bagian Back end. Pada bagian Back end, tegangan keluaran diubah ke bentuk gambar atau suara. Gambar blok diagram secara spesifik dari echocardiography adalah ditunjukkan oleh gambar di bawah ini:
Gambar 14. Blok diagram rangkaian echocardiography. Gambar di atas menunjukkan blok diagram dari echocardiography, beberapa blok merupakan rangkaian umum pada instrumen pengukuran gema, kecuali untuk penambahan rangkaian
sweep
lambat
dan
pengaturan
modulasi
pencahayaan
CRT. Untuk
echocardiography, transducer ditempatkan di antara ribs ketiga dan keempat pada dinding dada luar dimana tidak ada paru-paru antara kulit dengan jantung. Dari probe ini sinyal ultrasonik intensitas rendah diarahkan pada area jantung dan sinyal gema diperoleh. Posisi probe dimanipulasi untuk memperoleh gema dari area yang diinginkan pada jantung. Echocardiograph Pulsed Doppler tergantung pada penemuan kecepatan aliran darah yang kontras dengan echocardiograph M-mode yang berdasarkan properti anatomi dari jantung, teknik ini digunakan sebagai penyesuaian ke echocardiograph M-mode konvensional dan informasi banyak diperoleh dari komplemen pemeriksaan pulsed Doppler atau dengan melaksanakan prosedur M-mode. Dalam banyak kasus penemuan pulsed Doppler memberikan informasi diagnosa yang berguna dimana penemuan M-mode adalah normal atau sugestif, sistem beroperasi pada prinsip ultrasound yang memantul dan menemukan kecepatan aliran darah dalam volume, yang disebut dengan volume sample. Volume sample secara spesifik dapat dipilih dalam jantung dan pembuluh darah dengan setting kendali kedalaman dan adalah subjek dari berbagai komponen kecepatan
aliran darah, komponen gerak, turbulensi, dan laminar seperti gerakan dinding, gerakan valve. Komponen ini diisolasi dengan filter yang cocok dalam rangkaian dan masingmasing memiliki kualitas audiotonal dan pola spektral yang berhubungan. Jumlah yang meningkat dari pemeriksaan yang rutin dan kemungkinan mengextract data kuantitatif dari echocardiograph telah menimbulkan keperluan pengembangan sistem komputer untuk analisa semi otomatis dari echocardiograph M-mode, program rutin secara umum tertuju pada pengukuran yang dapat dibagi 3 kelompok: 1. dimensi ventricular 2. dimensi aorta dan atrium kiri 3. pengukuran valve mitral Tiap kelompok pengukuran dimulai dengan kalibrasi, sehingga kemungkinan untuk menggunakan rekaman yang berbeda untuk pengukuran struktur dari tiap kelompok sistem perhitungan untuk memproses echocardiogram M-mode, sejumlah program tersedia untuk evaluasi M-mode menggunakan komputer. Selain alat echocardiography itu sendiri proses untuk menampilkan gambar ke dalam suatu layar digunakan juga rangkaian real-time komputer yang berbasis scanner, gambar ranngkaiannya dapat dilihat pada gambar 11 sebagai berikut :
Gambar 15. Bagan prinsip dari real-time computer based scanner. Pada gambar diatas, setiap bagian dari 8 channel dipilih dan dikuatkan oleh penguatnya sendiri dan kemudian diubah ke dalam bentuk digital oleh ADC yang menggunakan range konversi dari 10 ns, setelah itu dari kedelapan channel ditunda dan dijumlahkan dalam sebuah komputer berkecepatan tinggi yang menampilkan perhitungan data secara real-time dikarenakan oleh frekuensi maksimum 7 MHZ dari transducer dan
operasi dari kedelapan channel, frekuensi clock sampai 56 MHZ, seperti operasi cepat yang ditampilkan oleh ECL lebih baik daripada alat TTL. Transducers Alat echocardiography menggunakan transducer yang berfungsi untuk mengubah suatu besaran dalam bentuk lain menjadi besaran lainnya, dalam hal ini berupa pancaran sinyal ultra high frequency menjadi besaran suara dalam bentuk pergerakan yang kemudian ditampilkan dalam bentuk gambar. Transducers high-performance yang secara khusus dirancang untuk menghasilkan efisiensi suara (akustik) yang maksimum, dengan suatu desain lensa low-loss yang memberikan tingkat resolusi yang tinggi dan proses penetrasi sinyal ultra yang lebih besar dengan tingkat gangguan yang kecil. Dengan desain yang ekonomis dengan kabel yang ringan sehingga dapat mengurangi kelelahan dan ketegangan dari para pengguna transducer ini (operator). Untuk penggunaan echo-transducer ini, terdiri dari bermacammacam transducer, diantaranya yaitu: 1. Teknologi PureWave kristal. Struktur Piezocrystal mempunyai kelebihan dalam hal proses penerimaan sinyal akustik (suara) dibanding dengan PZT keramik yang bersifat tradisional. 2. S5-1 transducer. S5-1 transducer dalam penggunaannya menggunakan luas bidang dari dua high-performance yang digunakan pada transducer konvensional. Kelebihannya dibanding dengan teknologi PureWave kristal adalah transducer ini membentuk image (gambar) 2D dengan tingkat kepekaan warna yang lebih tinggi. 3. xMATRIX transducer. Transducer xMATRIX menggunakan rangkaian micro-beamforming yang didalamnya terintegrasi sampai 3000 jenis rangkaian filter aktif. 4. X3-1 transducer. X3-1 transducer merupakan teknologi xMATRIX yang menggunakan sistem array yang cocok untuk menghasilkan gambar 3D serta xPlane imaging. Dengan lubang bidik kamera yang berukuran kecil sangat sesuai untuk menghasilkan dan meningkatkan tampilan image (gambar) cardiac dari pasien. 5. Teknologi OMNIPLANE TEE. Transducer S7-2 omni trans-esophageal mempunyai cakupan frekuensi sebesar 7 MHZ yang mampu menghasilkan luas bidang yang lebih besar.
Kelebihan dan kekurangan dari pemeriksaan echocardiography Kelebihan dari pemeriksaan jantung dengan menggunakan echocardiography :
a. Pemeriksaan dapat dilakukan setiap saat tanpa persiapan khusus dan pasien hanya berbaring. b. Tidak menimbulkan rasa sakit (non-invasive) maupun efek samping. c. Biaya yang terjangkau. d. Pasien tidak terpapar radiasi. e. Dapat diaplikasikan pada pasien dengan kondisi kritis (bedside usage). f. Hasilnya dapat langsung diketahui. g. Lama pemeriksaan hanya sekitar 20 sampai 40 menit. Kekurangan dari pemeriksaan jantung dengan menggunakan echocardiography adalah : a. Tidak mendeteksi menyempit arteri koroner bila dilakukan pada saat istirahat. b. Terdapat kemungkin tidak akurat dalam pengukuran fungsi pompa jantung (fraksi ejeksi) serta tes lainnya. c. Harus berada dalam pengawasan dokter dan dilakukan oleh dokter-dokter ahli jantung yang handal dibidangya serta perawat yang terampil.
KESIMPULAN
Echocardiograph merupakan alat yang mampu memperlihatkan bentuk structural anatomi jantung dengan menggunakan gelombang pada ultrasonic frekuensi 2-6 MHz. Hasil keluaran (output) dari echocardiogarph dapat berupa gambar maupun suara. Echocardiography paling banyak digunakan oleh para dokter dalam menangani pasien penyakit jantung karena memiliki beberapa kelebihan yaitu diantaranya Pemeriksaan dapat dilakukan setiap saat tanpa persiapan khusus dan pasien hanya berbaring, tidak menimbulkan rasa sakit maupun efek samping, biaya yang terjangkau, dan hasilnya dapat langsung diketahui. Namun, pemeriksaan dengan menggunakan echocardiography juga memiliki kekurangan yaitu Tidak mendeteksi menyempit arteri koroner bila dilakukan pada saat istirahat. Terdapat kemungkin tidak akurat dalam pengukuran fungsi pompa jantung (fraksi
ejeksi) serta tes lainnya, serta harus berada dalam pengawasan dokter dan dilakukan oleh dokter-dokter ahli jantung yang handal dibidangya serta perawat yang terampil.
DAFTAR PUSTAKA Edler I. 2004. The History of Echocardiography. Departemen Kardiologi, Universitas Hospital, Lund, Sweden. Jurnal dokter online. 2008. Doppler Echocardiography. http://www.jdokter.com Krishnamoorthy. 2007. History of Echocardiography and its future applications in medicine. McGraw-Hill
Critical Care Medicine. Volume 35. Issue 8. Science
&
Technology
Encyclopedia:
Echocardiography,
http://www.surgeryencyclopedia.com/Ce-Fi/Echocardiography.html , diakses pada tanggal 17 Desember 2011. Saleh. 2009. Elektronika Kedokteran. http://www.unhas.ac.id diakses pada tanggal 18 Desember 2011. Wikipedia.Echocardiography.
http://en.wikipedia.org/wiki/Echocardiography,
pada tanggal 17 Desember 2011.
diakses
McGraw-Hill
Science
&
Technology
Encyclopedia:
Echocardiography,
http://www.surgeryencyclopedia.com/Ce-Fi/Echocardiography.html , diakses pada tanggal 17 Desember 2011.
