'Melihat' dengan Gelombang Bunyi Ultrasonik, Indra yang Tertukar?

Ultrasonografi atau USG merupakan salah satu teknik pencitraan medis yang telah lama dikenal oleh masyarakat. Teknologi ini didasarkan pada gelombang ultrasonik yang sesungguhnya merupakan gelombang bunyi.

Ilustrasi pemindaian (scanning) menggunakan USG 4 dimensi untuk pasien ibu hamil. (Shutter Stock).

Namun umumnya, masyarakat mengasosiasikan USG hanya terbatas untuk mencitrakan janin dalam kandungan, sebagaimana masyarakat sering mengasosiasikan x-ray hanya sebagai foto rontgen dada.

Aplikasi lain dari USG dalam bidang medis belum terlalu banyak dikenal. Padahal, tahukah Anda? USG adalah salah satu teknik pencitraan yang memiliki banyak keunggulan dibandingkan teknik pencitraan medis lainnya.

Foto x-ray thorax (rontgen dada). (Mikael Häggström, Wikipedia)

Sejarah Ultrasonik

Sebelum mengenal bagaimana USG bekerja dan menghasilkan citra bagian dalam tubuh manusia, saya akan bercerita bagaimana teknologi ini bermula.

Menelisik sejarahnya, teknologi ultrasonik ternyata berasal dari laut, karena lautlah yang mula-mula mengilhami pemanfaatan teknologi ini sebagai indra penglihatan yang menggantikan keterbatasan manusia. Di kedalaman laut, indra penglihatan, penciuman, peraba dan perasa hampir-hampir tak bisa digunakan. Salah satu harapan yang tersisa adalah indra pendengaran.

Gelombang ultrasonik adalah harapan yang tersisa tersebut. USG adalah “indra pendengaran” yang direkayasa menjadi “indra penglihatan“ untuk mengamati berbagai fenomena yang terjadi di kedalaman samudra. Pada masa-masa awal pengembangannya, dikenal lah teknologi SONAR (Sound Navigation and Ringing) yang memanfaatkan gelombang ultrasonik untuk navigasi atau mendeteksi objek bawah laut.

Aplikasi SONAR dengan memanfaatkan gelombang ultrasonik untuk navigasi dan deteksi objek bawah laut. (NOAA, Wikipedia)

Apa itu Gelombang Ultrasonik?

Seiring dengan berkembangnya teknologi, pemanfaatan USG kemudian lebih banyak kita kenal dalam dunia medis.

Gelombang ultrasonik merupakan gelombang bunyi dengan frekuensi sangat tinggi melebihi ambang batas pendengaran manusia, yaitu di atas 20 kHz (20 ribu getaran per detik) sehingga kita tidak dapat mendengarnya.

Di alam, jenis-jenis hewan tertentu mampu mendengar jenis gelombang ini, di antaranya kelelawar dan lumba-lumba. Kedua hewan ini memanfaatkan gelombang ultrasonik untuk berkomunikasi dan bernavigasi untuk pergerakannya.

Kelelawar yang bernavigasi dengan gelombang ultrasonik. (PD-USGov, Wikipedia)

Bagaimana Gelombang Ultrasonik dapat Menghasilkan Gambar?

Pada sebuah perangkat USG, bagian probe yang dikenakan ke permukaan tubuh kita adalah komponen yang dinamakan transduser. Transduser ini berfungsi untuk mengirimkan gelombang ultrasonik dari sumbernya ke tubuh kita, lalu gelombang tersebut akan mengenai organ/objek di dalam tubuh.

Selanjutnya, pantulan gelombang ultrasonik dari objek tersebut akan diterima kembali oleh transduser untuk diproses lebih lanjut menjadi gambar/citra.

Gelombang pantul dari objek tadi mengandung informasi berupa jarak/kedalaman dari seberapa lama waktu yang diperlukan untuk kembali ke transduser. Semakin cepat pantulannya diterima, artinya letak objeknya lebih dangkal, dan seterusnya.

Informasi lain yang terkandung dalam gelombang pantul ini bisa berupa kepadatan, tekstur, bentuk, atau jenis jaringan dari objek/organ tersebut. Semakin kuat intensitas pantulannya, artinya organ tersebut relatif lebih padat dibandingkan dengan jaringan di sekitarnya, dan sebagainya.

Probe USG yang dikenakan ke permukaan tubuh manusia sebagai pengirim dan penerima gelombang ultrasonik. (Drickey, Wikipedia)

Perangkat/"mesin" USG yang umum digunakan di fasilitas kesehatan. (Drickey, Wikipedia)

Informasi-informasi ini kemudian diterjemahkan oleh perangkat USG sebagai gambar dengan skala keabuan (grayscale) tertentu, atau masyarakat mengenalnya sebagai foto USG “hitam putih”.

Objek-objek yang letaknya lebih dangkal dari permukaan kulit akan berada pada posisi pada gambar yang lebih dekat ke transduser (garis paling atas), dan seterusnya. Objek-objek dengan pantulan yang lebih kuat akan terlihat lebih putih, sebaliknya objek-objek yang lebih lunak atau mengandung lebih banyak cairan akan terlihat lebih gelap (kehitam-hitaman). Gambar “hitam putih” inilah yang kemudian dicetak oleh dokter dan seringkali dikoleksi oleh ibu-ibu hamil sebagai foto janin kesayangan mereka.

Pada perkembangan selanjutnya, gambar USG tidak hanya sebatas gambar “hitam putih” 2 dimensi saja. Informasi dari gelombang pantul tadi diolah lebih lanjut dengan mengikutsertakan informasi-informasi lainnya sehingga dapat diamati secara real time sebagai gambar 3 dimensi.

Gambar/citra USG 2 dimensi janin dalam kandungan ibu, aplikasi teknologi ultrasonik dalam bidang medis. (Wolfgang Moroder, Wikipedia)

Keunggulan Teknologi Ultrasonografi

Meskipun dari segi kualitas gambar, USG masih kalah dibandingkan dengan x-ray, CT-scan, atau MRI, namun teknologi ini memiliki beberapa keunggulan, antara lain tidak ada risiko radiasi/ionisasi, perangkatnya relatif kecil dan portabel, lebih praktis, dan lebih murah. Oleh karena itu, untuk banyak kasus tertentu misalnya untuk pasien ibu hamil, hanya USG yang dapat digunakan karena x-ray, CT-scan, dan MRI memiliki risiko tinggi paparan radiasi terhadap janin.

Dengan berbagai keunggulan ini, apakah USG dapat digunakan untuk aplikasi lain dalam bidang medis selain untuk melihat janin? Jawabannya tentu saja bisa. Lain waktu akan saya ceritakan bagaimana USG dapat dimanfaatkan untuk mendiagnosis paru-paru dari pasien COVID-19.

Referensi

Suprijanto dan Hesty Susanti, Ultrasonografi Medis, Prinsip dan Aplikasi, Penerbit ITB, 2020.