Klasifikasi Jantung & Pompa Jantung (Heart Pump)

Penyakit jantung tetap menjadi pembunuh nomor satu dan bahkan endemik di dunia. Hal ini tidak hanya dikarenakan oleh tingginya insiden penyakit jantung itu sendiri, terutama gagal jantung, tetapi juga karena belum maksimalnya medikasi jantung yang dapat menghindarkan terjadinya remodeling sel jantung. 

Proses remodeling terjadi karena kehilangan sel jantung dan vaskulaturnya secara ireversibel baik melalui apoptosis maupun nekrosis. Remodeling inilah yang menjadi akhir dari hampir semua penyakit jantung, yang berefek pada fungsi pompa jantung yang tidak efektif.

Pada kasus infark miokardial, terapi reperfusi masih menjadi pedoman utama dimana diharapkan dapat mengamankan sel jantung dari bahaya iskemia. Akan tetapi, terapi ini menjadi tidak cukup karena proses penyembuhan dari sel jantung baru terjadi dalam beberapa jam hingga hari. Hal inilah yang tidak dapat menghindarkan sel jantung dari proses remodeling dimana kapasitas regenerasi dan proliferasi sel jantung sangat terbatas, sehingga proses pembentukan scar dan fibrosis sulit dicegah.

Penelitian akan farmakoterapi yang efektif masih terus dilakukan. Terapi stem sel saat ini menjadi tren terhangat meskipun pro dan kontra masih terus bermunculan. Namun demikian, ide dasar dari terapi stem sel dianggap para ahli merupakan cara paling efektif untuk mengurangi terjadinya remodeling yang merupakan irreversible end result dari penyakit jantung.

Berdasarkan cara meregenerasikan, terbagi menjadi 2 yakni autologous residents cardiomyocytes dan allogenic cells transplantation. Cara pertama didapat dengan menstimulasi sel jantung sekitar untuk meregenerasi sel jantung yang cedera, sedangkan cara terakhir didapat dengan mengembangkan dan melakukan transplantasi sel dari bagian tubuh yang lain untuk menstimulasi regenerasi sel jantung. Bab ini akan membahas macam-macam cara transplantasi allogenic cells.

a. Stem Sel Embrionik (Embryonic Stem Cell/ESC)

Merupakan pengembangan stem sel yang paling primitif. Didapat dengan cara mengembangkan sel blastocyst manusia pada lima hari pertama setelah fertilisasi. Saat dikembangkan, sel ini mengalami proliferasi dan membentuk agregrasi seperti embrio yang diantaranya dapat berkontraksi secara spontan. Kontraksi ini disebabkan oleh adanya diferensiasi sel baru kardiomiosit karena ekspresi genetik spesifik kardiak seperti cardiac-myosin heavy chain, cardiac troponin I dan T, atrial natriuretic factor, dan cardiac transcription factors GATA-4, Nkx2.5 dan MEF-2.

Kelebihan dari ESC ini adalah sel yang selalu ada dan siap untuk direproduksi serta memiliki fenotip pertumbuhan yang sangat baik, secara in vitro maupun in vivo. Data sementara menyatakan ESC cukup aman diterapkan pada kasus penyakit jantung bawaan, kardiomiopati dan aritmia, akan tetapi penelitian klinis lebih lanjut masih diperlukan untuk mengkonfirmasi keamanan dan efikasinya.

Meskipun demikian ESC masih memiliki beberapa keterbatasan, dimana secara etika maupun legal masih dipertimbangkan bahkan diperdebatkan. Penolakan ESC secara imunologis masih sering terjadi saat dilakukan dengan cara heterologous. Dengan sifat alami berasal dari sel pluripoten, maka pertumbuhan ESC dapat tidak terbatas, sehingga sangat mungkin menjadi penyebab aritmia bahkan tumorigenik (teratoma). Di sisi lain ketersediaan donor juga menjadi satu permasalahan.

b. Stem Sel Mioblast Skeletal Dewasa

Merupakan pengembangan dari sel otot skeletal. Teknik ini dapat dilakukan dengan pengembangan kultur maupun cara autologous, dimana cara ke-2 akan mengurangi risiko terjadinya penolakan secara imunologis.

Pengembangan dengan cara autologous menjadi satu kelebihan dari teknik ini. Selain itu, mioblast sangat mudah dikultur dalam waktu relatif lebih singkat. Sel skeletal memiliki sifat lebih tahan terhadap kejadian iskemik (hingga beberapa jam) bila dibandingkan dengan sel jantung (maksimal 20 menit), sehingga apoptosis menjadi minimal.

Pada sisi lain, meskipun akan beradaptasi, sel otot skeletal tetaplah sel otot skeletal yang memiliki sifat dasar berbeda dari sel jantung. Hal ini menjadi sebuah kelemahan dimana sel mioblast skeletal dewasa bersifat lambat menyalurkan impuls atau bahkan tidak meresponnya sama sekali. Inilah penyebab utama terjadinya aritmia. Stabilitas diferensiasi fenotip jangka panjang juga masih dalam pertanyaan.

c. Stem Sel Sumsum Tulang Dewasa (Adult Bone Marrow-derived Cells Stem Cells/BMCS)

Teknik menggunakan BMCS mengemuka karena kemampuan neovaskularisasi dan angiogenesis yang sangat baik yang dimiliki. Pada mulanya BMCS dikerjakan melalui intervensi bedah. Namun, dengan tingkat mortalitas tinggi serta tingkat keberhasilan yang hanya mencapai 40 persen, pendekatan metode non invasif saat ini lebih disukai.

Penting untuk diketahui dimana sumsum tulang memiliki beberapa jenis stem sel dengan fenotip yang saling mendukung. Stem sel yang dimaksud adalah Endothelial Precursor Cell (EPC), Mesenchymal Stem Cell (MSC), Hematopoeitic Stem Cell (HSC) dan Multipotent Adult Progenitor Cell (MAPC).

Endothelial Precursor Cell berasal dari prekursor hemangioblast pada sumsum tulang. Stem sel ini akan berdiferensiasi menjadi pembuluh darah baru pada area miokard yang membutuhkan,sehingga preservasi sirkulasi daerah tersebut dapat tercapai. Beberapa penelitian juga menyebutkan EPC dapat mengalami transdiferensiasi menjadi kardiomiosit, tetapi fakta ini harus diteliti lebih lanjut lagi.

Mesenchymal Stem Cell memiliki fungsi yang berbeda. Stem sel ini disamping memiliki kemampuan untuk menginduksi self-renewing pada sel jantung yang cedera, juga secara efektif berdiferensiasi menjadi kardiomiosit baru.

Hematopoeitic Stem Cell pada beberapa penelitian diyakini memiliki efek memperbaiki kerusakan miokard infark serta mendorong pertumbuhan baru dari kardiomiosit, sel endotel dan sel otot halus.

Kemudahan dalam mengisolasi dan mengkultur secara in vitro dengan tingkat pertumbuhan yang cepat dan baik menjadi satu keuntungan pemilihan BMSC. Di samping itu, teknik ini dapat dilakukan secara autologous, sehingga meminimalisasi kejadian penolakan secara imunologis. Penggunaan BMSC tidak menimbulkan kontroversi etika dan legal bila dibandingkan dengan penggunaan ESC.

Kelemahan teknik ini adalah keterbatasan data yang mendukung efisiensi dan stabilitas diferensiasi.

d. Stem Sel Jantung Dewasa (Adult Cardic Stem Cells/ACS)

Penemuan stem sel pada penelitian terhadap tikus menjadi dasar ide ACS. Teknik ini diyakini dapat memperbaiki sel jantung dan endotel, bersifat multipoten serta dapat dikultur dengan baik. Saat dikultur in vitro, ACS akan membentuk kardiomiosit yang dapat berkontraksi. Sedangkan penelitian menggunakan oksitosin pada stem sel tersebut juga akan memberikan kontraksi spontan.

Teknik ini dianggap lebih efektif dan menjanjikan dibandingkan dengan teknik BMSC. Pada prinsipnya, mengganti sel jantung yang cedera paling baik menggunakan cikal bakal sel jantung, karena pastinya akan memiliki karakteristik yang sama.

Minimnya penelitian bahkan bukti efektifitas ACS pada manusia masih menjadi kendala. Selama ini penelitianmasih menggunakan media tikus sebagai subjek penelitian, sehingga penelitian lanjut pada manusia sangat diperlukan.

Perkembangan pengetahuan dalam pilihan terapi penyakit jantung sangatlah pesat. Penemuan stem sel sebagai alternatif terapi menjadi penemuan yang paling signifikan di bidang kardiologi saat ini. Hal ini karena stem sel paling menjanjikan untuk mengurangi kejadian remodeling yang merupakan beban akhir dari penyakit jantung.

f. Pengaturan Pompa Jantung

Jantung sebenarnya merupakan 2 pompa yang terpisah :

1.      Jantung bagian kanan yang memompa darah ke paru-paru

2.      Jantung bagian kiri yang memompa darah ke bagian tubuh lainnya

Setiap bagian jantung itu dibagi lagi menjadi 2 rongga :

a)      Atrium, dan

b)      Ventrikel

Darah mengalir terus dalam suatu lingkaran yang disebut system sirkulasi.

Detil jantung yang berfungsi sebagai pompa. Darah yang memasuki atrium dekstra dari vena besar didorong oleh kontraksi atrium dan mengalir melalui katup trikuspidalis untuk masuk ke dalam ventrikel dekstra. Dari ventrikel dekstra darah dipompakan melalui katup pulmonalis ke arteri pulmonalis yang kemudian melalui paru-paru dan terakhir melalui vena pulmonalis masuk kedalam atrium sinistra. Dengan kontraksi atrium sinistra darah didorong melalui katup mitralis ke ventrikel sinistra, dan dari sini dipompa melalui katup aorta untuk memasuki aorta dan dialirka melalui sirkulasi sistemik.

Kedua atrium adalah pompa primer yang memaksa sisa darah terakhir masuk kedalam ventrikel yang bersangkutan sesaat sebelum kontraksi. Sisa darah terakhir yang di pompakan masuk ke dalam ventrikel ini membuat ventrikel menjadi lebih efisien dalam kerjanya sebagai pompa di banding kalau tidak mempunyai mekanisme pengisian yang khusus. Namun demikian ventrikel adalah demikian kuatnya sehingga tetap dapat memompa sejumlah besar darah walaupun atrium tidak berfungsi.

Bila seseorang dalam keadaan istirahat, setiap menitnya jantung hanya akan memompa 4-6 liter darah. Selama bekerja berat , jantung mungkin perlu memompa darah sebanyak 4-7 kali dari jumlah ini.

Dua makna yang mendasari pengaturan volume darah yang di pompakan oleh jantung adalah (1) pengaturan intrinsic pemompaan jantung dalam menanggapi perubahan volume darah yang mengalir kedalam jantung (2) pengendalian jantung oleh system syaraf otot.

G. Pengaturan intrinsik dari pompa jantung-mekanisme frank-starling

Sejumlah darah yang di pompa oleh jantung setiap menitnya ditentukan oleh kecepatan aliran darah kedalam jantung yang berasal dari vena-vena, yang disebut sebagai alir balik vena. Ini berarti bahwa, setiap jaringan perifer akan kembali melalui vena-vena kedalam atrium kanan. Jantung kemudian secara otomatis akan memompa darah yang masuk ini mengalir kedalam arteri-arteri sistemik, sehingga darah tersebut dapat mengalir kembali mengelilingi sirkulasi.

Kemampuan intrinsik dari jantung untuk beradapatasi terhadap volume yang berubah-ubah akibat-akibat aliran masuk darah, disebut sebagai mekanisme frank-starling dari jantung. Secara mendatar, mekanisme frank-starling berarti semakin besar otot jantung diregangkan selama pengisian, semakin besar kekuatan kontraksi dan semakin besar pula jumlah darah yang dipompa kedalam aorta. Atau cara lain untuk menyatakan mekanisme ini adalah : dalam batas-batas fisiologis, jantung akan memompa semua darah yang masuk tanpa membiarkan adanya bendungan darah yang berlebihan didalam vena.

h. Penjelasan Mekanisme Frank-Starling

Bila sejumlah darah mengalir kedalam ventrikel, otot jantung sendiri akan meregang menjadi lebih panjang. Keadaan ini selanjutnya akan menyebabkan kontraksi dengan kekuatan yang bertambah karena filament aktif dan miosin selanjutnya akan membawa mendekati tahap interdigitasi yang optimal untuk membangkitkan kekuatan. Oleh karena itu ventrikel, karena peningkatan pemompaan secara otomatis akan memompa darah tambahan kedalam arteri. Kemampuan otot yang diregangkan sampai mencapai panjang yang optimal untuk berkontraksi dengan kekuatan yang bertambah merupakan karakteristik dari semua otot lurik.

Selain pengaruh yang penting akibat peregangan otot jantung, masih ada factor lain yang dapat meningkatkan daya pompa jantung bila volumenya meningkat. Peregangan dinding atrium kanan secara langsung akan meningkatkan frekuensi denyut jantung sebesar 10 % s/d 20 %, keadaan ini juga membantu meningkatkan jumlah darah yang dipompa setiap menit, walaupun peranannya tidak sebesar peranan mekanisme frank-starling.

i. Pengaturan Jantung Oleh Saraf Parasimpatis Dan Simpatis

Jumlah darah yang dipompa oleh jantung setiap menitnya, curah jantung, sering dapat ditingkatkan sampai lebih dari 100 % melalui perangsangan simpatis. Sebaliknya, curah jantung juga dapat diturunkan sampai serendah nol atau hampir nol melalui perangsangan vagus (parasimpatis).

1. Perangsangan jantung oleh saraf simpatis.

Perangsangan simpatis yang kuat dapat meningkatkan frekuensi denyut jantung pada manusia dewasa dari 180 menjadi 200 dan, walaupun jarang terjadi, 250 kali denyutan per-menit pada orang dewasa muda. Perangsangan simpatis meningkatkan kontraksi otot jantung, oleh karena itu akan meningkatkan volume darah yang dipompa dan meningkatkan tekanan ejeksi. Perangsangan simpatis sering dapat meningkatkan curah jantung sebanyak 2 sampai 3 kali lipat selain peningkatkan curahan yang mungkin disebabkan oleh mekanisme frank-starling. Bila aktifitas system saraf simpatis ditekan sampai dibawah normal, keadaan ini akan menurunkan frekuensi denyut jantung dan kekuatan kontraksi ventrikel, sehingga akan menurunkan tingkat pemompaan jantung sampai sebesar 30 % dibawah normal.

2. Perangsangan parasimpatis (vagus) pada jantung.

Perangsangan vagus yang kuat pada jantung dapat menghentikan denyut jantung selama beberapa detik, biasanya jantung akan “mengatasinya” dan setelah itu berdenyut dengan kecepatan 20 sampai 40 kali per-menit. Perangsangan vagus yang kuat dapat menurunkan kekuatan kontraksi otot sebesar 20 % sampai 30 %. Penurunan frekuensi denyut jantung yang besar digabungkan dengan penurunan kontraksi jantung yang kecil dan dapat menurunkan peompaan ventrikel sebesar 50% atau lebih, terutama bila jantung bekerja dalam keadaan beban kerja yang besar.

j. Pengaruh Frekuensi Denyut Jantung Pada Fungsi Jantung Sebagai Pompa

Periode diastolik yang terjadi diantara kontraksi akan sangat memendek sehingga darah tidak mempunyai waktu yang cukup untuk mengalir secara adekuat dari atrium ke dalam ventrikel. Karena alasan-alasan inilah, bila frekuensi denyut jantung ditingkatkan secara buatan melalui perangsangan listrik, jantung hewan besar yang normal akan mempunyai puncak kemampuan untuk memompa seumlah besar darah pada frekuensi denyut jantung antara 100 dan 150 kali per-menit. Sebaliknya, bila frekuensinya ditingkatkan oleh perangsangan simpatik, jantung akan mencapai kemampuan puncak untuk memompa darah pada frekuensi denyut jantung antara 150 dan 220 kali per-menit.

 Alasan perbedaan ini adalah bahwa perangsangan simpatis bukan hanya meningkatkan frekuensi denyut jantung tetapi juga meningkatkan kekuatan denyut jantung. Pada saat yang bersamaan, perangsangan simpatis menurunkan waktu kontraksi sistolik dan menyebabkan lebih banyak waktu untuk pengisian selama diastolik.

k. Faktor Yang Menyebabkan Hipoefektif Dan Hiperefetif

Beberapa factor yang menyebabkan jantung hipoefektif adalah :

1. Infrak miokardium
2. Penyakit katup jantung
3. Perangsangan nervus vagus jantung
4. Penghambatas simpatis yang menuju jantung
5. Penyakit jantung yang kongenital
6. Miokarditis
7. Anoksia jantung
8. Difteri atau jenis kerusakan miokardium lainnya

Kerja berat  kronik mengakibatkan hipertrofi otot jantung da juga pembesaran ruang-ruang jantung. Sebagai akibatnya, kekuatan jantung jadi sangat berubah, dan efektifitas jantung jadi bertambah.

l. Pengaruh Berbagai Ion Pada Fungsi Jantung

Pengarug ion kalium. Kelebihan  kalium dalam cairan ekstrasel menyebabkan jantung menjadi sangat dilatasi dan lemas serta frekuensi jantung lambat. Semua pengaruh kelebihan kalium dianggap disebabkan oleh pengurungan negativitas potensial membran istrahat akibat kosentrasi kalium yang tinggi dalam cairan eksrtasel.  Waktu potensial membran menurun, intensitas potensial aksi juga berkurang yang membuat kontraksi jantung secara progresif makin lemah, karena kekuatan potensial aksi sangat menentukan kekuatan kontraksi.

Pengaruh ion kalsium. Kelebihan ion kalsium menyebabkan efek yang hampir berlawanan dengan efek ion kalium, menyebabkan jantung berkontraksi spatik. Hal ini mungkin disebabkan efek langsung ion kalsium untuk merangsang proses kontraksi jantung. Sebaliknya, defisiensi ion kalsium menyebabkan jantung lemas sama dengan efek kalsium. Pengurangan  kosentrasi ion kalsium yang besar biasanya akan mematikan orang karena tetani yang timbul sebelumnya akan mempengaruhi jantung dan peningkatan kosentrasi ion kalsium hampir tidak bermakna karena akan diendapkan dalam tulang atau kadang-kadang disembarangan tempat dalam aringan tubuh sebagai garam kalsium yang tidak larut.

 Pengaruh ion natrium. Kelebiahan ion natrium menekan fungsi jantung, suatu efek yang sama seperti ion kalium, tetapi dengan alasan yang berbeda sama sekali. Ion natrium bersaing dengan ion kalsium pada beberapa tempat yang tidak diketahui pada proses kontraksi otot sedemikian rupa sehingga makin besar kosentrasi ion narium dalam cairan ekstrasel makin kurang efektivitas ion kalsium menyebabkan kontraksi bila terdapat potensial aski.

m. Pengaruh Suhu Pada Jantung

Peningkatan suhu meyebabkan peningkatan frekuensi jantung yang besar, dan penurunan suhu sangat mengurangi frekuensi. Efek ini mungkin sebagai akibat peningkatan permeabilitas membran otot terhadap terhadap berbagai ion pada suhu lebih tinggi mengakibatkan percepatan proses “self-excitation.

Kekuatan kontraksi jantung meningkat sementara dengan peningkatan suhu moderat, tetapi peningkatan suhu yang lama, melelahkan jantung dan menyebabkan kelemahan.

 n.    Kesimpulan

Pengaturan pompa jantung merupakan bagian dari system peredaran darah diseluruh tubuh. Dalam menentukan apakah seseorang mempunyai tekanan darah yang normal, rendah dan tinggi, kita terlebih dahulu mengetahui bagaimana cara kerja jantung memompakan darah keseluruh tubuh dan apa-apa saja yang dapat mempengaruhi cara kerjanya. Kuat lemahnya jantung dipengaruhi oleh beberapa factor yang ada didalam tubuh dan diluar tubuh contohnya di dalam tubuh adalah ion kalium, kalsium, natrium dan lain-lain dan contoh di luar tubuh adalah suhu dan kerja berat yang kronis.

By : siagian.P

Daftar Pustaka

Bearzi C. et al. 2007. Human Cardiac Stem Cells. The National Academy of Science of the USA. PNAS vol. 104 no. 35.

 Marin-Garcia J. and Goldenthal M.J., 2006. Application of Stem Cells in Cardiology : Where We Are and Where Are We Going. Bentham Science Publishers Ltd. Current Stem Cell Research and Therapy : 1-11.

 Lee M.S., Makkar R.R., 2004. Stem Cell Transplantation in Myocardial Infarction : a Status Report (review). American College of Physicians vol 140 no 9.

USG 3D

Ultrasonografi (USG) merupakan salah satu imaging diagnostik ( pencitraan diagnostik) untuk pemeriksaan alat alat dalam tubuh manusia, diman kita dapat mempelajari bentuk, ukuran anatomis, gerakan serta hubungan dengan jaringan sekitarnya. Pemeriksaan ini bersifat non-invasif, tidak menimbulkan rasa sakit pada penderita, dapat dilakukan dengan cepat, aman dan data yang diperoleh mempunyai nilai diagnostik yang tinggi. Tak ada kontra indikasinya, karena pemeriksaan ini sama sekali tidak akan memperburuk penyakit penderita. Dalam 20 tahun terakhir ini, diagnostik ultrasonik berkembang dengan pesatnya, sehingga saat ini USG mempunyai peranan penting untuk meentukan kelainan berbagai organ tubuh.

 Sejarah USG  

            Pertama kali ultrasonik ini digunakan dalam bidang teknik untuk radar, yaitu teknik SONAR ( Sound, Navigation and Ranging) oleh Langevin (1918), seorang Perancis, pada waktu perang dunia ke I, untuk mengetahui adanya kapal selam musuh. Kemudian digunakan dalam pelayaran untukmenentukan kedalaman laut. Menjelang perang dunia ke II (1937), teknik ini digunakan pertama kali untuk pemeriksaan jaringan tubuh, tetapi hasilnya belum memuaskan.

Berkat kemampuan dan kemajuan teknologi yang pesat, setelah perang dunia keII, USG berhasil digunakan untuk pemeriksaan alat-alat tubuh.

Hoery dan Bliss pada tahun 1952, telah melakukan pemeriksaan USG pada beberapa organ, misalnya pada hepar dan ginjal. Sekarang Usg merupakan alat praktis dengan pemeriksaan klinis yang luas.

 Prinsip USG

            Ultrasonik adalah gelombang suara dengan frekwensi lebih tinggi daripada kemampuan pendengaran telinga manusia, sehingga kita tidak bisa mendengarnya sama sekali. Suara yang dapat didengar manusia mempunyai frekwensi antara 20 – 20.000 Cpd (Cicles per detik- Hertz).. Sedangkan dalam pemeriksaan USG ini menggunakan frekwensi 1- 10 MHz ( 1- 10 juta Hz).

Gelombang suara frekwensi tingi tersebut dihasilkan dari kristal-kristal yang terdapat dalam suatu alat yang disebut transducer. Perubahan bentuk akibat gaya mekanis pada kristal, akan menimbulkan tegangan listrik. Fenomena ini disebut efek Piezo-electric, yang merupakan dasar perkembangan USG selanjutnya. Bentuk kristal juga akan berubah bila dipengaruhi oleh medan listrik. Sesuai dengan polaritas medan listrik yang melaluinya, kristal akan mengembang dan mengkerut, maka akan dihasilkan gelombang suara frekwensi tingi.

 Sumber Cahaya

Teknologi radiasi yang diyakini paling kecil bahayanya atau bahkan tidak ada sama sekali adalah MRI. Pasalnya, diagnostic imaging berteknologi tinggi ini menggunakan medan magnet, frekuensi radio, dan seperangkat komputer untuk menghasilkan gambar berupa potongan-potongan penampang tubuh manusia. Gambar ini diperoleh dari hasil interaksi antara molekul sel tubuh dan sinyal yang dipancarkan oleh frekuensi radio. Data yang didapat kemudian diolah komputer gambar yang kemudian dicetak dalam bentuk foto.

Citra yang dihasilkan dari USG adalah  memanfaatkan hasil  pantulan (echo) dari gelombang ultrasonik  apabila ditrasmisikan pada tissue atau  organ tertentu. Echo dari  gelombang tersebut kemudian dideteksi dengan  transduser, yang  mengubah gelombang akusitik ke sinyal elektronik untuk dioleh   dan direkonstruksi menjadi suatu citra. Perkembangan tranduser  ultrasonik dengan  kemampuan resolusi yang baik, diikuti dengan  makin majunya teknologi komputer  digital serta perangkat lunak  pendukungnya, membuat pengolahan citra secara  digital  dimungkinkan dalam USG, bahkan untuk membuat rekonstruksi  bentuk janin  bayi dalam 3 dimensi dan 4 dimensi sudah mulai dikenal.

 Peralatan Yang Digunakan

1. Transduser

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 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

Tampak dalam sonogram seorang bayi dalam kandungan ibunya.

Sonograf ini menunjukkan citra kepala sebuah janin dalam kandungan.

Proses Pengambilan Gambar

 Prinsip kerjanya menggunakan Gelombang Ultrasonik yang dibangkitkan oleh kristal yang diberikan gelombang listrik.Gelombang ultrasonik adalah gelombang suara yang melampaui batas pendengaran manusia yaitu diatas 20 kHz atau 20.000 Hz atau 20.000 getaran perdetik.Kristal nya bisa terbuat dari berbagai macam, salah satunya adalah Quartz. Sifat kristal semacam ini, akan memberikan getaran jika diberikan gelombang listrik.Alat ultrasonik sendiri ada berbagai tipe. Ada Tipe Scan A, B dan C.Yang biasa untuk mendeteksi crack pada baja adalah tipe A.Prinsip kerjanya mudah sekali. Tinggal menggunakan sensor ultrasonik untuk mengirimkan gelombang ultrasonik dan menangkapnya kembali.

Tipe B yaitu pada layar monitor (screen) echo nampak sebagai suatu titik dan garis terang dan gelapnya bergantung pada intensitas echo yang dipantulkan dengan sistem ini maka diperoleh gambaran dalam dua dimensi berupa penampang irisan tubuh.Yang tipe C dapat menampilkan Citra 3 Dimensi dengan cara menangkap pantulan-pantulan yang berbeda dari tebal tipisnya benda dalam suatu cairan. Karena ada berbagai macam gelombang ultrasonik yang dipantulkan dalam waktu yang berbeda, gelombang-gelombang ini lalu diterjemahkan oleh prosesor untuk dirubah menjadi gambar.

Sensor yang digunakan pada alat Ultrasonografi yakni sensor pizoelektrik, yang diletakkan pada komponen receiver yang menerima pantulan (refleksi) pola energi akustik yang dinyatakan dalam frekuensi. Sensor ini akan mengubah pergeseran frekuensi gelombang suara 1 – 3 MHz yang dipancarkan melalui transmitter pada jaringan tubuh dan kemudian gelombang tersebut dipantulkan (direfleksikan) oleh jaringan dan akan diterima oleh receiver dan selanjutnya diteruskan ke prosessor.

Sensor pizoelektrik terdiri dari bagian seperti housing, clip-type spring, crystal, dan seismic mass. Prinsipnya yakni ketika frekuensi energi akustikyang dipantulkan diterapkan, maka clip-type spring yang terhubung dengan seismic mass akan menekan crystal, karena energi akustik tersebut disertai oleh gaya luar sehingga crystal akan mengalami ekspansi dan kontraksi pada frekuensi tersebut. Ekspansi dan kontraksi tersebut mengakibatkan lapisan tipis antara crystal dengan housing akan bergetar. Getaran dari crystal tersebut akan menghasilkan sinyal berupa tegangan yang nantinya akan diteruskan keprosesor.Jadi USG menampilkan citra dari suara yang ditangkap.Jadi mungkin untuk saat ini hasil dari USG belum termasuk dalam karya fotografi. Berbeda dengan Scanner dan kamera lubang jarum yang masih “melukis dengan cahaya”.

Cara Kerja alat Ultrasonografi

            Transducer bekerja sebagai pemancar dan sekaligus penerima gelombang suara. Pulsa listrik yang dihasilkan oleh generator diubah menjadi energi akustik oleh transducer, yang dipancarkan dengan arah tertentu pada bagian tubuh yang akan dipelajari. Sebagian akan dipantulkan dan sebagian lagi akan merambat terus menembus jaringan yang akan menimbulkan bermacam-macam echo sesuai dengan jaringan yang dulaluinya.

Pantulan echo yang berasal dari jaringan-jaringan tersebut akan membentur transducer, dan kemudian diubah menjadi pulsa listrik lalu diperkuat dan selanjutnya diperlihatkan dalam bentuk cahaya pada layar oscilloscope. Dengan demikian bila transducer digerakkan seolah0olah kita melakukan irisan-irisan pada bagian tubuh yang dinginkan, dan gambaran irisan-irisan tersebut akan dapat dilihat pada layar monitor.

Masing-masing jaringan tubuh mempunyai impedance accoustic tertentu. Dalam jaringan yang heterogen akan ditimbulkan bermacam-macam echo, jaringan tersebut dikatakan echogenic. Sedang jaringan yang homogen hanya sedikit atau sama sekali tidak ada echo, disebut anecho atau echofree . Suatu rongga berisi cairan bersifat anechoic, misalnya : kista, asites, pembuluh darah besar, pericardial dan pleural efusion.

 Display Mode’s

Echo dalam jaringan dapat diperlihatkan dalam bentuk :

1. A- mode L  : Dalam sistem ini, gambar yang berupa defleksi vertikal pada osiloskop. Besar amplitudo setiap defleksi sesuai dengan energy eko yang diterima transducer.

2. B- mode      : Pada layar monitor (screen) eko nampak sebagai suatu titik dan garis terang dan gelapnya bergantung pada intensitas eko yang dipantulkan dengan sistem ini maka diperoleh gambaran dalam dua dimensi berupa penampang irisan tubuh, cara ini disebut B Scan.

3. M- mode     : Alat ini biasanya digunakan untuk memeriksa jantung. Tranducer tidak digerakkan. Disini jarak antara transducer dengan organ yang memantulkan eko selalu berubah, misalnya jantung dan katubnya.

 Penyulit

Suatu penyulit yang umum pada pemeriksaan USG disebabkan karena USG tidak mampu menembus bagian tertentu badan. Tujuh puluh persen gelombang suara yang mengenai tulang akan dipantulkan, sedang pada perbatasan rongga-rongga yang mengandung gas 99% dipantulkan. Dengan demikian pemeriksaan USG paru dan tulang pelvis belum dapat dilakukan. Dan diperkirakan 25% pemeriksaan di abdomen diperoleh hasil yang kurang memuaskan karena gas dalam usus. Penderita gemuk agak sulit, karena lemak yang banyak akan memantulkan gelombang suara yang sangat kuat.

Persiapan pasien

Sebenarnya tidak diperlukan persiapan khusus. Walaupun demikian pada penderita obstivasi, sebaiknya semalam sebelumnya diberikan laksansia. Untuk pemeriksaan alat-alat rongga di perut bagian atas, sebaiknya dilakukan dalam keadaan puasa dan pagi hari dilarang makan dan minum yang dapat menimbulkan gas dalam perut karena akan mengaburkan gambar organ yang diperiksa. Untuk pemeriksaan kandung empedu dianjurkan puasa sekurang-kurangnya 6 jam sebelum pemeriksaan, agar diperoleh dilatasi pasif yang maksimal. Untuk pemeriksaan kebidanan dan daerah pelvis, buli-buli harus penuh.

Pemakaian Klinis 
USG digunakan untuk membantu menegakkan diagnosis dalam berbagai kelainan organ tubuh.

USG digunakan antara lain :

1.      Menemukan dan menentukan letak massa dalam rongga perut dan pelvis.

2.      membedakan kista dengan massa yang solid.

3.      mempelajari pergerakan organ ( jantung, aorta, vena kafa), maupun pergerakan janin dan jantungnya.

4.      Pengukuran dan penetuan volum. Pengukuran aneurisma arterial, fetalsefalometri, menentukan kedalaman dan letak suatu massa untuk bioksi. Menentukan volum massa ataupun organ tubuh tertentu (misalnya buli-buli, ginjal, kandung empedu, ovarium, uterus, dan lain-lain).

5.      Bioksi jarum terpimpin. Arah dan gerakan jarum menuju sasaran dapat dimonitor pada layar USG.

6.      Menentukan perencanaan dalam suatu radioterapi. Berdasarkan besar tumor dan posisinya, dosis radioterapi dapat dihitung dengan cepat. Selain itu setelah radioterapi, besar dan posisi tumor dapat pula diikuti.

JENIS PEMERIKSAAN USG

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.

 Pra Pengolahan dan Analisis Citra Hasil USG

Foto-foto tersebut menunjukkan, bayi yang belum lahir pun ternyata mampu mengejapkan matanya, menguap, mengernyitkan dahi dan menangis.

Sampai saat ini, dokter dan orangtua percaya, janin dalam rahim ibu, tak dapat tersenyum sampai beberapa minggu setelah lahir. Tetapi ahli kandungan terkenal asal Inggris, Prof Stuart Campbell yang mempelopori teknik rekaman gambar ini, mengatakan, pendapat tersebut tidaklah benar sepenuhnya. Para ahli berpendapat, bayi tidak tersenyum sampai usia 6 minggu setelah lahir. Padahal, sebelum lahir pun bayi-bayi itu sering sekali tersenyum. Gambar-gambar ini, dibuat menggunakan ultrasound 4D, yang mencatat gema/gaung yang berasal dari rahim ibu, dan mencatatnya secara digital. Pengamatan yang dilakukan selama berjam-jam, akan menghasilkan gambar yang membuat orangtua seperti menonton video kehidupan bayinya.

Hasil citra USG yang bagus, juga akan membantu dokter mendapatkan peringatan dini bila bayi-bayi dalam kandungan itu abnormal, seperti: langit-langit mulutnya terbelah, sindrom down dan kelainan lain yang berkaitan dengan tungkai, lengan, serta anggota tubuh lainnya. Prof Campbell, mengatakan, Dengan munculnya gambar-gambar tadi, sejumlah pertanyaan mengenai janin dalam kandungan, bisa diselidiki. Misalnya, apakah janin dengan problem genetik memiliki pola gerak yang sama seperti janin normal? Apakah janin-janin itu tersenyum karena dia merasa bahagia? Atau menangis karena ada suasana atau kejadian yang menganggunya..? Mengapa janin mengedip-ngedipkan matanya? Padahal selama ini, kita berasumsi rahim ibu itu gelap gulita. Foto-foto janin ini, bahkan bisa diambil ketika usia kandungan si ibu baru 12-20 minggu. Biaya pengambilan gambar janin ini, kira-kira, 275 poundsterling (kurang lebih 4 juta rupiah).

Yvone Ntimoah (29) yang mengambil gambar bayi perempuannya “baru berusia 31 minggu“ mengatakan, Ini sangat fantastik. Tangannya tadinya menutupi wajahnya, tetapi tiba-tiba tangannya terbuka, dan kami bisa melihat dia tersenyum. Kate Blackwell (29), yang hamil 27 minggu, menambahkan, Suamiku, Paul, dan aku dapat menyaksikan setiap gerak-gerik bayi kami. Meski begitu, ahli kandungan lain, Maggie Blott, memiliki pendapat berbeda. Ia masih tidak percaya bayi dapat tersenyum dalam rahim ibunya. Memang, bayi-bayi itu seperti tersenyum.”

Electromedical Engineering

Saat ini sudah menjadi suatu prosedur standar untuk memanfaatkan  teknologi  ultrasonography (USG), sebagai salah satu cara untuk  memonitor perkembangan  janin dalam kandungan ibu.  Ultrasonography adalah salah satu dari produk  teknologi medical  imaging yang dikenal sampai saat ini. Apa itu medical imaging?   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 MI dimulai dari penemuan sinar-X oleh Rontgen pada  awal 1900-an,  dimana produk pertama citra dari X-ray adalah  tangan istri Rontgen. Dasar yang  digunakan untuk membuat citra  dengan sinar-X adalah adanya atenuansi intensitas  sinar-X saat  melawati tissue, organ atau tulang, yang kemudian atenuansi  intensitas  tersebut dideteksi oleh suatu negative film. Teknik ini  populer dengan sebutan foto  Rontgen.

Kemudian dengan kemajuan sistem elektronik dan komputer  digital, teknik yang  digunakan pada foto Rontgen mulai  dikembangkan, sehingga memungkinkan  pengantian media film  dalam citra digital. Lebih dari itu volume (3-dimensi) imaging  juga  dimungkinkan dengan modifikasi prinsip dari foto Rontgen,  sehingga menjelma  menjadi Computed Tomography scanner (CT- scan). Dengan CT-Scan, citra dari  setiap potongan penampang  (slices) tengkorak dari bagian atas sampai leher dapat  dihasilkan  dalam beberapa menit, kemudian dari "tumpukan" citra tiap slices  dapat  dilakukan rekonstruksi kembali bentuk tulang tengkorak  dalam 3 dimensi, sehingga  memudahkan visualisasi dan tentunya  diagnosis lebih lanjut apabila diperlukan.

Kemudian diilhami dari prinsip sonar yang digunakan untuk  mendeteksi kehadiran  kapal selam pada perang kedua, gelombang  akustik dengan frequency diatas  kemampuan manusia dapat  mendengar, yang dikenal dengan ultrasonik, pada tahun  1960  mulai dikembangkan untuk keperluan MI, yang sekarang dikenal   ultrasonography (USG). Citra yang dihasilkan dari USG adalah  memanfaatkan hasil  pantulan (echo) dari gelombang ultrasonik  apabila ditrasmisikan pada tissue atau  organ tertentu. Echo dari  gelombang tersebut kemudian dideteksi dengan  transduser, yang  mengubah gelombang akusitik ke sinyal elektronik untuk dioleh   dan direkonstruksi menjadi suatu citra. Perkembangan tranduser  ultrasonik dengan  kemampuan resolusi yang baik, diikuti dengan  makin majunya teknologi komputer  digital serta perangkat lunak  pendukungnya, membuat pengolahan citra secara  digital  dimungkinkan dalam USG, bahkan untuk membuat rekonstruksi  bentuk janin  bayi dalam 3 dimensi sudah mulai dikenal.

Kemudian dimulai dari pemahaman akan adanya satu interaksi inti  atom dengan  medan magnet di sekitar tahun 1940-an, kemudian  berkembang pemanfaatannya  untuk keperluan MI, karena pada  dasarnya tubuh manusia , 75% adalah molekul  air, dimana atom  hidrogen adalah salah satu komponen penyusun molekul air.   Karena tiap atom hidrogen secara alami berputar (spinning),  sehingga menghasilkan  momen magnet yang dapat dibayangkan  seperti batang magnet yang kecil. Tetapi  karena orientasi yang  acak, sehingga total dari momen magnet tersebut tidak   menghasilkan informasi yang dapat dimanfaatkan. Dalam medan  magnet yang  relative kuat, kira- kira lebih dari 20 ribu kali dari  kuat medan magnet bumi, momen  magnet tiap atom hidrogen  dapat dibuat sejajar dengan arah medan magnet yang  digunakan.  Untuk membuat suatu citra jaringan sel yang diinginkan, pulsa  dalam  radio frequency (RF) ditrasmisikan dari antena khusus,  untuk memaksa orientasi  momen magnet yang telah sejajar  berubah dari posisi awal. Kemudian setelah  pengaruh pulsa (RF)  hilang, orientasi momen magnet dari atom hidrogen  berbondong-  bondong kembali ke posisi awal (sejajar dengan medan magnet),   sambil meng-emisi-kan sinyal radio yang lemah pada frequency  tertentu. Kemudian  dengan coil, sinyal radio itu dideteksi dan  dianalisa serta diolah dengan komputer  digital untuk menghasilkan  suatu citra. Teknik ini adalah prinsip yang digunakan  pada  Magnetic Resonance Imaging (MRI). Sekitar tahun 1980-an  prototipe  pertama MRI yang dicoba untuk manusia mulai  dilaporkan.

Dalam 100 tahun lebih perkembangan teknologi MI, boleh  dikatakan setiap produk  teknologi terbaru selalu berusaha di  adaptasi dalam perangkat MI, dengan tujuan  membantu proses  diaganosis yang makin akurat dan juga mengurangi efek samping   bagi pasien serta ketidaknyamanan pasien selama proses imaging  dilakukan.  Dengan hadirnya sistem digital, baik dari penyimpanan  citra maupun pengolahannya  serta jaringan komputer  berkecepatan tinggi, proses diagnosis berdasarkan  gabungan citra  yang dihasilkan dari berbagai perangkat MI (multi modality  imaging),  menjadi satu teknik baru untuk meningkatkan keakuratan  diagnosis.

Di akhir abad 20, perangkat MI mulai digunakan untuk menuntun  proses therapi  dan juga pada pembedahan dengan meminimalkan  luka (minimum invasive surgery).  Contoh kasus dalam therapi  tumor pada liver, dengan CT-scan atau MRI, lokasi  dari sel tumor  dalam diidentifikasi dengan akurasi yang tinggi. Dengan satu teknik   pengolahan citra, visualisasi dari tumor liver secara 3-dimensi  dimungkingkan,  sehingga membantu ahli medis untuk  merencanakan therapi dengan lebih baik.

Salah satu teknik yang kini dikembangkan untuk mematikan  pertumbuhan sel tumor  adalah memanaskan sel tumor tersebut  diatas 43 derajat celcius dalam beberapa  menit. Sinar laser adalah  salah satu sumber panas yang dapat digunakan, dimana  serat optik  digunakan untuk mengalirkan energi langsung ke sel tumor. Untuk   meletakkan serat optik dengan perangkat pendukungnya tepat  pada sel tumor  dengan meminimalkan luka pada organ yang sehat,  saat ini citra dari perangkat MI  memungkinkan digunakan. Untuk  menjamin hanya sel tumor yang dimatikan dengan  meminimalkan  efek samping pada sel yang sehat, distribusi temperatur secara 3   dimensi perlu untuk dilakukan. Untuk keperluan tersebut, MRI juga  dimungkinkan  digunakan dengan beberapa modifikasi pada  pemrosesan citra. Untuk evaluasi hasil  therapi, sekali lagi citra dari  MRI dapat digunakan untuk memprediksi volume dari  sel tumor  yang berhasil dimatikan.

Sebagai penutup, perkembangan perangkat MI dan pemanfaatan  untuk mendukung  proses diagnosis, penuntun therapi dan minimaly  invasive surgery akan terus  berlanjut. Dari pengalaman penulis  sebagai peneliti dalam riset medical engineering  di TU-Delft  Belanda, dengan perangkat MI yang tersedia dimungkinkan   pengembangan prosedur terapi atau metode diagnosis sehingga  yang lebih baik  dapat ditemukan.

Di sini ide dan problem yang dihadapi oleh ahli medik harus dapat  ditangkap dan  diformulasikan menjadi problem engineering oleh  insinyur untuk dicari solusinya.  Untuk keperluan tersebut,  diperlukan satu bidang keahlihan khusus yang  menjebatani  problem klinik dan problem engineering yang terkait. Satu  tantangan  tersendiri bagi pendidikan tinggi di Indonesia untuk  menyiapkan pakar yang mampu  menjawab masalah alih teknologi  di bidang MI khususnya dan medical engineering  pada umumnya,  dengan tujuan akhir meningkatkan pelayanan kesehatan   masyarakat dengan memaksimalkan manfaat dan meminimalkan  investasi yang  diperlukan.

by : Siagian.P

Reff :  

  Suprijanto, Penguasaan Teknologi “Medical Imaging”. IATF-ITB.2008 

Afriana Carlina – UNIKOM” http://afrianacarlina.blogspot.com/2008/04/usg-ultrasonography.html

  www.eyetumour.com/.../large/ultrasonography.jpg

Sarwono Prawirohardjo. 2002.” Perdarahan Antepartum, Ultrasonografi dalam obstetri, Ilmu kebidanan”. Jakarta ; Yayasan Bina Pustaka Sarwono Prawirohardjo, FK-UI.

 The Book “Biomedical Engineering”