BIOAKUSTIK

BIOAKUSTIK Pengertian Gelombang Gelombang didefinisikan sebagai gangguan/usikan yang merambat. Berdasarkan medium perambatan gelombang gelombang dibedakan mejadi 1. Gelombang mekanik, dimana dalam perambatan gelombangnya memerlukan medium, yang disebut sebagai medium mekanik. Contoh: gelombang tali, air, bunyi. 2. Gelombang elektromagnetik, dimana gelombang merambat tanpa memerlukan medium. Contoh: gelombang mikro, gelombang radio, inframerah, cahaya tampak (visible light), ultraungu, sinar x, sinar . Berdasarkan arah perambatan gelombang dengan usikan atau simpangan, gelombang dibedakan menjadi 1. Gelombang transversal, dimana arah perambatan tegak lurus arah simpangan Contoh: gelombang tali 2. Gelombang longitudinal, dimana arah perambatan searah dengan arah simpangan Contoh: gelombang bunyi. Gelombang laut dan gempa tremor memiliki komponen transversal maupun longitudinal. Persamaan gelombang Suatu gelombang secara matematis dideskripsikan melalui fungsi gelombang, dimana fungsi gelombang f(x,t) tersebut harus memenuhi persamaan differensial yang dituliskan sebagai berikut d2 f 1 d2 f  dx 2 v 2 dt 2 dengan v kecepatan perambatan gelombang. dimana salah satu solusi persamaan gelombang (untuk gelombang mekanik) merupakan fungsi sinus-cosinus yang dituliskan sebagai suatu fungsi simpangan f(x,t) = y = A sin (kx-t) dimana A = Amplitudo atau simpangan maksimum 1 k = bilangan gelombang ( 2 )   = kecepatan angular (2f) y = simpangan x = posisi t = waktu Karakteristik gelombang Kecepatan perambatan gelombang diungkapkan dalam hubungan yang berkaitan dengan frekuensi dan panjang gelombang. v =f dimana v kecepatan perambatan gelombang (m/s), f frekuensi gelombang (Hz) dan  panjang gelombang.   rapatan regangan Gelombang Transversal Gelombang Longitudinal Bunyi Gelombang bunyi merupakan gangguan/vibrasi mekanik pada gas, zat cair atau zat padat yang merambat dari suatu sumber dengan kecepatan tertentu. Berdasarkan frekuensi bunyi diklasifikasikan dalam 1. Infrasonik dengan frekuensi 0-20 Hz 2. Sonik dengan frekuensi 20 – 20.000 Hz (20 kHz) 3. Ultrasonik dengan frekuensi di atas 20.000 Hz (>20 kHz) 2 Energi (E) yang dibawa gelombang adalah energi potensial dan kinetik. Intensitas dari gelombang bunyi (I) banyaknya energi yang melalui suatu permukaan (S) dalam setiap detiknya atau secara matematis I= E S .t dimana E= 1 2 kA , S luas permukaan, t waktu (detik) 2 1 2 kA 2 = S .t = 1 1 v 2 A2  v ( 2f ) 2 A2 2 2 1 = Z ( A ) 2 watt/m2 2 dimana Z = v, impedansi akustik,  adalah massa jenis (densitas) medium, v adalah cepat rambat gelombang, A merupakan amplitudo simpangan maksimum dari atom-atom atau molekul-molekul dari posisi kesetimbangannya. Intensitas bunyi juga dapat dituliskan sebagai hubungan tekanan (P) 2 P I= 0 2Z dimana P0 perbedaan tekanan maksimum Hubungan antara intensitas bunyi dari suatu sumber yang diamati dari posisi dengan jarak yang berbeda dari sumber bunyi dituliskan dalam bentuk I1 r  ( 2 )2 I2 r1 r2 Sumber bunyi r1 Contoh : 1. Intensitas bunyi maksimum yang dapat ditoleransi pada frekuensi 1000 Hz sekitar 1 watt/m2. Berapakah perpindahan maksimum udara pada intensitas tersebut? 3 Jawab: A= 1 2I 1/ 2 2 x1 1 / 2 1 ( ) = ) =1,1 x 10-5 m ( 3 2 2f Z 6,28 x10 4,3x10 2. Intensitas bunyi terendah yang dapat didengar telinga pada 1000 Hz sekitar 10 -12 watt/m2 Jawab: A2 I  ( 2 )1 / 2 A1 I1 I A2  A1 ( 2 )1 / 2 = 1,1 x 10 -3 I1  10 12   1    1/ 2 = 1,1 x 10-11 m Intensitas bunyi juga dapat ditentukan melalui besaran yang disebut Taraf Intensitas (TI atau  dalam satuan desibel) yang merupakan perbandingan logaritmik intensitas bunyi terhadap intensitas ambang pendengaran.  I TI = 10 log   I0    desibel Dimana I0 = intensitas ambang pendengaran 10-12 watt/m2 I = intensitas sumber bunyi (watt/m2) Alat yang digunakan untuk mengukur taraf intensitas bunyi adalah soundlevel meter Tabel berikut menunjukkan tingkat bunyi dan intensitas berbagai bunyi Tingkat Bunyi Intensitas (db) (watt/m2) 0 Ambang pendengaran pada 1000 Hz 1 x 10 -12 -11 10 1 x 10 desiran/hembusan angin 20 1 x 10 -10 berbisik-bisik jarak 1 m 30 1 x 10-9 ruangan tenang 40 1 x 10-8 musik yang lembut -7 50 1 x 10 kantor 60 1 x 10-6 pembicaran normal 70 1 x 10-5 kantor sibuk, lalu lintas ramai 1 x 10-4 80 suara radio, ruangan belajar -3 1 x 10 90 didalam kereta api 1 x 10-2 100 kegiatan pabrik, sirene pada 30 m 1 x 10-1 110 kerusakan jika menerima 30 menit perhari 1 120 konser musik rock dalam ruangan: ambang sakit, kerusakan dalam 4 beberapa menit pesawat jet pada 30 m pecahnya gendang telinga 1 x 102 1 x 104 140 160 Interaksi gelombang bunyi dengan materi Ketika gelombang bunyi melewati suatu materi/jaringan, terdapat energi yang hilang akibat gesekan. Energi yang diserap materi menyebabkan pengurangan amplitudo gelombang bunyi. Amplitudo A pada kedalaman x cm dalam materi berkaitan dengan besarnya amplitudo awal A0 (x=0) melalui hubungan eksponensial A  A0 e x dimana  (dalam cm-1) adalah koefisien absorbsi medium pada frekuensi tertentu. A0 A I0 I x Untuk hubungan intensitas persamaan di atas dituliskan kembali dalam bentuk I  I 0 e 2 x atau I  I 0e  x I = intensitas pada kedalam x I0 = intensitas pada x=0  = koefisien atennuasi (2) Kebisingan Bising (noise) merupakan definisi yang diberikan untuk bunyi dari suatu sumber yang tidak dikehendaki. Berdasarkan tingkat tekanan bunyi, tingkat bunyi dan energi bunyi, kebisingan diklasifikasikan dam 3 katagori: 1. Audible noise (bising pendengaran), bising yang disebabkan oleh frekuensi bunyi 31,5 – 8.000 Hz 2. Occupational noise (bising yang berhubungan dengan pekerjaan), disebabkan oleh bunyi mesin di tempat kerja. 5 3. Impuls noise, terjadi akibat adanya bunyi yang menyentak seperti bunyi pukulan palu, bunyi meriam, senapan. Tabel skala kebisingan Tingkat Kebisingan Menulikan Taraf Intensitas (db) 100-120 Sangat hiruk-pikuk Kuat Sedang Tenang Sangat Tenang 80-100 60 - 80 40 - 60 20 - 40 0 - 20 Pengaruh Kebisingan Terhadap Kesehatan  Hilangnya pendengaran secara sementara dan dapat pulih kembali apabila kebisingan tersebut dapat dihindarkan.  Orang menjadi kebal atau imun terhadap bising  Telinga berdengung  Kehilangan pendengaran secara permanen  Mengganggu konsentrasi, meningkatnya kelelahan Menghindari kebisingan untuk pencegahan dari ketulian dapat dilakukan dengan cara antara lain: 1. Penggunaan pelumas pada mesin-mesin atau alat sehingga gesekan yang menimbulkan bunyi dapat dikurangi 2. Penggunaan pelindung telinga atau penyumbat telinga 3. Perlindungan pada mesin dengan tembok pemisah atau ruangan khusus atau penutup mesin. Telinga Telinga merupakan salah satu indera tubuh manusia yang berfungsi sebagai alat pendengaran. Telinga yang kita kenal sebenarnya merupak bagian terluar telinga yang disebut dengan pinna atau auricle. Telinga manusia terbagi dalam 3 bagian: 1. Telinga luar, meliputi pinna, saluran telinga yang terhubung dengan gendang telinga Variasi tekanan gelombang bunyi menghasilkan gaya pada gendang telinga dan menyebabkannya bergetar. 6 2. Telinga bagian tengah, meliputi gendang telinga, tiga tulang yaitu hammer, anvil, dan stirrup (malleus, incus, dan stapes). Ketiga tulang tersebut mentransmisikan gaya (40 kali lebih besar) yang dihasilkan gendang telinga ke telinga bagian dalam melalui oval window 3. Telinga bagian dalam, yaitu cochlea (rumah siput); organ yang mengkonversikan gelombang bunyi menjadi sinyal syaraf ke otak. Kehilangan Pendengaran (Tuli) Kehilangan pendengaran dapat disebabkan banyak faktor, umumnya faktor usia, disamping itu juga dapat disebabkan oleh trauma, menerima bunyi dengan tingkat tinggi, penyakit, cacat lahir. Tuli terbagi dalam 2 katagori: 1. Tuli konduksi, yang disebabkan kerusakan pada struktur yang meneruskan bunyi ke telinga bagian dalam, dan dapat diatasi dengan alat bantu pendengaran. 2. Tuli syaraf atau tuli persepsi, disebabkan kerusakan pada cochlea atau neuron yang mengirimkan informasi bunyi ke otak, dan sulit untuk diperbaiki. 7 Aplikasi Gelombang Bunyi (Ultrasonik) Jika suatu saat anda menyusuri suatu jalan desa di tengah musim kemarau, anda akan mendengar bunyi dan suara lebah, belalang atau jangkrik. Bahkan jika lebih cermat, anda dapat mendengarkan bunyi yang lebih lemah dan halus. Selain dapat mendengarkan bunyi yang dapat didengar manusia, serangga- serangga juga dapat mendengarkan bunyibunyi yang lain, yang tidak tertangkap oleh telinga manusia yang dinamakan bunyi ultrasonik. Telinga manusia normal dapat menangkap bunyi yang mempunyai frekuensi 20 Hz 20.000 Hz. Perbedaan antara gelombang ultrasonik dan gelombang bunyi biasa adalah frekuensinya. Bunyi ultrasonik mempunyai frekuensi diatas 20.000 Hz. Gelombang ultrasonik dimanfaatkan oleh para ahli dalam banyak hal, diantaranya sitem pengujian tidak merusak (NDT - Non Destructive Testing). Sistem pengujian itu banyak digunakan dalam dunia industri dan medis. Penggunaan dalam industri Suatu alat yang bernama reflektoskop digunakan untuk mendeteksi cacat yang terkandung dalam besi tuang. Cacat pada velg ban mobil diperiksa dengan menggunakan alat ini. Gelombang ultrasonik juga digunakan untuk mempercepat beberapa reaksi kimia. Getaran kuat pada gelombang ultrasonik juga digunakan untuk menggugurkan ikatan antara partikel kotoran dan bahan kain serta menggetarkan debu yang melekat sehingga lepas. Penggunaan dalam medis Ultrasonik digunakan untuk mengamati cacat cacat dalam jaringan hidup. Sifat reflektif jaringan normal dan jaringan abnormal cukup jelas untuk dibedakan secara ultrasonik. Alat diagnosis dengan ultrasonik digunakan untuk menemukan beberapa penyakit berbahaya di dada/payudara,hati, otak dan beberapa organ lainnya. Pengamatan ultrasonik pada seorang wanita hamil dapat memperlihatkan janin di uterus. Menentukan kedalaman laut Selain digunakan di dunia industri dan medis , gelombang ultrasonik digunakan pada dunia kelautan . untuk menduga kedalaman laut, digunakan alat yang dinamakan sonar 8 (sound navigation ranging). Sonar menghasilkan gelombang suara yang dikirim dari suatu piranti dan dipantulkan kembali oleh dasar samudra. Alat ini juga digunakan untuk menemukan letak suatu benda di bawah permukaan laut. Soal Latihan: 1. Bunyi 90 dB diserap oleh gendang telinga dengan diameter 0,75 cm selama 2 jam. Berapakah besar energi yang diserap gendang telinga pada selang waktu tersebut ? 2. Misalkan suatu sumber bunyi memiliki taraf intensitas 30 dB pada frekuensi 1000 Hz. Hitunglah taraf intensitas bunyi tersebut pada frekuensi 8000 Hz. 9 USG ( Ultrasonografi) Pertanyaan yang sering terdengar di ruang praktik seorang dokter ahli kebidanan dan kandungan. Dok, anak saya laki-laki atau perempuan? Bagaimana kondisi janinnya?, sehat-sehat saja, kan?” Pertanyaan yang hampir selalu ditanyakan oleh para calon ibu yang sedang memeriksakan kehamilan mereka Sang dokter kemudian akan menjelaskan keadaan janin dalam kandungan si ibu dengan bantuan peralatan ultrasonografi (USG). Instrumen medis ini sering dijumpai di ruang praktik dokter ahli kandungan yang dimanfaatkan dokter dalam menganalisis kondisi janin dengan tampilan dua dimensi atau tiga dimensi. Aplikasi pemakaian USG dalam bidang kebidanan dan kandungan/obstetri ginekologi diprakarsai oleh seorang ilmuwan asal lnggris, Ian Donald. Sesuai dengan namanya, prinsip kerja USG memanfaatkan sistem kerja gelombang ultrasonik atau gelombang suara berfrekuensi tinggi. Ultrasonografi medis (sonografi) adalah sebuah teknik diagnostik pencitraan menggunakan suara ultra yang digunakan untuk mencitrakan organ internal dan otot, ukuran organ, struktur, dan luka patologi. Teknik pencitraan ini berguna untuk pemeriksaan organ bagian dalam tubuh. Sonografi obstetrik biasa digunakan ketika masa kehamilan. 10 Frekuensi ultrasound menentukan resolusi gambar yang dihasilkan dan penembusan ke dalam tubuh pasien. Diagnostik sonografi umumnya beroperasi pada rentang frekuensi dari 2 sampai 13 megahertz. Dalam fisika istilah "suara ultra" termasuk ke seluruh energi akustik dengan sebuah frekuensi di atas pendengaran manusia (20.000 Hertz), penggunaan umumnya dalam penggambaran medis melibatkan sekelompok frekuensi yang ratusan kali lebih tinggi. Gambar sonogram bayi dalam kandungan ibunya. Gambar sonograf citra kepala janin dalam kandungan. Kegunaan Sonograf ini menunjukkan citra kepala sebuah janin dalam kandungan. Ultrasonografi atau yang lebih dikenal dengan singkatan USG digunakan luas dalam medis. Pelaksanaan prosedur diagnosis atau terapi dapat dilakukan dengan bantuan ultrasonografi (misalnya untuk biopsi atau pengeluaran cairan). Biasanya menggunakan probe yang digenggam yang diletakkan di atas pasien dan digerakkan: gel berair memastikan penyerasian antara pasien dan probe. 11 Dalam kasus kehamilan, Ultrasonografi (USG) digunakan oleh dokter spesialis kandungan (DSOG) untuk memperkirakan usia kandungan dan memperkirakan hari persalinan. Dalam dunia kedokteran secara luas, alat USG (ultrasonografi) digunakan sebagai alat bantu untuk melakukan diagnosa atas bagian tubuh yang terbangun dari cairan. Ultrasonografi medis digunakan dalam: * Kardiologi; lihat ekokardiografi * Endokrinologi * Gastroenterologi * Ginekologi; lihat ultrasonografi ginekologik * Obstetrik; lihat ultrasonografi obstetrik * Ophthalmologi; lihat ultrasonografi A-scan, ultrasonografi B-scan * Urologi * Intravascular ultrasound * Contrast enhanced ultrasound [ sumber : Wikipedia ] 12 SEJARAH PERKEMBANGAN Perkembangan pemakaian ultrasonik di bidang obstetri ginekologi berikutnya juga tak lepas dan peranan beberapa penemuan berikut Perkembangan penggunaan USG dalam berbagai bidang ilmu kedokteran saat ini, salah satunya adalah bidang obstetri ginekologi, berawal dari ditemukannya cara mengukur jarak di dalam air menggunakan gelombang suara. Pada saat itu dikenal istilah “sonar” atau Sound Navigation and Ranging. Lazzaro Spallanzani, seorang ahli biologi Italia, dapat dikatakan sebagai orang yang mengilhami penemuan tersebut. Sekira tahun 1794 ia mendemonstrasikan kemampuan seekor kelelawar menentukan arah terbang dan mencari mangsa dalam gelap dengan menggunakan gelombang suara berfrekuensi tinggi (ultrasonik). Kelelawar tersebut memanfaatkan pantulan suara ultrasonik yang dikeluarkannya setelah menumbuk suatu objek. Sehingga ia tidak akan menabrak sebuah benda atau sebaliknya dapat menentukan lokasi mangsanya. Awal tahun 1826, Jean Daniel Colladon, seorang ahli fisika dari Swiss berhasil menggunakan sebuah alat yang dinamakan “underwater bell” untuk mendeterminasi kecepatan suara dalam air di Danau Geneva. Penemuan tersebut memacu para ahli fisika lainnya untuk meneliti dasar ilmu fisika mengenai getaran, transmisi, dan refraksi gelombang suara. Salah satu ahli fisika yang turut andil dalam penelitian itu adalah Lord Rayleigh asal Inggris. Tahun 1877 ia mengemukakan the Theory of Sound yang intinya menerangkan bahwa gelombang suara adalah sebuah persamaan matematika. Persamaan mi membentuk dasar teori sistem kerja akustik. Sistem deteksi suara dalam air kemudian dikembangkan dan dimanfaatkan untuk kepentingan navigasi kapal selam selama perang dunia pertama berlangsung, khususnya setelah kejadian tenggelamnya kapal Titanic pada tahun 1912. Hal itu terjadi berkat penemuan alat hydrophone oleh seorang ahli fisika Perancis, Paul Langevin. Alat mi juga memanfaatkan pantulan gelombang ultrasonik Penemuan radar (radio detection and ranging) pada tahun 1953 oleh Robert Watson-Watt juga menerapkan sistem kerja gelombang ultrasonik. Seperti sonar, alat ini pun menjadi 13 inspirasi digunakannya ultrasonik dalam bidang obstetri ginekologi kelak. Hanya pemanfaatannya saat itu lebih banyak digunakan untuk kepentingan pelacakan kapal musuh di udara. Sonar merupakan sistem yang menggunakan gelombang suara bawah air yang dipancarkan dan dipantulkan untuk mendeteksi dan menetapkan lokasi obyek di bawah laut atau untuk mengukur jarak bawah laut. Sejauh mi sonar telah luas digunakan untuk mendeteksi kapal selam dan mendeteksi kedalaman, penangkapan ikan komersial, keselamatan penyelaman, dan komunikasi di laut. Cara kerja perlengkapan sonar adalah dengan mengirim gelombang suara bawah permukaan dan kemudian menunggu untuk gelombang pantulan (echo). Data suara dipancar ulang ke operator melalui pengeras suara atau ditayangkan pada monitor. 14 PRINSIP KERJA ULTRASONOGRAFI Tes ultrasound yang bersifat noninvasive atau sama sekali tidak berhubungan atau kontak langsung dengan janin, sehingga tidak membahayakan janin. Berdasarkan penelitian (Ultrasound-Obstetric. Radiological Society of North America. April 12, 2004), ada beberapa keuntungan metode Ultrasound, yaitu:  Ultrasound tidak menggunakan sinar X untuk menghasilkan gambaran janin sehingga baik ibu maupun janin yang sedang dikandungnya tidak memiliki resiko untuk terkena dampak radiasi;  Ultrasound telah digunakan untuk mengevaluasi kehamilan selama hampir empat dekade, dan selama kurun waktu itu tidak ada bukti atau laporan bahwa metode ini berbahaya bagi pasien, embrio, atau janin. Tetapi meskipun demikian, tidak menutup kemungkinan bahwa ultrasound harus dilakukan dalam situasi-situasi klinis tertentu. USG atau ultrasonografi adalah alat bantu diagnostik di bidang kedokteran untuk menampilkan gambaran struktur bagian dalam tubuh manusia yang bekerja dengan menggunakan bantuan teknologi gelombang suara frekuensi tinggi seperti yang dimiliki kelelawar. Alat ini terdiri atas monitor dan transducer. Transduser merupakan alat yang akan mentransfer pantulan gelombang suara menjadi sebentuk gambar yang akan tampil dilayar monitoir, hasilnya disebut sonogram. Berdasarkan cara kerjanya dibedakan menjadi dua, yang pertama transduser ditempelkan di permukaan kulit tubuh (bagian perut) yang disebut USG Transabdominal. Sebelum transduser ditempelkan dipermukaan perut, permukaan kulit dilapisi dengan suatu ultrasound gel agar-agar khusus. Lalu transduser digerakkan keatas dan kebawah. Pada saat itu juga komputer akan menerjemahkan gelombang suara kedalam suatu bentuk gambar. Sebelum menjalani pemerikasaan ultrasonografi ini, pasien diminta untuk meminum air putih dalam jumlah yang cukup banyak, untuk memudahkan pemeriksaan karena gelombang suara merambat lebih baik dalam air. Cara yang kedua, transduser dimasukkan ke dalam tubuh melalui vagina sehingga disebut USG Transvaginal. Biasanya cara yang kedua ini dilakukan pada kehamilan muda. Sebelum menjalani pemeriksaan, pasien diminta untuk mengosongkan kantung kemih 15 sehingga mempermudah masuknya transduser kedalam rahim (Manfaat USG. Femina. Februari 2001. Vol.29. No:6. p:76-77). Pada awalnya, metode Ultrasound yang dikembangkan adalah metode ultrasound dua dimensi. Ultrasound Doppler hanya menampilkan gambar hitam putih, dan biasa digunakan untuk mengamati denyut jantung janin. Ultrasound dengan warna masih menampilkan gambar dua dimensi, tetapi dalam warnawarna khusus yang biasanya ditujukan untuk memperbaiki kualitas gambar. Namun bukan berarti warna organ yang ditampilkan pada monitor adalah warna organ yang sesungguhnya. Perkembangan selanjutnya, metode ultrasound yang digunakan adalah ultrasound tiga dimensi (3D). Ultrasound 3D memberikan gambar yang berkualitas lebih baik, yaitu memiliki volume. Gambar yang ditampilkan tidak datar (hanya terdiri dari panjang dan lebar saja), tetapi juga memiliki ketebalan. Oleh sebab itu, jenis ultrasound ini lebih sering digunakan untuk mengamati organ yang perlu dilihat volumenya, misalnya melihat adanya anomali atau keanehan congenital atau cacat pada kerangka janin. Perkembangan terakhir dari metode Ultrasound ini adalah ditemukannya Ultrasound empat dimensi (4D). Ultrasound 4D merupakan penyempurnaan dari Ultrasound 3D yang tidak hanya menampilkan gambaran tiga dimensi, tetapi juga menciptakan gambaran yang bergerak. Teknik Ultrasound 4D menghadirkan perbedaan antara video dengan sekedar foto. Melalui revolusi teknologi ini, gambaran tiga dimensi janin dikembangkan menjadi semacam “gambaran hidup”, sehingga perkembangan janin dapat dianalisis dengan jauh lebih baik (Ultrasound-Obstetric. Radiological Society of North America. April 12, 2004). 16