Bio – Akustik Deskripsi berbagai Gelombang Gambaran tentang bermacam-macam gelombang

Tabel Taraf Intensitas Berbagai Sumber Bunyi Taraf Intensitas (dB) Intensitas (W/m2) Ambang Pendengaran 10-12 Bisikan 20 10-10 Perpustakaan 30 10-9 Percakapan 60 10-6 Lalu lintas ramai 70 10-5 Sirene (30 m) 100 10-2 Ambang Perasaan 120 1 Konser Musik Rock Suara Petir 130 10 Pesawat Jet (30m) 140

Bio-Akustik Merupakan topik pembahasan gelombang bunyi pada bidang kedokteran Bunyi adalah gejala gelombang mekanik Gelombang adalah perambatan gangguan/besaran fisis (tekanan, kerapatan, simpangan, medan listrik, medan magnet, temperatur …)dalam ruang dan waktu Macam-macam gelombang : Gelombang Mekanik → mutlak memerlukan media, contoh : bunyi Gelombang Elektromagnetik → tdk harus ada media, contoh : cahaya Katagori perambatan gelombang : a. Transversal ( osilasi tegak lurus perambatan) b. Longitudinal (osilasi sejajar perambatan) Deskripsi Gelombang : a. Gelombang Berjalan (Wave motion, Traveling wave) b. Gelombang Berdiri ( Standing wave, Stasionary wave)

Deskripsi Gelombang Bunyi Deskripsi Matematis : a.  (x,t) = 0sin (kx t) = 0 sin 2π(x/λ  t/T) = 0sin 2πf(t  x/c) b.  (x,t) = 2 0sin kx cos t Hubungan parameter gelombang : /k = c  = 2π/T = 2πf k = 2π/ λ λ f = c Deskripsi Matematis Akustik : P (x,t) = P0 cos (kx t) c = /k = Besaran Penting Akustik : a. Tekanan P (N/m2 ) b. Impedansi Akustik Z = c = (rayl ) c. Intensitas I = P /A = P02 /2Z = Z(A)2 /2 d. Taraf Intensitas  = 10 log I/Io = 20 log P/Po (dB) Intensitas Ambang Io = 10-12 Watt/m2 Tekanan Ambang P0 = 2 x 10-4 dyne/cm2 Spektrum Gelombang Bunyi a. Infrasonik ( < 20 Hz) b. Audiofrekuensi/Sonik ( 20 Hz – 20 kHz) c. Ultrasonik ( > 20 kHz) Penerapan : 1. Perkusi 2. Auskultasi 3. Pencitraan/Imejing 4. Terapi ( diathermy, ESWL) Hubungan parameter suhu dan kecepatan rambat gelombang bunyi : CT = (332 + 0,6 T) m/s ; C pada T = 00C adalah 332 m/s

Karakteristik Gelombang Bunyi Bila gelombang bunyi merambat pada media media yang berbeda impedansi akustiknya ( Z1  Z2)maka akan mengalami refkesi dan refraksi Z1 Z2 Z1 Z2 Pada kasus Refleksi : Sudut datang θi = Sudut Pantul θr Pada kasus Refraksi : = Pemantulan sempurna terjadi jika Z2 > Z1 dengan sudut datang θ > θc (sudut kritis) Sudut kritis adalah sudut datang yang menimbulkan sudut refraksi 900 Reflektansi dan Transmisi Akustik R = A IR = ( )2 I0 T = A IT = I0 Hamburan adalah pantulan ke berbagai arah Penyebab : 1) Bidang permukaan kasar 2) dimensi penghambur ≤ λ sumber Absorpsi adalah konversi seluruh atau sebagian energi gelombang menjadi energi thermal / internal.

Atenuasi Akustik, Efek Doppler dan Gelombang Kejut fp = fs Jika antara sumber dan detektor membentuk sudut , maka : fp = cos Efek Doppler banyak diterapkan untuk mengevaluasi kecepatan objek yang bergerak. Gelombang Kejut (Shock Wave) Terjadi jika vsumber > c dan berlaku : sin  = Atenuasi Akustik Pelemahan energi /Intensitas gelombang transmisi karena interaksi dengan media A = A0 e-λx I = I0 e-2λx Penyebab : refleksi, hamburan dan absorpsi HVT (Half Value Thickness) HVT = ln 2/ 2  adalah koefisien atenuasi media Efek Doppler : Perubahan frekuensi detektor karena pergerakan sumber bunyi dan atau pergerakan detektor

Tabel Nilai densitas, kecepatan dan impedansi akustik jaringan biologi ρ(kg/m3) V (m/s) Z (kg/m2s = rayl) Udara 1,29 331 430 Air 1000 1480 1,48 x 106 Otak 1020 1530 1,56 x 106 Otot 1004 1580 1,64 x 106 Lemak 92 1450 1,33 x 106 Tulang 190 4040 7,68 x 106 Tabel Koefisien Absorpsi dan HVT berbagai Jaringan Biologi Jaringan Biologi Frekuensi (MHz) Koef. Absorpsii (cm)-1 HVT (cm) Otot 1 0,13 2,7 Lemak 0,8 0,05 6,9 Otak 0,11 3,2 Tulang 0,6 0,4 0,95 0,9 0,34 1,2 1,7 0,21 1,6 1,8 4,2 0,08 2,25 5,3 0,06 3,5 7,8 0,045 Air 2,5 x 10-4 1,4 x 103

Alat Pendengaran (Telinga) Parameter Bunyi yang ditangkap telinga mencakup : a. Nada  frekuensi b. Kenyaringan  intensitas c. Warna bunyi  karakteristik sbr. Bunyi Telinga sebagai alat pendengaran mencakup fungsi : A. Telinga Luar sebagai sistem detektor bunyi B. Telinga Tengah sebagai sistem transmisi, amplifikasi dan proteksi bunyi C. Telinga Dalam sebagai sistem analisis bunyi dan organ keseimbangan Proses mendengar melibatkan sistem mekanik yang menstimulasi sel-sel rambut dalam cochlea hingga timbul potensial aksi pada saraf auditory dan diteruskan ke Auditory Cortex, agar sinyal-sinyal tersebut diinterpretasi. Frekuensi resonansi pada telinga luar berkaitan dengan panjang ear canal ( 2,5 cm)  ¼ λ bunyi di udara atau sekitar 3300 Hz. Dibutuhkan vibrasi eardrum dengan taraf intensitas bunyi tertentu untuk menjangkau ambang pendengaran Pada frekuensi 1 kHz, nilai I0 selanjutnya ditetapkan sebagai intensitas ambang pendengaran yang besarnya 0 dB

Perangkat Imejing ULTRASONOGRAFI (USG) Tekanan lebih dari 160 dB atau 125 mmHg dapat merusak eardrum Tuba eustachi berperan untuk menyeimbangkan tekanan telinga tengah dan telinga bagian luar, perbedaan tekanan 60 dB dapat menimbulkan pusing. Konversi energi mekanik menjadi sinyal listrik terjadi di telinga bagian dalam. Organ yang berfungsi sebagai transducer adalah cochlea. Kurva ambang perasaan telinga manusia mempunyai taraf intensitas rata-rata 120 dB. Kenyaringan adalah besaran yang berkaitan dengan Taraf Intensitas bunyi dan frekuensi audio. Jika kenyaringan bekerja pada frekuensi 1 kHz maka nilainya sama dengan taraf intensitas bunyi. Satuan kenyaringan dinyatakan dalam phon. ULTRASONOGRAFI (USG) Perangkat Elektronik yang dapat mengkonversi gelombang ultrasonik menjadi imejing Secara Umum Perangkat ini terdiri dari : Transducer CPU Monitor Gambaran yang terlihat pada monitor merepresentasikan sifat-sifat mekanis jaringan Beroperasi dengan rentang spektrum dalam orde MHz, disesuaikan dengan resolusi jaringan biologi manusia Tidak bersifat radiasi pengion, shg tidak menimbulkan kerusakan permanen, lebih aman karena energinya dapat ditoleransi oleh jaringan. Jenis Peragaan A - Scan B – Scan M – Scan Duplex - Scan

Untuk kebutuhan sarana diagnosis penggunaan intensitas rata-rata adalah lebih kecil dari 100 mW/cm2 dengan durasi waktu 10.000 detik. Penggunaan Gelombang Ultrasonik yang lain : Diathermi (Intensitas : 0,1 – 3 W/cm2, 1 MHz) ESWL (Tekanan : 950 – 1500 bar, 0,4 MHz) Hiperthermia (Intensitas  1 kW/cm2) LATIHAN SOAL Intensitas maksimum yang dapat ditoleransi telinga pada frekuensi 1 kHz adalah sekitar 1 W/m2, bila diketahui impedansi akustik udara 430 rayl, tentukan amplitudo udara akibat perambatan gelombang akustik ini ! Sebuah garpu tala bergetar dan menimbulkan bunyi dengan persamaan : P(x,t) = a cos 2000π (t – x/1500) dyne/cm2 Tentukan : a. Frekuensi b. nilai a agar dapat didengarkan oleh telinga Peragaan USG format Dupplex pada arteri carotit, mengindikasikan data kecepatan darah 40 cm/s, kecepatan ultrasonik dalam jaringan 1500 m/s, frekuensi gelombang pantul 1% gelombang pancarnya. Tentukan sudut berkas ultrasonik terhadap arah aliran darah carotid.