KULIAH I TEKNIK DASAR USG: SEJARAH

Sebelum tahun 1900/akhir tahun 1800

Sejarah ultrasonografi (USG) berawal dari pemanfaatan gelombang suara frekuensi tinggi dalam bidang fisika dan kelautan. Pada awal abad ke-20, prinsip gelombang ultrasonik mulai dipelajari setelah ditemukannya efek piezoelektrik oleh Jacques dan Pierre Curie pada tahun 1880. Mereka mengamati bahwa kristal tertentu (seperti kuarsa) dapat menghasilkan muatan listrik ketika diberikan tekanan mekanik. Tidak lama kemudian ditemukan pula kebalikannya, yaitu jika kristal tersebut diberi arus listrik, ia akan bergetar dan menghasilkan gelombang suara berfrekuensi sangat tinggi (ultrasonik).  Prinsip inilah yang kemudian menjadi dasar kerja transduser USG modern.

Kata piezo berasal dari bahasa Yunani piezein yang berarti “menekan”. Efek piezoelektrik adalah fenomena fisika di mana material tertentu menghasilkan muatan listrik ketika diberi tekanan mekanik, dan sebaliknya akan mengalami deformasi (bergetar) ketika diberi tegangan listrik.

Tegangan listrik → menghasilkan getaran mekanik

Jika kristal diberi arus listrik bolak-balik (AC), kristal akan:

• Mengembang
• Mengkerut
• Bergetar sangat cepat

Tahun 1900 an awal

Jadi, ketika kristal piezoelektrik diberikan arus listrik bolak-balik (alternating current/AC), kristal tersebut akan mengalami ekspansi dan kontraksi secara sangat cepat. Getaran periodik inilah yang menghasilkan gelombang suara. Jika frekuensi getaran melebihi 20.000 Hz (20 kHz), maka gelombang tersebut disebut ultrasonik, karena berada di atas ambang pendengaran manusia. Getaran inilah yang menjadi prinsip utama kerja transduser USG. 

Perkembangan teknologi yang kemudian menjadi cikal bakal USG medis memang sangat erat kaitannya dengan teknologi SONAR (Sound Navigation and Ranging) dalam bidang militer.

Awalnya, penelitian tentang deteksi objek di dalam air mulai berkembang setelah tragedi tenggelamnya RMS Titanic pada tahun 1912. Peristiwa tersebut mendorong para ilmuwan untuk mencari metode mendeteksi gunung es dan objek bawah laut. Salah satu tokoh penting pada fase awal ini adalah Paul Langevin, yang sekitar tahun 1915–1917 (Perang Dunia I) mengembangkan sistem deteksi bawah laut berbasis gelombang ultrasonik menggunakan kristal kuarsa. Sistem ini memanfaatkan prinsip piezoelektrik untuk menghasilkan dan menerima gelombang suara berfrekuensi tinggi di dalam air.

Pada masa Perang Dunia II (1939–1945), teknologi SONAR berkembang jauh lebih pesat. Negara-negara seperti Inggris, Amerika Serikat, dan Jerman menyempurnakan sistem ini untuk mendeteksi kapal selam musuh. Prinsip kerjanya sederhana tetapi revolusioner:

1. Perangkat memancarkan pulsa gelombang suara ke dalam air.
2. Gelombang merambat hingga mengenai objek (misalnya kapal selam).
3. Gelombang dipantulkan kembali sebagai echo.
4. Sistem menghitung waktu tempuh gelombang untuk menentukan jarak objek.

Setelah perang berakhir, para ilmuwan mulai menyadari bahwa prinsip yang sama dapat diterapkan bukan hanya di air laut, tetapi juga pada jaringan biologis. Tubuh manusia, seperti air, dapat menghantarkan gelombang suara. Jika gelombang dapat dipantulkan oleh kapal selam, maka secara teori gelombang juga dapat dipantulkan oleh organ tubuh.

Tahun 1940 an

Memasuki akhir 1940-an hingga awal 1950-an, beberapa peneliti mulai bereksperimen menggunakan gelombang ultrasonik untuk mendeteksi tumor dan struktur internal tubuh. Salah satu pelopor penting dalam aplikasi medis adalah Ian Donald di Skotlandia pada pertengahan 1950-an, yang menggunakan prinsip pantulan gelombang untuk mengevaluasi massa abdomen dan kehamilan.

Jadi secara kronologis:

• 1880 → Penemuan efek piezoelektrik
• 1915–1917 → Pengembangan awal SONAR (PD I)
• 1939–1945 → Penyempurnaan SONAR (PD II)
• Akhir 1940-an–1950-an → Adaptasi konsep pulse-echo ke bidang medis

Dari sinilah lahir ultrasonografi diagnostik, yang pada dasarnya merupakan “adaptasi medis” dari teknologi deteksi kapal selam.