امواج التراسونیک چه ماهیتی دارند؟

التراسونیک به چه معناست؟

می دانیم که امواج صوتی نوعی ارتعاش هستند که از طریق یک محیط (Medium) منتشر می شوند. این محیط می تواند هوا، آب یا فلز باشد. موج التراسونیک نوعی موج صوتی است که به عنوان صوت نامفهوم برای انسان تعریف می شود. به طور کلی فرکانس این موج بیشتر از 20 کیلوهرتز است.

آلتراسونیک یا فراصوت از نظر خصوصیات فیزیکی با صدای طبیعی و شنیدنی تفاوتی ندارد. تنها وجه تمایز آن این است که انسان نمی تواند آن را بشنود. البته حدی که دیگر انسان توانایی شنیدن را نداشته باشد، از فردی به فرد دیگر متفاوت است.

این حد در جوانان سالم تقریباً 20 کیلوهرتز است. بنابراین دستگاه های فراصوت کاربردی، با فرکانس های 20 کیلوهرتز تا چندین گیگاهرتز کار می کنند. امواج آلتراسونیک نیز مانند امواج صوتی عادی قابلیت انتشار به صورت طولی، عرضی، سطحی و غیره را دارند.

کشف پیزوالکتریک و تولید امواج التراسونیک

به طور کلی علم صدا یا آکوستیک، از قرن 6 قبل از میلاد آغاز شده است. زمانی که فیثاغورث، تئوری هایی را در مورد خصوصیات ریاضی سازهای زهی بررسی می کرد. این دانشمند در مطالعات خود موفق به شناسایی امواج فراصوت نشد.

در سال 1794، مکانیزم مکان یابی در خفاش ها توسط “لازارو اسپالانزانی” (Lazzaro Spallanzani) کشف شد. لازارو اثبات کرد که خفاش ها نه به وسیلۀ بینایی، بلکه با صدایی نامفهوم شکار می کنند. با این حال بازهم ماهیت امواج ما فوق صوت تا سال 1893 مخفی ماند. سالی که “فرانسیس گالتون” (Francis Galton) وسیله ای به نام “سوت گالتون” را اختراع کرد.

این سوت با قابلیت تنظیم خاصی که داشت، می توانست امواج التراسونیک را تولید کند. از این وسیله برای اندازه گیری دامنۀ شنوایی انسان و سایر حیوانات استفاده شد. با استفاده از سوت گالتون، مشخص شد که بسیاری از حیوانات می توانند صداهایی بالاتر از حد شنوایی انسان را بشنوند.

با کشف اثر پیزوالکتریک توسط “ژاک و پیر کوری” در سال 1880، قدم بزرگی در تولید امواج آلتراسونیک برداشته شد. از این اثر در انواع مبدل (ترنسدیوسر) برای تولید و تشخیص امواج فراصوت در هوا و آب استفاده شد.

با این حال، اولین کاربرد تکنولوژیک التراسونیک، تلاش برای شناسایی زیردریایی ها توسط “پل لانگوین” (Paul Langevin) در سال 1917 بود. با به رسمیت شناخته شدن این موج، موج فراصوت توسط موسسۀ استاندارد ملی آمریکا به عنوان “صدایی که در فرکانس های بیشتر از 20 کیلوهرتز منتشر می شود” تعریف شد. امروزه مشخص شده است که در هوا و در فشار جو، امواج فراصوت دارای طول موج 1.9 سانتی متر یا کمتر هستند.

ادراک امواج التراسونیک در انسان

حد بالای فرکانس در انسان (تقریباً 20 کیلوهرتز) به دلیل محدودیت های گوش میانی است. گوش میانی (Middle Ear) قسمتی از گوش انسان است که در نزدیکی حلزون گوش قرار دارد. جالب است بدانید اگر فراصوت با شدت بالا مستقیماً به جمجمۀ انسان وارد شود و از طریق هدایت استخوانی، بدون عبور از گوش میانی به حلزون گوش برسد، احساس شنوایی می تواند رخ دهد.

کودکان توانایی شنیدن برخی از صداها که بزرگترها نمی توانند بشنوند را دارند. چرا که در انسان قدرت شنوایی با افزایش سن کاهش می یابد. یک شرکت تلفن همراه آمریکایی از این امر برای ایجاد نوعی سیگنال زنگ استفاده کرده است که ظاهراً فقط برای انسان های جوان قابل شنیدن بوده است!

ادراک امواج التراسونیک در حیوانات

خفاش ها برای شناسایی و مکان یابی طعمه های خود از انواع تکنیک های دامنه بندی (Ranging) اولتراسونیک استفاده می کنند. آن ها می توانند فرکانس های فراتر از 100 کیلوهرتز (احتمالاً تا 200 کیلوهرتز) را تشخیص دهند.

پس از خفاش ها، بسیاری از حشرات از شنوایی فراصوت خوبی برخوردار هستند. گروه های زیادی از پروانه ها، سوسک ها و بندپایان از این جمله هستند. دامنه شنوایی سگ ها و گربه ها نیز تا محدوده آلتراسونیک گسترش می یابد.

نهنگ های دندان دار، مانند دلفین ها، می توانند فراصوت را بشنوند و از چنین صداهایی در سیستم ناوبری خود (بایوسونار) برای جهت گیری و گرفتن طعمه استفاده کنند. خوک های دریایی با حدود 160 کیلوهرتز، بالاترین حد بالاییِ شنوایی را در آبزیان دارند.

امروزه در برخی کشورها، سیستم های مولد التراسونیک به عنوان دستگاه های کنترل آفات فروخته می شوند. ادعا می شود که این دستگاه ها جوندگان و حشرات را می ترساند، اما هیچ مدرک علمی در مورد کارکرد این دستگاه ها وجود ندارد.

تولید آلتراسونیک با استفاده از مبدل

مبدل التراسونیک ابزاری است که برای تبدیل نوع دیگری از انرژی به ارتعاش فراصوت استفاده می شود. در عصر حاضر، امواج اولتراسونیک معمولا با مبدل هایی تولید می شوند که با اثر مغناطیسی یا اثر پیزوالکتریک کار می کنند. از مبدل های مغناطیسی می توان برای تولید امواج با شدت بالا در محدوده 20-40 کیلوهرتز برای تمیزکاری اولتراسونیک و سایر کاربردهای مکانیکی استفاده کرد.

در حالی که برای تصویربرداری فراصوتی در پزشکی (سونوگرافی)، از مواد پیزوالکتریک استفاده می شود. در این کاربردها معمولاً از فرکانس های آلتراسونیک بسیار بالاتر، در محدودۀ 1-20 مگاهرتز استفاده می شود. چنین امواجی با استفاده از اعمالِ خروجیِ یک نوسان ساز (Oscillator) الکترونیکی به یک ویفر نازک پیزوالکتریک استفاده می شود.

فرکانس های بالاتر، دارای طول موج کوتاه تر و در نتیجه وضوح بالاتری برای فرایند تصویربرداری هستند. رزولوشن هر فرآیند تصویربرداری، توسط پراش طول موج مورد استفاده تعیین می شود.

مبدل های پیزوالکتریک چگونه کار می کنند؟

تا حد زیادی محبوب ترین و همه کاره ترین نوع مبدل های التراسونیک، انواع کریستال پیزوالکتریک هستند. در این مواد، میدان الکتریکی نوسانی اعمال شده به کریستال، به یک لرزش مکانیکی تبدیل می شود.

بلورهای پیزوالکتریک شامل کوارتز، نمک روشل (Rochelle salt) و انواع خاصی از سرامیک ها هستند. این مبدل ها به راحتی در تمام دامنۀ فرکانسی صوت به کار می روند. معمولا برای کاربردهای خاص، از پیزوالکتریک هایی با اشکال خاص استفاده می شود.

برای مثال، یک شکل دیسک مانند، یک موج آلتراسونیک صفحه ای را فراهم می کند. در حالی که سطوح منحنی، امواجی با شکل مقعر یا کاسه ای ایجاد می کنند. بدیهی است که امواج مقعر قابلیت تمرکز در یک نقطۀ خاص را خواهند داشت.

یکی از پیزوالکتریک های معروف صنعتی، “تیتانات زیرکونات سرب” است. لازم به ذکر است که هردو مبدل های پیزوالکتریک و مغناطیسی، قابلیت استفاده به عنوان گیرنده های فراصوت را نیز دارند. به این معنی که یک ارتعاش فراصوت را دریافت کرده و آن را به یک نوسان الکتریکی تبدیل می کنند. به اینگونه ابزارها، حسگر آلتراسونیک گفته می شود.

اساس کار مبدل های مغناطیسی به چه صورتی است؟

یک مبدل مغناطیسی از نوعی ماده مغناطیسی ساخته می شود که با اعمال یک میدان مغناطیسی نوسانی، اتم های آن به هم فشرده می شوند. این فشردگی یک سری تغییرات دوره ای در طول ماده ایجاد می کند. در نتیجه یک لرزش مکانیکی با فرکانس بالا به وجود می آید.

پیش تر نیز گفتیم که مبدل های مغناطیسی در درجۀ اول در دامنۀ فرکانس پایین تر به کار می روند. از این رو استفاده از آن ها در دستگاه های ماشینکاری یا پاک کننده التراسونیک، متداول تر است.

کاربردهای امواج التراسونیک

ایجاد و کنترل اثر کاویتاسیون

یکی از زمینه های مهم مطالعات علمی که التراسونیک در آن تأثیر زیادی داشته است، کاویتاسیون یا ایجاد حفره (Cavitation) است. هنگامی که آب جوشانده می شود، حباب هایی در ته ظرف ایجاد می شود. سپس در آب بالا می روند. در نهایت این حباب ها منفجر می شوند و صدای خاص جوشش آب را تولید می کنند.

این روند جوشش و صداهای حاصل از آن، از ابتدای مشاهده شدن افراد را شیفته خود کرد. از این رو این موضوع مورد توجه فیزیکدانان انگلیسی “آزبورن رینولدز” (Osborne Reynolds) و “لرد ریلی” (Lord Rayleigh) قرار گرفت.

این دو، اصطلاح کاویتاسیون را در روند تشکیل حباب ها به کار بردند. از آن جا مشخص شد که از امواج التراسونیک می توان برای ایجاد و کنترل دقیق فرایند کاویتاسیون استفاده کرد. لذا از این امواج به طور گسترده برای مطالعۀ نیروهای بین مولکولی در مواد مختلف استفاده می شود. شکل زیر مناطق ایجاد کاویتاسیون را با توجه به فرکانس و طول موج اولتراسونیک نشان می دهد.

یکی از موضوعات پژوهشی جذاب در عصر حاضر، انتشار نور از طریق نابودی یک حفرۀ تولیدی توسط موج اولتراسونیک با شدت بالا است. این اثر که سونولومینسانس (Sonoluminescence) نامیده می شود، می تواند دماهای لحظه ای گرم تر از سطح خورشید ایجاد کند!

ردیابی و پیمایش

امروزه کاربردهای خاصی از امواج مافوق صوت موسوم به SONAR (Sound Navigation And Ranging) در حوزۀ دریایی، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در این کاربردها، با ارسال پالس های صوتی یا فراصوتی و اندازه گیری زمان لازم برای انعکاس پالس ها از یک جسم دور و بازگشت به منبع، می توان محل آن جسم را تشخیص داد و حرکت آن را پیگیری کرد.

از این فرایند، برای ردیابی زیردریایی ها و یافتن مین های منفجره در زیر سطح آب به طور گسترده استفاده می شود. جالب است بدانید دو قایق (یا زیردریایی) در مکان های شناخته شده، می توانند از مثلث فراصوتی برای تعیین مکان و ردیابی قایق (یا زیردریایی) سوم استفاده کنند.

محدودۀ فاصله ای که می توان از این تکنیک ها استفاده کرد، بستگی به گرادیان های دمایی موجود در آب دارد. این گرادیان ها موج را از سطح خم کرده و مناطقی موسوم به سایه ایجاد می کند.

به دلیل فرکانس های بالاتر (یا طول موج کوتاه تر)، امواج آلتراسونیک فاصله های بیشتری را با پراش کمتری طی می کنند. یکی از مزایای امواج مافوق صوت نسبت به امواج صوتی در کاربردهای دریایی همین نکته است.

دامنه بندی (Ranging)

از فرایند رنجینگ برای نقشه برداری از کف اقیانوس استفاده می شود. این فرایند، نمودارهای عمقی مطلوبی را ارائه می دهد. این نمودارها معمولاً در ناوبری (به ویژه در نزدیکی سواحل و آبراه های کم عمق) استفاده می شود.

امروزه حتی قایق های کوچک نیز مجهز به ابزار رنجینگ امواج صوتی هستند که عمق آب را تعیین و نمایش می دهند. این ابزارهای ناوبری باعث آگاهی قایق رانان از ساحل هایی با ماسه های شناور یا نقاط کم عمق می شود.

اثر داپلر (Doppler Effect)

اگر یک موج اولتراسونیک از یک مانع در حال حرکت منعکس شود، فرکانس موج حاصل تغییر می کند. به این پدیده اثر داپلر یا شیفت داپلر گفته می شود. به طور دقیق تر، اگر مانع در حال حرکت به سمت منبع باشد، فرکانس موج منعکس شده افزایش می یابد. همچنین اگر مانع از منبع دور شود، فرکانس موج منعکس شده کاهش می یابد.

از مقدار تغییر فرکانس می توان برای تعیین سرعت مانع در حال حرکت استفاده کرد. مثلا در رادارها با استفاده از همین اثر، از یک موج الکترومغناطیسی برای تعیین سرعت اتومبیل یا زیردریایی در حال حرکت استفاده می شود.

یک کاربرد مهم صنعتی، جریان سنج التراسونیک است که در آن، بازتاب التراسونیک از مایع در حال حرکت منجر به اثر داپلر می شود. این اثر برای تعیین سرعت جریان مایع کالیبره می شود. این روش همچنین در جریان سنجی خون در رگ ها استفاده می شود.

تست غیرمخرب مواد

از مکان یابی اولتراسونیک، می توان برای جمع آوری اطلاعات در مورد یکپارچگی سازه های مکانیکی استفاده کرد. ناهمگنی ساختاری در مواد، منجر به عدم تطابق در انعکاس امواج فراصوت می شود. یعنی پس از برخورد این امواج به فصل مشترک قطعه و ناپوستگی، بخشی از موج اصلی منعکس می شود. به شناسایی عیوب قطعات از این روش، تست غیر مخرب UT (Ultrasonic Test) گفته می شود.

16

دقیــقه مطالعه

بازرسی فراصوتی (تست التراسونیک UT)

در تست التراسونیک UT، امواج فراصوتی با دامنه بین ۵ تا ۲۵ مگاهرتز، توسط یک مولد ص...

می توان از تست اولتراسونیک برای شناسایی نقص های متالورژیکی، حفرات، ترک ها، آثار خوردگی در مواد، بررسی جوش ها، تعیین کیفیت بتن ریخته شده و نظارت بر خستگی فلزات استفاده کرد. امروزه کاربرد اصلی این تست، انجام بازرسی ضمن کار در راکتورها و سازه های هسته ای است.

تمیزکاری آلتراسونیک

یکی از متداول ترین کاربردهای آلتراسونیک، تمیزکاری است. در این موارد، ارتعاشات فراصوت به مخازن مایع کوچک اعمال می شود. این امواج سبب اثر کاویتاسیون و تلاطم می شود.  از این طریق، اشیای مورد نظری که درون مخزن هستند، تا حدود زیادی چربی زدایی و تمیز می شوند.

تمیزکاری التراسونیک جواهرات بسیار محبوب است. همچنین برای دندان مصنوعی، ابزار جراحی و ماشین آلات کوچک نیز استفاده می شود. برای مقیاس های بزرگ و در خطوط مونتاژ، از پاک کننده های اولتراسونیک با شدت بالا می توان استفاده کرد.

ماشینکاری التراسونیک

در این فرایندها از ارتعاشات شدید مبدل فراصوت، برای حرکت یک ابزار ماشین استفاده می شود. در صورت لزوم، می توان دوغاب حاوی شن مروارید (Carborundum Grit) را نیز به کار گرفت. البته از ابزارهای الماسه نیز می توان استفاده کرد.

یک نوع خاص از این روش، حفاری اولتراسونیک است. در این فرایند از ارتعاشات پنوماتیک در فرکانس های اولتراسونیک، به جای متۀ استاندارد چرخشی استفاده می شود. از این طریق، می توان سوراخ هایی با اشکال دلخواه در مواد سخت یا شکننده مانند انواع سرامیک، شیشه یا ژرمانیوم ایجاد کرد.

لحیم کاری التراسونیک

این روش برای لحیم کاری مواد غیرمعمول (یا دشوار) و همچنین برای کاربردهای بسیار تمیز به کار می رود. در این فرایند، ابتدا ارتعاشات فراصوت، عمل پاک کنندگی سطح را انجام می دهند. این امواج حتی لایۀ اکسید روی آلومینیوم را نیز از بین می برند تا آلومینیوم بتواند لحیم شود. از آنجا که می توان سطوحی کاملاً تمیز و عاری از لایۀ اکسید به دست آورد، دیگر نیازی به فلاکس لحیم کاری نخواهد بود.

جوشکاری التراسونیک

کاربرد اصلی جوشکاری التراسونیک، اتصال قطعات پلاستیکی است. اما برای اتصال فلزات به پلاستیک ها و مغزی دادن فلز در داخل پلاستیک پس از قالب گیری و اتصال مواد غیر هم جنس به یکدیگر نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

در جوشکاری آلتراسونیک، با قرارگیری قطعات در معرض حرکت ارتعاشی با فرکانس ثابت در حدود 10 تا 40 کیلوهرتز، گرما ایجاد می شود و اتصال صورت می گیرد. دامنۀ این حرکت ارتعاشی عموما بین 20 تا 40 میکرومتر تغییر می کند.

معمولا در این روش جوشکاری، حین اعمال امواج، دو قطعه با کمک سیستم پنوماتیک به هم فشرده می شوند تا آمیزش مولکولی به حداکثر برسد. در شکل زیر دستگاه جوش اولتراسونیک را می بینید.

دوخت التراسونیک

امواج ما فوق صوت طول موج کوتاهی دارند. از این رو هنگامی که متراکم شوند، مانند یک دستگاه حرارتی و یا پرس عمل می کنند. لذا اگر پارچه در زیر دستگاه دوخت اولتراسونیک قرار ‌گیرد، باعث می‌ شود متریال آن با هم گرم و مخلوط شوند و فرایند دوخت انجام گیرد. دوخت صنعتی به این روش توسط چرخ خاصی به نام چرخ التراسونیک انجام می‌ شود. دوخت با این روش بسیار تمیز است و اضافات پارچه به حداقل می رسد.

کاربردهای شیمیایی

اثرات شیمیایی فراصوت، از تخلیۀ الکتریکی ناشی از فرایند کاویتاسیون ناشی می شود. این پدیده، می تواند مبنایی برای عملکرد آلتراسونیک، به عنوان کاتالیزور در برخی واکنش های شیمیایی باشد. واکنش هایی نظیر اکسیداسیون، احیا، هیدرولیز، پلیمریزاسیون، دپلیمریزاسیون و بازآرایی مولکولی. با استفاده از این خاصیت التراسونیک، برخی از فرآیندهای شیمیایی را می توان با سرعت بیشتر و در دماهای پایین تری انجام داد.

کاربردهای الکتریکی

در این جا باید با مفهومی به نام “خط تأخیر التراسونیک” (Ultrasonic Delay Line) آشنا شویم. این عبارت، به یک لایه نازک از جنس مواد پیزوالکتریک اشاره دارد که برای تولید یک تأخیر دقیق و کوتاه در سیگنال های الکتریکی استفاده می شود.

در ابتدا سیگنال الکتریکی در بلور پیزوالکتریک ارتعاش مکانیکی ایجاد می کند. این ارتعاش در طول بلور عبور کرده و دوباره به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. با ساخت یک کریستال با ضخامت مناسب، می توان تاخیر زمانی بسیار دقیقی را به دست آورد. این دستگاه ها در مدارهای زمان بندی الکترونیکی سریع استفاده می شوند.

تشخیص پزشکی با امواج فراصوت

سرعت انتشار یک موج فراصوت، به شدت به ویسکوزیته محیط بستگی دارد. همین خاصیت می تواند ابزاری مفید در بررسی ویسکوزیته مواد باشد. از آن جا که قسمت های مختلف سلول زنده، ویسکوزیته های مختلفی دارند، یک میکروسکوپ صوتی یا ابزار سونوگرافی، می تواند از این ویژگی سلول ها برای شناسایی سلول های زنده استفاده کند.

16

دقیــقه مطالعه

همه چیز درباره ویسکوزیته (viscosity) یا گرانروی

احتمالا تابه‌حال بارها و بارها اصطلاح ویسکوزیته را شنیده و در اصطلاحات روزمره از...

با این حال، بسیاری از تصویربرداری های تشخیصی در پزشکی با اشعۀ ایکس انجام می شود. به دلیل انرژی فوتونی بالای اشعۀ ایکس، این نوع تابش بسیار یونیزه است. یعنی زمانی که اشعۀ ایکس از بافت های بدن عبور می کند، به راحتی قادر به از بین بردن پیوندهای مولکولی است. بدیهی است که این تخریب، می تواند منجر به تغییر عملکرد بافت درگیر یا در موارد شدید، نابودی آن شود.

یکی از مزایای مهم فراصوت این است که یک نوع ارتعاش مکانیکی است. یعنی نوعی انرژی غیر یونیزه کننده است. لذا در بسیاری از شرایط حساس که ممکن است اشعه ایکس آسیب رسان باشد، قابلیت استفاده را دارد.

همچنین، رزولوشن و تفکیک پذیری اشعه ایکس، به دلیل توانایی نفوذ زیاد آن و تفاوت های جزئی بین بافت های نرم، محدود است. اما تصاویر سونوگرافی تمایز خوبی بین انواع مختلف بافت نرم ایجاد می کنند.

مزیت دیگر این است که قابلیت مطالعۀ حرکت داپلر را دیگر تکنیک ها ندارند. علاوه بر این، در میان تکنیک های مدرن تصویربرداری از اندام های داخلی، دستگاه های اولتراسونیک کمترین هزینه را دارند.

اساس کار سونوگرافی

اسکن اولتراسونیک در تشخیص پزشکی از همان اصل SONAR استفاده می کند. پالس های سونوگرافی با فرکانس بالا (به طور کلی بالاتر از یک مگاهرتز)  توسط یک مبدل پیزوالکتریک ایجاد شده و به بدن هدایت می شوند.

از آن جا که آلتراسونیک از اندام های داخلی مختلف عبور می کند، دستخوش تغییراتی در امپدانس صوتی قرار می گیرد که باعث انعکاس یا بازتاب آن می شود (مانند تست UT). مقدار و تأخیر زمانی بازتاب های مختلف را می توان برای به دست آوردن اطلاعات در مورد اندام های داخلی تجزیه و تحلیل کرد.

انواع روش های اسکن

به طور کلی سه روش اسکن در سونوگرافی وجود دارد. در حالت B-scan، از یک آرایۀ خطی مبدل برای اسکن یک صفحه (Plane) در بدن استفاده می شود. داده های حاصل به عنوان یک طرح دو بعدی روی صفحه تلویزیون نمایش داده می شود.

در روش A-scan از یک مبدل واحد برای اسکن در امتداد یک خط در بدن استفاده می کند و پژواک ها به عنوان تابعی از زمان رسم می شوند. این روش برای اندازه گیری فاصله یا اندازه اندام های داخلی استفاده می شود.

یک حالت دیگر به نام M-scan وجود دارد که برای ثبت حرکت اندام های داخلی استفاده می شود. برای مثال اگر قصد بررسی اختلال عملکرد قلب را داشته باشیم، باید از M-scan استفاده کنیم.

پیش از این نیز گفتیم که وضوح بیشتر در تصویربرداری اولتراسونیک، با استفاده از فرکانس های بالاتر و طول موج های کوتاه تر بدست می آید. به هر حال یکی از محدودیت های امواج فراصوت این است که فرکانس های بالاتر به شدت جذب می شوند.

تشخیص در حوزۀ زنان و زایمان

از آنجا که امواج فراصوت خاصیت یونیزه کنندگی ندارند، سونوگرافی به یکی از اصلی ترین موارد تشخیص در حوزۀ زنان و زایمان تبدیل شده است. آمنیوتیک (Amniotic Fluid) یک مایع است که برای تست نقص مادرزادی استفاده می شود.

در زمان کشیدن مایع آمنیوتیک، از تصویربرداری اولتراسونیک برای هدایت سوزن و در نتیجه جلوگیری از آسیب به جنین یا بافت های اطراف استفاده می شود. از سونوگرافی از جنین می توان برای تعیین تاریخ بارداری، تشخیص ناهنجاری در رشد جنین و استخراج اطلاعات مفید دیگری استفاده کرد.

درمان و جراحی

از آن جا که فراصوت یک ارتعاش مکانیکی است، می تواند در فرکانس های بالا به خوبی متمرکز شود. از این رو، قابلیت به کارگیری آن برای ایجاد گرمایش موضعی در بافت های بدن وجود دارد. این حرارت های موضعی عمدتا مشکلی ایجاد نمی کنند.

از امواج مافوق صوت می توان برای تسکین درد در مفاصل، به ویژه در پشت و شانه استفاده کرد. همچنین، اکنون تحقیقات در مورد درمان انواع خاصی از سرطان با گرمایش موضعی در حال انجام است. چرا که تمرکز امواج فراصوت شدید، می تواند فقط ناحیۀ تومور را گرم کند. در حالی که بر بافت اطراف تأثیری نمی گذارد.

یکی از کاربردهای جالب دیگر، جراحی بدون قابلیت ردیابی (Trackless Surgery) است. یعنی نوعی جراحی که نیازی به برش پوست تا ناحیۀ آسیب دیده ندارد. برای مثال، از التراسونیک متمرکز برای درمان بیماری “پارکینسون” استفاده می شود. در این فرایند، با ایجاد ضایعات مغزی در مناطقی که در جراحی عادی غیرقابل دسترس هستند، به درمان این بیماری سرعت می بخشند.

یکی دیگر از کاربردهای معمول این روش، تخریب سنگ کلیه است. در برخی موارد، دستگاهی به نام لیتوتریپتر اولتراسونیک (Ultrasonic Lithotripter) فراصوت را با کمک اشعۀ ایکس متمرکز می کند.

هشدارهای ایمنی

افرادی که به علت شغل خاصشان، با امواج مافوق صوت سرو کار دارند، لازم است بدانند شدت های صوتی بیش از 120 دسی بل، ممکن است منجر به کاهش شنوایی شود. قرار گرفتن در معرض امواجی با شدت بیش از 155 دسی بل، ممکن است اثرات گرمایشی برای بدن انسان ایجاد کند. در نهایت قرار گرفتن در معرض امواجی با شدت بیش از 180 دسی بل، ممکن است منجر به مرگ شود.

جمع بندی

حتما پیش از خواندن این مقاله، نام دستگاه سونوگرافی را شنیده بودید. حال می دانید که این دستگاه از امواج التراسونیک برای تشخیص و شناسایی استفاده می کند و به طور مختصر با اساس کار آن آشنا شده اید. امروزه سونوگرافی نیز پا به پای دیگر روش های تصویربرداری پزشکی، مانند تکنیک های اشعه ایکس و تصویربرداری MRI در حال حرکت است.

در این مقاله دیدیم که از امواج فراصوت در آزمایش غیر مخرب سازه ها نیز برای تشخیص نقص های نامرئی استفاده می شود. از نظر صنعتی، آلتراسونیک در تمیزکاری، مخلوط کردن و تسریع فرآیندهای شیمیایی هم به کار می رود. حتی حیواناتی مانند خفاش و خوک های دریایی از امواج فراصوت برای مکان یابی طعمه ها و موانع خود استفاده می کنند. شما چه کاربردهای دیگری از این امواج می شناسید؟ برای ما بنویسید.

منابع

Novelline R (1997). Squire’s Fundamentals of Radiology (5th ed.). Harvard University Press. pp. 34–35. ISBN 978-0-674-83339-5.

Pollet B (2012). “Chapter 1”. Power Ultrasound in Electrochemistry: From Versatile Laboratory Tool to Engineering Solution. John Wiley & Sons. ISBN 978-1-119-96786-6.

Surlykke A, Miller LA (2001). “How some insects detect and avoid being eaten by bats: Tactics and counter tactics of prey and predator”. BioScience. 51 (7): 570.

Krantz L (2009). Power of the Dog: Things Your Dog Can Do That You Can’t. MacMillan. pp. 35–37. ISBN 978-0312567224.

www.britannica.com