ماوراء صوت (Ultrasound)
ماوراء صوت (Ultrasound)
پرتو X از لحظه كشف به استفاده عملی گذاشته شد, و در طی چند سال اول بهبود در تكنیك و دستگاه به سرعت پیشرفت كرد. برعكس, اولتراسوند در تكامل پزشكیش بطور چشمگیری كند بوده است. تكنولوژی برای ایجاد اولتراسوند و اختصاصات امواج صوتی سالها بود كه دانسته شده بود. اولین كوشش مهم برای استفاده عملی در جستجوی ناموفق برای كشتی غرق شده تیتانیك در اقیانوس اطلس شمالی در سال 1912 بكار رفت سایر كوششهای اولیه برای بكارگیری ماوراء صوت در تشخیص پزشكی به همان سرنوشت دچار شد. تكنیكها, بویژه تكنیكهای تصویرسازی, تا پژوهشهای گسترده نظامی در جنگ دوم بطور كافی بسط نداشت. سونار, Sonar (Sound Navigation And Ranging) اولین كاربرد مهم موفق بود. كاربردهای موفق پزشكی به فاصله كوتاهی پس از جنگ, در اواخر دهة 1940 و اوایل دهة 1950 شروع شد و پیشرفت پس از آن تند بود.
اختصاصات صوت
یك موج صوتی از این نظر شبیه پرتو X است كه هر دو امواج منتقل كننده انرژی هستند. یك اختلاف مهمتر این است كه پرتوهای X به سادگی از خلاء عبور می‌كنند درحالیكه صوت نیاز به محیطی برای انتقال دارد. سرعت صوت بستگی به طبیعت محیط دارد. یك روش مفید برای نمایش ماده (محیط) استفاده از ردیفهای ذرات كروی است, كه نماینده اتمها یا ملكولها هستند كه بوسیله فنرهای ریزی از هم جدا شده اند (شكل A 1-20). وقتی كه اولین ذره جلو رانده می‌شود, فنر اتصالی را حركت می‌دهد و می فشرد, به این ترتیب نیرویی به ذره مجاور وارد می آورد (شكل 1-20). این ایجاد یك واكنش زنجیره ای می‌كند ولی هر ذره كمی كمتر از همسایه خود حركت می‌كند. كشش با فشاری كه به فنر وارد می‌شود بین دو اولین ذره بیشترین است و بین هر دو تایی به طرف انتهای خط كمتر می‌شود. اگر نیروی راننده جهتش معكوس شود, ذرات نیز جهتشان معكوس می‌گردد. اگر نیرو مانند یك سنجی كه به آن ضربه وارد شده است به جلو و عقب نوسان كند, ذرات نیز با نوسان به جلو و عقب پاسخ می دهند. ذرات در شعاع صوتی به همین ترتیب عمل می‌كنند, به این معنی كه, آنها به جلو و عقب نوسان می‌كنند, ولی در طول یك مسافت كوتاه فقط چند میكرون در مایع و حتی از آن كمتر در جامد.
اگر چه هر ذره فقط چند میكرون حركت می‌كند, از شكل 1-20 می توانید ببینید كه اثر حركت آنها از راه همسایگانشان در طول خیلی بیشتری منتقل می‌شود. در همان زمان, یا تقریباً همان زمانی كه اولین ذره مسافت a را می پیماید, اثر حركت به مسافت b منتقل می‌شود. سرعت صوت با سرعتی كه نیرو از یك ملكول به دیگری منتقل می‌شود تعیین می‌گردد.
امواج طولی
ضربانات اولتراسوند در مایع به صورت امواج طولی منتقل می‌شود. اصطلاح «امواج طولی» یعنی اینكه حركت ذرات محیط به موازات جهت انتشار موج است. ملكولهای مایع هدایت كننده به جلو و عقب حركت می‌كنند و ایجاد نوارهای انقباض و انبساط (شكل 2-20) می‌كنند. جبهه موج در زمان 1 در شكل 2-20, وقتی طبل لرزنده ماده مجاور را می فشارد آغاز می‌شود. یك نوار انبساط, در زمان 2, وقتی كه طبل جهتش معكوس می‌گردد, پیدا می‌شود. هر تكرار این حركت جلو و عقب را یك سیكل (Cycle) یا دوره تناوب گویند و هر سیكل ایجاد یك موج جدید می‌كند. طول موج عبارت است از فاصله بین دو نوار انقباض, یا دو نوار انبساط, و بوسیلة علامت نشان داده می‌شود. وقتی كه موج صوتی ایجاد شد, حركت آن در جهت اولیه ادامه می یابد تا اینكه منعكس شود, منكسر شود یا جذب گردد. حركت طبل لرزان كه برحسب زمان رسم شده است, یك منحنی سینوسی را كه در طرف چپ شكل 2-20 نشان داده شده است تشكیل می‌دهد. اولتراسوند, برحسب تعریف, فركانسی بیش از 20000 سیكل بر ثانیه دارد. صوت قابل شنیدن فركانسی بین 15 و 20000 سیكل بر ثانیه دارد (فركانس میانگین صدای مرد در حدود 100 سیكل بر ثانیه و از آن زن در حدود 200 سیكل بر ثانیه می‌باشد). شعاع صوتی كه در تصویرسازی تشخیصی بكار می رود فركانسی از 000/000/1 تا 000/000/20 سیكل بر ثانیه دارد. یك سیكل بر ثانیه را یك هرتس (Hertz) گویند. یك میلیون سیكل بر ثانیه یك مگاهرتس (مختصر شده آن (MHz) است. اصطلاح هرتس به افتخار فیزیكدان مشهور آلمانی Heinrich R.Hertz می‌باشد كه در سال 1894 وفات یافت.
سرعت صوت
برای بافتهای بدن در محدودة اولتراسوند پزشكی, سرعت انتقال صوت مستقل از فركانس می‌باشد و عمدتاً بستگی به ساختمان فیزیكی ماده ای دارد كه از میان آن صوت عبور می‌كند. خواص مهم محیط منتقل كننده عبارتند از : (1) قابلیت انقباض (compressibility) و (2) چگالی (Density). جدول 1-20, سرعت صوت را در بعضی از مواد شناخته شده, از جمله چندین نوع بافت بدنی, نشان می‌دهد. مواد به ترتیب افزایش سرعت انتقال مرتب شده اند, و می توانید ببینید كه صوت در گازها از همه كندتر, در مایعات با سرعت متوسط, و از همه تندتر در اجسام جامد حركت می‌كند. ملاحظه كنید كه تمام بافتهای بدن, جز استخوان, مانند مایعات رفتار می‌كنند و بنابراین همگی صوت را تقریباً با یك سرعت منتقل می‌كنند. یك سرعت 1540 متر بر ثانیه به عنوان میانگین برای بافتهای بدن بكار می رود.