فراصوت

left
فراصوت یا اولتراساوند ، به امواج صوتی گفته می‌شود که دارای بسامدی بیشتر از بازه بسامدی شنوایی انسان هستند.
بازه بسامدی شنوایی افراد متفاوت است و با بالا رفتن سن این بازه کاهش می‌یابد، ولی معمولا بالاترین فرکانس شنوایی انسان حدود ۲۰ یا ۲۵ کیلوهرتز در نظر گرفته می‌شود. نقطه مقابل این امواج، امواج فروصوت یا (مادون صوت) هستند که دارای بسامد زیر حد پایین فرکانس شنوایی انسان (حدود ۲۰ هرتز) هستند. اصطلاح فراصوت، نباید با مافوق صوت که برای سرعت حرکت بالاتر از سرعت صوت استفاده می‌شود، اشتباه گرفته شود.
تاریخچه
گالتون سوت، یکی از اولین دستگاه‌های تولید سونوگرافی است
در سال ۱۸۷۶ میلادی، فرانسیس گالتون برای اولین بار پی بوجود امواج فراصوت برد. گالتن با ساخت و آزمایش سوتی توانست اصواتی با بسامدی بالاتر از محدوده شنوایی انسان (فراصوت) تولید نماید. در زمان جنگ جهانی اول کشور انگلستان برای کمک به جلوگیری از غرق شدن غم انگیز کشتی‌هایش توسط زیردریاییهای کشور آلمان در اقیانوس آتلانتیک شمالی دستگاه کشف‌کننده زیردریایی‌ها به کمک امواج صوتی به نام سونار ابداع کرد. این دستگاه امواج فراصوت تولید می‌کرد که در پیدا کردن مسیر کشتیها استفاده می‌شد. این تکنیک در زمان جنگ جهانی دوم تکمیل گردید و بعدها بطور گسترده‌ای در صنعت این کشور برای آشکارسازی شکافها در فلزات و سایر موارد مورد استفاده قرار می‌گرفت. از کاربرد بخصوصی که انعکاس صوت در جنگ و صنعت داشت سونار به علم پزشکی وارد شد و تبدیل به یک وسیله تشخیصی بزرگ در علم پزشکی گردید.
از جمله ضعف‌ها و محدودیت‌های این روش، عدم عبور این امواج از استخوان و گاز و هوا می‌باشد که باعث شده روش ایده‌آلی برای تصویر برداری از سینه و ریه و روده (بخاطر وجود گازهای روده‌ای) و ساختمان‌های داخلی‌تر، همچون آئورت و لوزالمعده، نباشد. همچنین بعلت تضعیف این امواج در بافت‌های بدن، این روش برای تصویربرداری از اعضای داخلی بدن افراد بسیار چاق، غیرقابل استفاده می‌باشد.
کاربردها
انسان
یک پزشک نیروی دریایی آمریکا در حال معاینه یک نوجوان با سونوگرافی
بر اساس آمارگیری انجام شده اولتراسوند (امواج فراصوت) بیشترین کاربرد را نسبت به سایر روش‌های تصویربرداری، دارد که قطعا ایمنی بالا و عدم استفاده از اشعه‌های یونیزه‌کننده از یک طرف، هزینه پایین و حمل و نقل آسان، از سوی دیگر، در کنار ویژگی‌های کم‌نظیری همچون ارائه تصویر به صورت بلادرنگ که کاربرد زیادی در جراحی و … دارد، دلیل این همه استفاده از این روش می‌باشد. اگرچه ضعف‌های این روش، گاهی ما را به سمت استفاده از روش بسیار گران قیمت ام‌آرآی، یا استفاده از روش کم ایمنی CT سوق می‌دهند.
تصویری از یک جنین،گرفته شده توسط امواج فراصوت
کاربرد تشخیصی سونوگرافی
بیماریهای زنان و زایمان مانند بررسی قلب جنین، اندازه‌گیری قطر سر (سن جنین)، تشخیص جنسیت جنین، بررسی جایگاه اتصال جفت و محل ناف، تومورهای پستان. این امواج به علت اینکه مانند تشعشعات یونیزان عمل نمی‌کنند؛ بنابراین برای زنان و کودکان بی‌خطر می‌باشند.
بیماریهای مغز و اعصاب مانند بررسی تومور مغزی، خون‌ریزی مغزی به صورت اکوگرام مغزی یا اکوانسفالوگرافی.
بیماری‌های چشم مانند تشخیص اجسام خارجی در درون چشم، تومور عصبی، خون‌ریزی شبکیه، اندازه‌گیری قطر چشم، فاصله عدسی از شبکیه.
بیماریهای کبدی مانند بررسی کیست و آبسه کبدی.
بیماری‌های قلبی مانند بررسی اکوکار دیوگرافی.
دندانپزشکی مانند اندازه‌گیری ضخامت بافت نرم در حفره‌های دهانی.
کاربرد درمانی (سونوتراپی)
از فراصوت با بسامدهای متغیر و پایین در فیزیو تراپی برای کاهش التهاب و درد استفاده می‌شود. همچنین از کاربرد گرمایی را می‌توان نام برد. برای مثال به منظور سوزاندن تومور و همچنین در مواردی به منظور تحریک نورون‌ها در بیماری‌های نورولوژیکی از امواج فراصوت استفاده می‌شود.
حیوانات
خفاش‌ها انواع مختلفی از تکنیک‌های فراصوت ( پژواک‌یابی در جانوران ) را برای تشخیص شکار خود استفاده می‌کنند. آن‌ها می‌توانند فرکانس‌های فراتر از ۱۰۰ کیلوهرتز، احتمالا تا ۲۰۰ کیلوهرتز را تشخیص دهند.
کاربردهای آزمایشگاهی و صنایع غذایی
از آنجا که همگن سازی محلول‌های ویسکوز، ترکیبات نانو، محلول‌های پلیمری و … توسط همزن‌های مکانیکی به سختی صورت می‌گیرد یا محدودیت فنی وجود دارد، استفاده از هموژنایزر اولتراسونیک سبب تهیه محلول‌های کاملا یکنواختی از موارد فوق می‌شود. در واقع با استفاده از قابلیت‌های امواج فراصوت می‌توان ذرات مایع یا جامد سخت یا نرم را به‌طور مناسب همگن نمود.
کاربردهای صنعتی
آزمون فراصوت یکی از روش‌های آزمون‌های غیر مخرب است. در این روش امواج فراصوت با فرکانس بالا و با دامنه کم به داخل قطعه فرستاده می‌شوند. این امواج پس از برخورد به هر گسستگی بازتابیده می‌شوند. از روی دامنه و زمان بازگشت این امواج می‌توان به مشخصه‌های این گسستگی پی برد. از کاربردهای این روش می‌توان به اندازه‌گیری ضخامت و تشخیص عیوب موجود در قطعات نام برد. یکی از امتیازات مهم این روش توانایی آن در تشخیص عیوب بسیار کوچک به علت فرکانس بالای این امواج و در نتیجه طول موج بسیار کوچک آن‌ها است.
کاربردهای امنیتی
در سامانه‌های امنیتی اماکن و خودروها از حسگر فراصوت برای تشخیص حرکت اشیاء به وفور استفاده می‌شود. پلیس از این سیستم برای کنترل سرعت خودروها استفاده می‌کند.
رادار
در کشتی‌ها و زیر در یایی‌ها از این سیستم برای کنترل عمق دریا و پی بردن به وجود اشیاء داخل آب استفاده می‌شود. از رادارهای اولترا سونیک برای پی بردن به وجود اشیاء پرنده نیز استفاده می‌گردد.
لوازم منزل
پژوهشگران روشی نوین برای خارج کردن رطوبت البسه با استفاده از امواج فراصوت توسعه دادند. این روش نسبت به استفاده از گرما هم انرژی کمتری مصرف می‌کند هم بسیار سریع‌تر لباس‌ها و پارچه‌ها را خشک می‌کند .
فروصوت
زبرصوت