فراصوت

فراصوت (فراصدا، فراآوا، فراشنوایی) یا اولتراسوند ، 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 معمولاً 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 زبرصوت  که برای سرعت حرکت بالاتر از سرعت صوت استفاده می‌شود، اشتباه گرفته شود.

تاریخچه 

در سال ۱۸۷۶ میلادی، فرانسیس گالتون برای اولین بار پی به وجود امواج فراصوت برد. گالتن با ساخت و آزمایش صوتی 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 به‌طور 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 داخلی تر، 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 

بر اساس آمارگیری انجام شده اولتراسوند (امواج فراصوت) بیشترین کاربرد را نسبت به سایر روش‌های تصویربرداری، دارد که قطعاً 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 بِلادرنگ 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.

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.
سونوگرافی در فیزیوتراپی مانند مشاهده و بررسی بافت نرم   عضلانی و یافتن مناطق دچار اسپاسم در عضلات و تریگر پوینت های عضلانی (نقاط ماشه ای)

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.

کاردبرد در فیزیوتراپی 
استفاده از دستگاه اولتراسوند یا اولتراسوندتراپی یکی از روش­های متداول درمانی است که تاثیر زیادی بر بهبودی شرایط بیمار گذاشته و در کلینیک‌های فیزیوتراپی از آن استفاده می­‌شود. بیشترین کاربرد اولتراسوند در رفع گرفتگی‌های عضلانی و کاهش تورم مفاصل است. برای مثال گرفتگی‌های عضلات اطراف گردن و ناحیه کمر که مشکلات زیادی را برای بیماران بوجود می‌آورند، بوسیله اولتراسوند بهبود پیدا می‌کنند.در نهایت دردهای ناشی از این گرفتگی‌ها کم می‌شود.

حیوانات 
خفاش ها انواع مختلفی از تکنیک‌های فراصوت  ( پژواک‌یابی در جانوران ) را برای تشخیص شکار خود استفاده می‌کنند. آن‌ها می‌توانند فرکانس‌های فراتر از ۱۰۰ کیلوهرتز، احتمالاً 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 کاملاً 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.

 عصاره گیری به کمک اولتراسونیک هموژنایزر (همگن کننده فراصوت) 

فراصوت ، ساختار سلول را می شکند و ترکیبات زیست فعال را آزاد می کند – در نتیجه منجر به بازده بالاتر و سرعت استخراج سریعتر می شود. گیاهان، ادویه ها و سایر مواد گیاهی سرشار از مواد فیتو شیمیایی هستند که به عنوان اجزای ارزشمند برای محصولات دارویی و غذایی به شمار می روند. به عنوان یک فرآیند غیر حرارتی ، فراصوت یک روش استخراج ملایم است که از تخریب گرمایی عصاره جلوگیری می کند.

 استخراج آنتی اکسیدان های با کمک اولتراسونیک

آنتی اکسیدان ها ترکیبات فعال زیستی مهار کننده رادیکال‌ها هستند که در گیاهان یافت می شوند. آنتی اکسیدان هایی مانند ویتامین C ، ویتامین E ، تیول ها و غیره از نظر دارویی از جمله مواد فعال هستند که برای بهبود سلامتی و معالجه بیماری‌ها استفاده می شوند. استخراج اولتراسونیک به دلیل کارایی بالای فرآیند ، امکان استفاده از طیف گسترده ای از مواد اولیه را برای جداسازی آنتی اکسیدان ها فراهم می کند. علاوه بر گیاهانی مانند گیاهان علفی، میوه ها و سبزیجات ، آنتی اکسیدان های با کیفیت بالا را می توان از طریق فراصوت از مواد کم ارزش یا مواد زائد مانند پوسته ، ساقه ، دانه ، پوست ، هسته ، ریشه و غیره استخراج کرد.

 استخراج آداپتوژن با کمک اولتراسونیک

آداپتوژن‌ها مانند تانن ، مولکول های پلی فنولیک و غالباً قابض هستند که به دلیل توانایی آنها در افزایش تحمل فشار روانی سلول های پستاندار شناخته شده اند. این مولکول ها در سلول گیاه گیر افتاده اند. به منظور دستیابی به سازگاری های بسیار قابل دسترس زیست شناختی ، مولکول ها باید از مواد گیاهی آزاد شوند. اختلال سلول به کمک اولتراسونیک با شکستن دیواره های سلول و افزایش انتقال جرم بین فضای داخلی سلول و حلال اطراف ، سلول ها را باز می کند.

مزایای استخراج با کمک التراسونیک:

 پربازده
 کیفیت بالا
 فراهمی زیستی برتر
 روند آرام
 استخراج سریع
 روند ایمن
 بدون حلال یا حلالهای ضعیف
 عملکرد آسان سیستم های استخراج التراسونیک

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.

سونار 
در کشتی‌ها و زیر در یایی‌ها از این سیستم برای کنترل عمق دریا و پی بردن به وجود اشیاء داخل آب استفاده می‌شود. از سونارهای اولترا سونیک برای پی بردن به وجود اشیاء پرنده نیز استفاده می‌گردد.

جستارهای وابسته 
 فروصوت
 زبرصوت

منابع 

فراصوت
فیزیک پزشکی