17.7: Ultrasound

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Kufafanua impedance acoustic na kiwango reflec
• Eleza matumizi ya matibabu na mengine ya teknolojia ya ultrasound.
• Tumia impedance acoustic kutumia maadili wiani na kasi ya ultrasound.
• Tumia kasi ya kitu cha kusonga kwa kutumia ultrasound ya Doppler iliyobadilishwa.

Sauti yoyote yenye mzunguko wa juu ya 20,000 Hz (au 20 kHz) -yaani, juu ya mzunguko wa juu wa kusikiliza-hufafanuliwa kuwa ultrasound. Katika mazoezi, inawezekana kuunda frequency ultrasound hadi zaidi ya gigahertz. (Masafa ya juu ni vigumu kuunda; zaidi ya hayo, hueneza vibaya kwa sababu wao ni sana kufyonzwa.) Ultrasound ina idadi kubwa ya maombi, ambayo mbalimbali kutoka kengele burglar kutumia katika kusafisha vitu maridadi kwa mifumo ya uongozi wa popo. Tunaanza majadiliano yetu ya ultrasound na baadhi ya matumizi yake katika dawa, ambayo hutumiwa sana kwa ajili ya uchunguzi na kwa tiba.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Ultrasound ni kutumika katika dawa kwa painlessly na noninvasively kufuatilia afya ya mgonjwa na kutambua matatizo mbalimbali. (mikopo: abbybatchelder, Flickr)

Tabia ya Ultrasound

Sauti yoyote yenye mzunguko wa juu ya 20,000 Hz (au 20 kHz) -yaani, juu ya mzunguko wa juu wa kusikiliza-hufafanuliwa kuwa ultrasound. Katika mazoezi, inawezekana kuunda frequency ultrasound hadi zaidi ya gigahertz. (Masafa ya juu ni vigumu kuunda; zaidi ya hayo, hueneza vibaya kwa sababu wao ni sana kufyonzwa.) Ultrasound ina idadi kubwa ya maombi, ambayo mbalimbali kutoka kengele burglar kutumia katika kusafisha vitu maridadi kwa mifumo ya uongozi wa popo. Tunaanza majadiliano yetu ya ultrasound na baadhi ya matumizi yake katika dawa, ambayo hutumiwa sana kwa ajili ya uchunguzi na kwa tiba.

Ultrasound katika tiba ya Matibabu

Ultrasound, kama wimbi lolote, hubeba nishati ambayo inaweza kufyonzwa na kati inayobeba, huzalisha madhara ambayo hutofautiana kwa kiwango. Wakati ililenga intensities ya\(10^3\)\(10^5 \, W/m^2\) ultrasound inaweza kutumika kwa shatter gallstones au ponda tishu kansa katika taratibu za upasuaji (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Intensities hii kubwa inaweza kuharibu seli ya mtu binafsi, variously kusababisha protoplasm yao ya mkondo ndani yao, kubadilisha upenyezaji yao, au kupasuka kuta zao kwa njia ya cavitation. Cavitation ni kuundwa kwa cavities mvuke katika maji-longitudinal vibrations katika ultrasound mengine compress na kupanua kati, na katika amplitudes kutosha upanuzi hutenganisha molekuli. Wengi cavitation uharibifu ni kufanyika wakati cavities kuanguka, kuzalisha hata kubwa mshtuko shinikizo.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Ncha ya probe hii ndogo oscillates saa 23 kHz na amplitude kubwa kama hiyo ambayo hupunguza tishu juu ya kuwasiliana. Uchafu ni kisha aspirated. kasi ya ncha inaweza kuzidi kasi ya sauti katika tishu, hivyo kujenga mawimbi mshtuko na cavitation, badala ya laini rahisi harmonic oscillator-aina wimbi.

Nishati nyingi zinazotolewa na ultrasound ya juu-nguvu katika tishu hubadilishwa kuwa nishati ya joto. Kwa kweli, intensities ya\(10^3\) kwa\(10^4 \, W/m^2\) ni kawaida kutumika kwa ajili ya matibabu ya kina joto aitwaye ultrasound diathermy. Mifumo ya 0.8 hadi 1 MHz ni ya kawaida. Katika mashindano yote na tiba ya kimwili, diathermy ya ultrasound mara nyingi hutumiwa kwa misuli iliyojeruhiwa au ya kazi zaidi ili kupunguza maumivu na kuboresha kubadilika. Ujuzi inahitajika na mtaalamu ili kuepuka “kuchomwa kwa mfupa” na uharibifu mwingine wa tishu unaosababishwa na overheating na cavitation, wakati mwingine huwa mbaya zaidi kwa kutafakari na kuzingatia ultrasound na tishu za pamoja na mfupa.

Katika baadhi ya matukio, unaweza kukutana na kiwango tofauti cha decibel, kinachoitwa kiwango cha shinikizo la sauti, wakati ultrasound inasafiri katika maji au katika tishu za binadamu na nyingine za kibiolojia. Hatutatumia kiwango hapa, lakini ni dhahiri kwamba namba za viwango vya shinikizo la sauti huwa na 60 hadi 70 dB zaidi kuliko ungependa kunukuu\(β\), kiwango cha sauti kinachotumiwa katika maandishi haya. Unapaswa kukutana na kiwango cha shinikizo la sauti cha decibeli 220, basi, sio kiwango cha juu cha astronomically, lakini ni sawa na takriban 155 db—juu ya kutosha kuharibu tishu, lakini si kama unreasonably juu kama inaweza kuonekana mwanzoni.

Ultrasound katika uchunguzi wa Matibabu

Wakati kutumika kwa ajili ya upigaji picha, mawimbi ya ultrasonic hutolewa kutoka transducer, kioo kuonyesha athari piezoelectric (upanuzi na contraction ya dutu wakati voltage inatumika kote yake, na kusababisha vibration ya kioo). Vibrations hizi za juu-frequency hupitishwa kwenye tishu yoyote katika kuwasiliana na transducer. Vile vile, ikiwa shinikizo linatumika kwa kioo (kwa namna ya wimbi lililojitokeza kwenye tabaka za tishu), voltage huzalishwa ambayo inaweza kurekodi. Kwa hiyo kioo hufanya kama transmita na mpokeaji wa sauti. Ultrasound pia ni sehemu ya kufyonzwa na tishu kwenye njia yake, wote katika safari yake mbali na transducer na safari yake ya kurudi. Kutoka wakati kati ya wakati ishara ya awali inapelekwa na wakati tafakari kutoka mipaka mbalimbali kati ya vyombo vya habari hupokea, (pamoja na kipimo cha kupoteza kwa nguvu ya ishara), asili na nafasi ya kila mipaka kati ya tishu na viungo vinaweza kupatikana.

Tafakari katika mipaka kati ya vyombo vya habari mbili tofauti hutokea kwa sababu ya tofauti katika tabia inayojulikana kama impedance acoustic\(Z\) ya kila dutu. Impedance hufafanuliwa kama

\[Z = \rho v,\]

\(\rho\)wapi wiani wa kati (katika kg/m ^ 3\)) na\(v\) ni kasi ya sauti kupitia kati (katika m/s). vitengo kwa hiyo\(Z\) ni\(kg/(m^2 \cdot s)\).

Jedwali\(\PageIndex{1}\) linaonyesha wiani na kasi ya sauti kupitia vyombo vya habari mbalimbali (ikiwa ni pamoja na tishu mbalimbali za laini) na impedances zinazohusiana za acoustic. Kumbuka kuwa impedances acoustic kwa tishu laini wala kutofautiana sana lakini kwamba kuna tofauti kubwa kati ya impedance acoustic ya tishu laini na hewa na pia kati ya tishu laini na mfupa.

Jedwali\(\PageIndex{1}\): Mali ya Ultrasound ya Vyombo vya Habari mbalimbali, ikiwa ni pamoja na tishu laini zilizopatikana

Kati	Uzito wiani\((kg/m^3)\)	Kasi ya Ultrasound (m/s)	Acoustic impedence\((kg/(m^2\cdot s))\)
Air	\ ((kg/m^3)\)” style="wima align:katikati; "> 1.3	330	\ ((kg/ (m ^ 2\ cdot s))\)” style="wima align:katikati; "> 429
Maji	\ ((kg/m^3)\)” style="wima align:katikati; "> 1000	1500	\ ((kg/ (m ^ 2\ cdot s))\)” style="wima align:katikati; ">\(1.5 \times 10^6\)
Damu	\ ((kg/m^3)\)” style="wima align:katikati; "> 1060	1570	\ ((kg/ (m ^ 2\ cdot s))\)” style="wima align:katikati; ">\(1.66 \times 10^6\)
Mafuta	\ ((kg/m^3)\)” style="wima align:katikati; "> 925	1450	\ ((kg/ (m ^ 2\ cdot s))\)” style="wima align:katikati; "> 1.34 (1000000)
Misuli (wastani)	\ ((kg/m^3)\)” style="wima align:katikati; "> 1075	1590	\ ((kg/ (m ^ 2\ cdot s))\)” style="wima align:katikati; "> 1.7 (1000000)
Mfupa (inatofautiana)	\ ((kg/m^3)\)” style="wima align:katikati; "> 1400—1900	4080	\ ((kg/ (m ^ 2\ cdot s))\)” style="wima align:katikati; "> 5.7 hadi 7.8 (1000000
Titanate ya Bariamu (vifaa vya transducer)	\ ((kg/m^3)\)” style="wima align:katikati; "> 5600	5500	\ ((kg/ (m ^ 2\ cdot s))\)” style="wima align:katikati; "> 30.8 (1000000)

Katika mipaka kati ya vyombo vya habari vya impedances tofauti za acoustic, baadhi ya nishati ya wimbi inaonekana na baadhi hupitishwa. Tofauti kubwa katika impedance ya acoustic kati ya vyombo vya habari mbili, zaidi ya kutafakari na ndogo maambukizi.

Coefficien ya kutafakari kwa kiwango kikubwa\(a\) hufafanuliwa kama uwiano wa ukubwa wa wimbi lililojitokeza lililohusiana na wimbi la tukio (lililoambukizwa). Taarifa hii inaweza kuandikwa hesabu kama

\[a = \frac{\left(Z_{2} - Z_{1}\right)^2}{\left(Z_{1} + Z_{2}\right)^{2}},\]

wapi\(Z_{1}\) na\(Z_{2}\) ni impedances acoustic ya vyombo vya habari mbili kufanya juu ya mipaka. Mgawo wa kutafakari wa sifuri (sambamba na maambukizi ya jumla na hakuna kutafakari) hutokea wakati impedances ya acoustic ya vyombo vya habari mbili ni sawa. Impedance “mechi” (hakuna kutafakari) hutoa ufanisi coupling ya nishati sauti kutoka kati moja hadi nyingine. Picha iliyoundwa katika ultrasound inafanywa na kutafakari kufuatilia (kama inavyoonekana kwenye Kielelezo\(\PageIndex{3}\)) na ramani ya ukubwa wa mawimbi ya sauti yaliyojitokeza katika ndege mbili-dimensional.

Mfano\(\PageIndex{1}\): Calculate Acoustic Impedance and Intensity Reflection Coefficient: Ultrasound and Fat Tissue

(a) Kutumia maadili kwa wiani na kasi ya ultrasound iliyotolewa katika Jedwali\(\PageIndex{1}\), kuonyesha kwamba impedance acoustic ya tishu mafuta ni kweli\(1.34 \times 10^{6}kg / \left( m^{2} \cdot s \right)\).

(b) Tumia mgawo wa kutafakari kwa kiwango cha ultrasound wakati unatoka mafuta hadi tishu za misuli.

Mkakati wa (a)

Impedance acoustic inaweza kuhesabiwa kwa kutumia\(Z = \rho v\) na maadili kwa\(\rho\) na\(v\) kupatikana katika Jedwali\(\PageIndex{1}\).

Suluhisho kwa (a)

(1) Badala inayojulikana maadili kutoka Jedwali\(\PageIndex{1}\) katika\(Z = \rho v\).

\[Z = \rho v = \left(925 kg/m^{3}\right)\left(1450 m/s\right)\]

(2) Mahesabu ya kupata impedance acoustic ya tishu mafuta.

\[1.34 \times 10^{6} kg/\left(m^{2} \cdot s\right)\]

Thamani hii ni sawa na thamani iliyotolewa kwa impedance acoustic ya tishu mafuta.

Mgawo wa kutafakari kwa kiwango cha mipaka yoyote kati ya vyombo vya habari viwili hutolewa na\(a = \frac{\left(Z_{2} - Z_{1}\right)^{2}}{\left(Z_{2} + Z_{1}\right)^{2}}\), na impedance ya acoustic ya misuli inatolewa katika Jedwali\(\PageIndex{1}\).

Suluhisho kwa (b)

Mbadala inayojulikana maadili katika\(a = \frac{\left(Z_{2} - Z_{1}\right)^{2}}{\left(Z_{2} + Z_{1}\right)^{2}}\) kupata kiwango reflection mgawo:

\[a = \frac{\left(Z_{2} - Z_{1}\right)^{2}}{\left(Z_{2} + Z_{1}\right)^{2}} = \frac{\left(1.34 \times 10^{6} kg/\left(m^{2} \cdot s\right) - 1.70 \times 10^{6} kg/\left(m^{2} \cdot s\right) \right)^{2}}{\left(1.70 \times 10^{6} kg / \left(m^{2}\cdot s\right) + 1.34 \times 10^{6} kg/ \left(m^{2} \cdot s \right) \right)^{2}} = 0.014\]

Majadiliano

Matokeo haya ina maana kwamba 1.4% tu ya kiwango cha tukio hujitokeza, na iliyobaki ikitumiwa.

Matumizi ya ultrasound katika uchunguzi wa matibabu yamezalisha faida zisizojulikana na hatari zisizojulikana. Upungufu wa uchunguzi ni mdogo sana (kuhusu\(10^{-2} W/m^{2}\)) kusababisha uharibifu wa mafuta. Kwa kiasi kikubwa, ultrasound imekuwa ikitumika kwa miongo kadhaa na tafiti za kina za kufuatilia hazionyeshe ushahidi wa madhara mabaya, tofauti kabisa na kesi ya x-rays.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): (a) Msemaji wa ultrasound mara mbili kama kipaza sauti. Bleeps fupi ni matangazo, na echoes ni kumbukumbu kutoka kina kirefu. (b) Grafu ya kiwango cha echo dhidi ya wakati. Wakati wa echoes kurudi ni moja kwa moja sawia na umbali wa kutafakari, kutoa habari hii isiyo ya kawaida.

Maombi ya kawaida ya ultrasound yanazalisha picha kama ile iliyoonyeshwa kwenye Kielelezo\(\PageIndex{4}\). Kipaza sauti ya msemaji hutangaza boriti ya uongozi, inayojitokeza boriti katika eneo la riba. Hii inakamilika kwa kuwa na vyanzo vingi vya ultrasound katika kichwa cha probe, ambacho kinawekwa ili kuingilia kati kwa ufanisi katika mwelekeo uliopewa, unaoweza kubadilishwa. Echoes hupimwa kama kazi ya msimamo pamoja na kina. Kompyuta hujenga picha inayoonyesha sura na wiani wa miundo ya ndani.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): (a) Picha ya ultrasonic inazalishwa kwa kuenea boriti ya ultrasonic katika eneo la riba, katika kesi hii tumbo la mwanamke. Takwimu zimeandikwa na kuchambuliwa kwenye kompyuta, kutoa picha mbili-dimensional. (b) Picha ya Ultrasound ya fetusi ya umri wa wiki 12. (mikopo: Margaret W. Carruthers, Flickr)

Ni maelezo gani ambayo ultrasound yanaweza kufunua? picha katika Kielelezo\(\PageIndex{4}\) ni mfano wa mifumo ya gharama nafuu, lakini kwamba katika\(\PageIndex{5}\) inaonyesha maelezo ya ajabu iwezekanavyo na mifumo ya juu zaidi, ikiwa ni pamoja na 3D imaging. Ultrasound leo hutumiwa kwa kawaida katika huduma za ujauzito. Imaging hiyo inaweza kutumika kuona kama fetusi inakua kwa kiwango cha kawaida, na kusaidia katika uamuzi wa matatizo makubwa mapema mimba. Ultrasound pia hutumiwa sana kutengeneza vyumba vya moyo na mtiririko wa damu ndani ya moyo wa kumpiga, kwa kutumia athari ya Doppler (echocardiology).

Wakati wowote wimbi linatumiwa kama probe, ni vigumu sana kuchunguza maelezo madogo kuliko wavelength yake\(\lambda\). Hakika, teknolojia ya sasa haiwezi kufanya vizuri sana. Uchunguzi wa tumbo unaweza kutumia mzunguko wa 7-MHz, na kasi ya sauti katika tishu ni karibu 1540 m/s - hivyo kikomo cha wavelength kwa undani kitakuwa\(\lambda = \frac{v_{w}}{f} = \frac{1540 m/s}{7 \times 10^{6} Hz} = 0.22mm\). Katika mazoezi, maelezo ya 1-mm yanaweza kupatikana, ambayo yanatosha kwa madhumuni mengi. High-frequency ultrasound itaruhusu undani zaidi, lakini haina kupenya kama vile masafa ya chini kufanya. Utawala uliokubaliwa wa kidole ni kwamba unaweza kupima kwa ufanisi kwa kina cha\(500 \lambda\) ndani ya tishu. Kwa 7 MHz, kikomo hiki cha kupenya ni\(500 \times 0.22 mm\), ambayo ni 0.11 m masafa ya juu yanaweza kuajiriwa katika viungo vidogo, kama vile jicho, lakini sio vitendo kwa kuangalia ndani ya mwili.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Picha ya 3D ya ultrasound ya fetusi. Pamoja na kutambua hali yoyote isiyo ya kawaida, scans vile pia imeonyeshwa kuwa muhimu kwa kuimarisha uhusiano wa kihisia kati ya wazazi na mtoto wao ambaye hajazaliwa. (mikopo: Jennie Cu, Wikimedia Commons)

Mbali na sura ya habari, ultrasonic scans inaweza kuzalisha wiani habari bora kuliko ile kupatikana katika X-rays, kwa sababu ukubwa wa sauti yalijitokeza ni kuhusiana na mabadiliko katika wiani. Sauti inaonekana sana mahali ambapo mabadiliko ya wiani ni makubwa zaidi.

Matumizi mengine makubwa ya ultrasound katika uchunguzi wa matibabu ni kuchunguza mwendo na kuamua kasi kupitia mabadiliko ya Doppler ya echo, inayojulikana kama Doppler-kubadilishwa ultrasound. Mbinu hii hutumiwa kufuatilia moyo wa fetasi, kupima kasi ya damu, na kuchunguza vikwazo katika mishipa ya damu, kwa mfano. (Angalia Kielelezo\(\PageIndex{6}\).)

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Hii Doppler-kubadilishwa ultrasonic picha ya ateri sehemu occluded inatumia rangi kuonyesha kasi. Velocities ya juu ni nyekundu, wakati chini kabisa ni bluu. Damu inapaswa kusonga kwa kasi kwa njia ya kikwazo ili kubeba mtiririko huo. (mikopo: Arning C, Grzyska U, Wikimedia Commons)

Mbinu ya wajanja hutumiwa kupima mabadiliko ya Doppler katika echo. Mzunguko wa sauti iliyosema imeongezeka juu ya mzunguko wa matangazo, huzalisha beats. Mzunguko wa kupiga ni\(F_{B} = \vert f_{1} - f_{2} \vert \), na hivyo ni sawa sawa na mabadiliko ya Doppler (\(f_{1} - f_{2}\)) na hivyo, kasi ya kutafakari. Faida katika mbinu hii ni kwamba mabadiliko ya Doppler ni ndogo (kwa sababu kasi ya kutafakari ni ndogo), ili usahihi mkubwa utahitajika kupima mabadiliko moja kwa moja. Lakini kupima mzunguko wa kupiga ni rahisi, na hauathiriwa ikiwa mzunguko wa matangazo unatofautiana kiasi fulani. Zaidi ya hayo, mzunguko wa kupiga ni katika upeo wa kusikia na unaweza kupanuliwa kwa maoni ya sauti kwa mwangalizi wa matibabu.

MATUMIZI YA RADA YA DOPPLER ILIYOBADILISHWA

Echoes ya rada iliyobadilishwa na Doppler hutumiwa kupima kasi za upepo katika dhoruba pamoja na kasi ya ndege na magari. Kanuni hiyo ni sawa na kwa ultrasound ya Doppler iliyobadilishwa. Kuna ushahidi kwamba popo na pomboo wanaweza pia kuhisi kasi ya kitu (kama vile mawindo) kuonyesha ishara zao ultrasound kwa kuchunguza Doppler yake kuhama.

Mfano\(\PageIndex{2}\): Calculate Velocity of Blood: Doppler-Shifted Ultrasound

Ultrasound ambayo ina mzunguko wa 2.50 MHz inatumwa kuelekea damu katika ateri ambayo inahamia kuelekea chanzo saa 20.0 cm/s, kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{7}\). Tumia kasi ya sauti katika tishu za binadamu kama 1540 m/s (Fikiria kwamba mzunguko wa 2.50 MHz ni sahihi kwa takwimu saba muhimu.)

1. Je, damu hupokea mzunguko gani?
2. Ni mzunguko gani unarudi kwenye chanzo?
3. Nini mzunguko wa kupiga huzalishwa ikiwa mzunguko wa chanzo na kurudi huchanganywa?

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Ultrasound ni sehemu yalijitokeza na seli za damu na plasma nyuma kuelekea kipaza sauti msemaji. Kwa sababu seli zinahamia, mabadiliko mawili ya Doppler yanazalishwa - moja kwa damu kama mwangalizi wa kusonga, na nyingine kwa sauti iliyojitokeza inayotokana na chanzo cha kusonga. Ukubwa wa mabadiliko ni sawa sawa na kasi ya damu.

Mkakati

Maswali mawili ya kwanza yanaweza kujibiwa kwa kutumia\(f_{obs} = f_{s} \left(\frac{v_{w}}{v_{w} \pm v_{s}}\right)\) na\(f_{obs} = f_{s} \left(\frac{v_{w} \pm v_{obs}}{v_{w}}\right)\) kwa mabadiliko ya Doppler. Swali la mwisho linauliza mzunguko wa kupiga, ambayo ni tofauti kati ya mzunguko wa awali na wa kurudi.

Suluhisho kwa (a)

1. Tambua anajulikana:
   • Damu ni mwangalizi wa kusonga, na hivyo mzunguko unaopokea hutolewa na\[f_{obs} = f_{s} \left(\frac{v_{w} \pm v_{obs}}{v_{w}}\right)\].
   • \(v_{b}\)ni kasi ya damu (\(v_{obs}\)hapa) na ishara ya pamoja imechaguliwa kwa sababu mwendo unaelekea chanzo.
2. Ingiza maadili yaliyotolewa katika equation. \[f_{obs} = \left(2,500,000 Hz\right) \left( \frac{1540 m/s + 0.2 m/s}{1540 m/s}\right)\]
3. Tumia ili kupata mzunguko: 2,500,325 Hz.

Suluhisho kwa (b)

1. Tambua anajulikana:
   • Damu hufanya kama chanzo cha kusonga.
   • Kipaza sauti hufanya kama mwangalizi wa kituo.
   • Mzunguko wa kuacha damu ni 2,500,325 Hz, lakini hubadilishwa juu kama ilivyoelezwa na\[f_{obs} = f_{s} \left(\frac{v_{w}}{v_{w} - v_{b}}\right).\]
     • \(f_{obs}\)ni mzunguko uliopokea na kipaza sauti ya msemaji.
   • Kasi ya chanzo ni\(v_{b}\).
   • Ishara ndogo hutumiwa kwa sababu mwendo ni kuelekea mwangalizi.
2. Ingiza maadili yaliyotolewa katika equation:\[f_{obs} = \left(2,500,325 Hz\right) \left( \frac{1540 m/s}{1540 m/s - 0.200 m/s}\right)\]
3. Tumia ili kupata mzunguko wa kurudi kwenye chanzo: 2,500,649 Hz.

Suluhisho kwa (c)

1. Tambua anajulikana:
   • Mzunguko wa kupiga ni tu thamani kamili ya tofauti kati\(f_{s}\) na\(f_{obs}\) kama ilivyoelezwa katika:\[f_{B} = \vert f_{obs} - f_{s}\vert.\]
2. Badala inayojulikana maadili:\[\vert 2,500,649 Hz - 2,500,000 Hz\vert\]
3. Tumia ili kupata mzunguko wa kupiga: 649 Hz.

Majadiliano

Mabadiliko ya Doppler ni ndogo sana ikilinganishwa na mzunguko wa awali wa 2.50 MHz. Ni rahisi sana kupima mzunguko wa kupiga kuliko kupima mzunguko wa echo kwa usahihi mkubwa wa kutosha kuona mabadiliko ya hertz mia chache nje ya megahertz kadhaa. Zaidi ya hayo, tofauti katika mzunguko wa chanzo haziathiri sana mzunguko wa kuwapiga, kwa sababu wote wawili\(f_{s}\) na\(f_{obs}\) utaongeza au kupungua. Mabadiliko hayo huondoa ndani\(f_{B} = \vert f_{obs} - f_{s} \vert\).

VIWANDA NA MATUMIZI MENGINE YA ULTRASOUN

Viwanda, rejareja, na maombi ya utafiti wa ultrasound ni ya kawaida. Wachache wanajadiliwa hapa. Cleaners ultrasonic wana matumizi mengi. Jewelry, sehemu machined, na vitu vingine ambayo maumbo isiyo ya kawaida na mashimo ni kuzama katika maji ya kusafisha kwamba ni kuchafuka na ultrasound kawaida kuhusu 40 kHz katika mzunguko. Upeo ni mkubwa wa kutosha kusababisha cavitation, ambayo inawajibika kwa hatua nyingi za utakaso. Kwa sababu shinikizo la mshtuko unaozalishwa na cavitation ni kubwa na hupitishwa vizuri katika maji, hufikia kwenye miamba madogo ambapo hata maji ya kusafisha ya chini ya uso yanaweza kupenya.

Sonar ni matumizi ya kawaida ya ultrasound. Sonar kawaida huajiri frequency ultrasonic katika mbalimbali kutoka 30.0 hadi 100 kHz. Bati, dolphins, submarines, na hata ndege wengine hutumia sonar ya ultrasonic. Echoes ni kuchambuliwa kutoa umbali na ukubwa habari wote kwa ajili ya mwongozo na kutafuta mawindo. Katika maombi mengi ya sonar, sauti inaonyesha vizuri kabisa kwa sababu vitu vya riba vina wiani tofauti sana kuliko kati ambayo husafiri. Wakati mabadiliko ya Doppler yanazingatiwa, habari ya kasi inaweza pia kupatikana. Manowari Sonar inaweza kutumika kupata taarifa hiyo, na kuna ushahidi kwamba baadhi ya popo pia hisia kasi kutoka echoes yao.

Vile vile, kuna vifaa vingi vya gharama nafuu ambavyo hupima umbali kwa muda wa kichwa cha ultrasonic. Kamera nyingi, kwa mfano, hutumia habari kama hiyo kuzingatia moja kwa moja. Baadhi ya milango kufungua wakati vifaa vyao vya ultrasonic vinavyotambua kitu kilicho karibu, na baadhi ya taa za usalama wa nyumbani huwasha wakati askari wao wa ultrasonic wanaona mwendo Ultrasonic “kanda za kupima” pia zipo ili kupima mambo kama vile vipimo vya chumba. Kuzama katika vyoo vya umma wakati mwingine huwa automatiska na vifaa vya ultrasound ili kugeuza mabomba na kuzima wakati watu wanaosha mikono yao. Vifaa hivi hupunguza kuenea kwa vijidudu na vinaweza kuhifadhi maji.

Ultrasound hutumiwa kwa ajili ya kupima yasiyo ya uharibifu katika sekta na kwa kijeshi. Kwa sababu ultrasound huonyesha vizuri kutokana na mabadiliko yoyote kubwa katika wiani, inaweza kudhihirisha nyufa na voids katika yabisi, kama vile mbawa ndege, ambayo ni ndogo mno kuonekana na x-rays. Kwa sababu sawa, ultrasound pia ni nzuri kwa kupima unene wa mipako, hasa ambapo kuna tabaka kadhaa zinazohusika.

Utafiti wa msingi katika fizikia imara inaajiri ultrasound. Uzuiaji wake unahusiana na sifa kadhaa za kimwili, na kuifanya kuwa probe muhimu. Miongoni mwa sifa hizi ni mabadiliko ya miundo kama vile yale yaliyopatikana katika fuwele za kioevu, mabadiliko ya nyenzo kwa awamu ya superconducting, pamoja na wiani na mali nyingine.

Mifano hii ya matumizi ya ultrasound ni maana ya whet hamu ya curious, pamoja na kuonyesha fizikia ya msingi ya ultrasound. Kuna maombi mengi zaidi, kama unaweza kugundua kwa urahisi mwenyewe.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Kwa nini inawezekana kutumia ultrasound wote kuchunguza fetusi tumboni na pia kuharibu tumors za kansa katika mwili?

Jibu

Ultrasound inaweza kutumika kwa dawa kwa nguvu tofauti. Upeo wa chini haukusababisha uharibifu na hutumiwa kwa picha za matibabu. Upeo wa juu unaweza kuvuta na kuharibu vitu vinavyolengwa katika mwili, kama vile tumors.

Muhtasari

• Impedance acoustic hufafanuliwa kama\(Z = \rho v\), ambapo\(\rho\) ni wiani wa kati kwa njia ambayo sauti husafiri na\(v\) ni kasi ya sauti kwa njia ya kati hiyo.
• Mgawo wa kutafakari kwa kiwango\(a\), kipimo cha uwiano wa kiwango cha wimbi kilijitokeza mbali na mipaka kati ya vyombo vya habari viwili kuhusiana na ukubwa wa wimbi la tukio, hutolewa na\(a = \frac{\left(Z_{2} - Z_{1}\right)^{2}}{\left(Z_{1} + Z_{2}\right)^{2}}\).
• Mgawo wa kutafakari kwa kiwango kikubwa ni kiasi cha unitless.

faharasa

impedance ya a

mali ya kati ambayo inafanya uenezi wa mawimbi ya sauti ngumu zaidi

kiwango reflection mgawo

kipimo cha uwiano wa kiwango cha wimbi kilijitokeza mbali na mipaka kati ya vyombo vya habari viwili kuhusiana na ukubwa wa wimbi la tukio

Doppler kubadilishwa ultrasound

mbinu ya matibabu ya kuchunguza mwendo na kuamua kasi kwa njia ya mabadiliko ya Doppler ya echo