Vlnění a zvuk
Vlnění a zvuk (9/9) · 5:35

Ultrazvuk pro lékařské zobrazování Jaký je princip ultrazvuku, který se používá v nemocnicích?

Lidské ucho slyší frekvence od zhruba 20 hertzů (20Hz) do... 20 Hz je velmi hluboký bas... až po přibližně 20 000 hertzů (20kHz). To je až tady. Pokud je frekvence vyšší... Toto je rozsah, který můžeme slyšet. Pokud je ta frekvence nad tímto rozsahem, tak pro to máme speciální název. Říkáme tomu ultrazvuk. Ultrazvuk umí více než jen dráždit zvířata. Má praktické využití. Pokud byste chtěli provést nějaké lékařské zobrazování nebo zjistit, co se děje v lidském těle... Takže řekněme, že tady je část lidského těla a tady je třeba nějaký důležitý orgán nebo nějaká tkáň, tady nebo tady, myslíte si, že něco není v pořádku, chcete zjistit, co se děje uvnitř, můžete operovat, ale to je samozřejmě nepříjemné. Chcete se vyhnout operaci, pokud je to možné. Můžete zkusit rentgen, ale nadbytek vystavení radiaci také není dobrý, takže velmi dobrá volba je obvykle ultrazvuk. Vezmeme věc, které říkáme měnič. Přiložíme tento měnič na kůži. Měnič bere elektrickou energii, zapojíte ho do zásuvky, a mění ji na zvukovou energii. Vysíláte zvukové vlny. Vyšlete pulz. Ten měnič vyšle pulz. Tento pulz putuje kupředu k čemukoli uvnitř a ukazuje se, že se bude odrážet. Odrazí se, kdykoli se setká s předělem různých prostředí, kdykoli je tam předěl mezi různými prostředími. Tady si to zjednodušíme. Řekněme, že tam je tkáň z krve nebo jiných věcí, pardon, tkáň z orgánů, a potom to červené bude znázorňovat krev. Toto bude putovat tudy, dále proniká. V momentě, kdy je tam předěl mezi krví a tkání, tak se odrazí, půjde zpět. Ten měnič vždy měří čas. Ví, kdy vyslal pulz, a ví, kdy se pulz odrazil zpět. Také zná rychlost zvuku. Takže může vypočítat, že pokud cesta zpět trvala takto dlouho, musel se odrazit takhle daleko. Něco je v tomto místě. Ale to není ještě vše. Část té vlny bude pokračovat dále. Přesněji řečeno: Většina té vlny projde skrz a pokračuje dál. Tady je další předěl mezi tkání a krví, takže se znovu odrazí. Toto se odrazí zpět. Dostaneme další pulz, toto je někdy trochu později. Ten měnič ví, že to trvalo takto dlouho, takže tam muselo být něco dalšího. Můj jeden pulz se odrazil dvakrát. Takže tady něco je, a tady to končí. Ale to pořád není vše, pokračuje to dál. Odrazí se to od tohoto rozhraní mezi krví a tkání. Kreslím ty zvukové vlny křivě, abyste je mohli vidět. Ve skutečnosti by byly přesně jedna na druhé podél této přímky. Toto trvá zase jinak dlouho. Pokračuje tedy a ví, že máme body přesně tady, rozdíl mezi prostředími tady, předěl mezi dvěma různými tkáněmi. A můžete získat obraz tohoto celého průřezu. Stačí mít měnič, který vysílá pulzy podél celé jeho čelní stěny, můžete zobrazit celý tento prostor. Takže začnete zobrazovat všechny tyto body. Můžete zjistit, co je zde uvnitř, jaký to má tvar, zda tam není nějaké poškození nebo hrudky vyskytující se tady uvnitř. To je ultrazvuk. To je jeden způsob, jakým může být užitečný. Využívá to ultrazvukové frekvence. Mohli byste se ptát proč. Proč musíme použít ultrazvuk? Jeden z důvodů je, že pokud byste vzali ten měnič a použili slyšitelné frekvence, vezmete tu hlučnou věc a přiložíte ji na pacienta, tak si ten pacient bude říkat: „Doktore, jste si jistý, že je bezpečné toto na mě přikládat?“ Bylo by to nepříjemné. Jiný, mnohem praktičtější důvod pro použití ultrazvuku je, že vysoké frekvence, což znamená krátké vlnové délky, tyto dvě znamenají to samé, protože rychlost vlny je vlnová délka krát frekvence, takže pokud je frekvence vysoká, vlnová délka je krátká, protože rychlost není určena ani jednou z nich. Rychlost je určena samotným prostředím. Ukazuje se, že pro vysoké frekvence, krátké vlnové délky nastává méně difrakce. Difrakce je nepřítel snahy o ostré obrázky, protože difrakce je rozptylování vln. Pokud bych měl vlnu přicházející tudy, přicházející vlnu, a byla tam nějaká bariéra, řekněme, že tato bariéra je právě tady a mám v ní malý otvor, vlna se rozptýlí. Ale pokud je to vysokofrekvenční vlna, tak se nerozptýlí moc. Projde skrz tímto otvorem a trošičku se rozptýlí. Trochu se rozšíří. Ale pokud by to byla nízká frekvence, třeba ve slyšitelné oblasti, dlouhá vlnová délka, tak ten rozptyl bude silnější, a to by byl problém, protože pokud se rozptýlí, představte si, když tato vlna půjde tudy a pak začne zahýbat za rohy. Další věc, kterou difrakce způsobuje, je, že zahýbá vlny za překážky, nastává ten rozptyl, dále máte tohle všechno ohýbání zvukových vln, zvukové vlny se odráží od věcí, matou měnič a vy dostanete rozmazaný obraz. To je důvod, proč chceme použít vysoké frekvence. Nastává méně difrakce, máte čistší obraz. Toto je jedna z aplikací ultrazvuku pro lékařské zobrazování.
video