Ultrason

Ultrason, 20 kilohertz'den daha yüksek frekanslara sahip sestir.^[1] Bu frekans, sağlıklı genç yetişkinlerde insan işitmesinin yaklaşık üst duyulabilir sınırıdır. Akustik dalgaların fiziksel prensipleri, ultrason dahil olmak üzere herhangi bir frekans aralığına uygulanır. Ultrasonik cihazlar, 20 kHz'den birkaç gigahertz'e kadar frekanslarda çalışır.

Ultrason birçok farklı alanda kullanılır. Ultrasonik cihazlar nesneleri tespit etmek ve mesafeleri ölçmek için kullanılır. Ultrason görüntüleme veya sonografi genellikle tıpta kullanılır. Ürünlerin ve yapıların tahribatsız testinde, ultrason görünmez kusurları tespit etmek için kullanılır. Endüstriyel olarak, ultrason kimyasal süreçleri temizlemek, karıştırmak ve hızlandırmak için kullanılır. Yarasa ve yunus gibi hayvanlar avlarını ve engelleri bulmak için ultrason kullanır.^[2]

Türkçeye Fransızca ultrason sözcüğünden geçmiştir.

Tarihçe

Galton düdüğü, ultrason üreten ilk cihazlardan biridir

Akustik, ses bilimi, MÖ 6. yüzyılda telli çalgıların matematiksel özellikleri hakkında yazan Pisagor'a kadar uzanır.

Yarasalarda yankılama, yarasaların görme yoluyla değil, duyulamayan ses yoluyla avlandığını ve yön bulduğunu gösteren Lazzaro Spallanzani tarafından 1794'te keşfedildi.

Francis Galton, 1893'te, insanların ve diğer hayvanların işitme aralığını ölçmek için kullandığı, ayarlı bir düdük olan Galton düdüğünü icat etti ve birçok hayvanın insanların işitme aralığının üzerindeki sesleri duyabildiğini gösterdi.

Ultrasonun tarihiyle ilgili ilk makale 1948'de yazılmıştır.^[3] Yazarına göre, Birinci Dünya Savaşı sırasında, Chilowski adlı bir Rus mühendis Fransız Hükûmetine denizaltı tespiti için bir fikir sundu. Hükûmet, o zamanlar Paris'teki Fizik ve Kimya Okulu Müdürü olan Paul Langevin'i bu fikri değerlendirmesi için davet etti. Chilowski'nin önerisi, yaklaşık 100 kHz'de yüksek frekanslı bir Poulsen arkı ile silindirik bir mika kondansatörünü uyarmak ve böylece su altındaki nesneleri tespit etmek için ultrason ışını oluşturmaktı. Su altı engellerini tespit etme fikri daha önce Titanic felaketinin ardından L. F. Richardson tarafından önerilmişti. Richardson, bir aynanın odağına yüksek frekanslı bir hidrolik düdük yerleştirmeyi ve ışını su altındaki seyir tehlikelerini tespit etmek için kullanmayı önermişti. Buhar türbininin mucidi Sir Charles Parsons tarafından bir prototip yapıldı, ancak cihazın bu amaç için uygun olmadığı görüldü. Langevin'in cihazı, Jacques ve Pierre Curie'nin laboratuvarında öğrenciyken aşina olduğu piezoelektrik etkiden yararlanıyordu.^[4] Langevin, iki çelik levha arasına sıkıştırılmış ince kuvars bir levhadan oluşan bir ultrason dönüştürücüsü hesapladı ve yaptı. Langevin, ultrasondan kaynaklanan kavitasyonla ilgili biyolojik etkileri bildiren ilk kişiydi.^[5]

Tanım

Bazı uygulamalar için ultrasonla ilgili yaklaşık frekans aralıkları

Ultrason, Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI/ASA S1.1-2013) tarafından "20 kHz'den daha yüksek frekanslardaki ses" olarak tanımlanır. Atmosferik basınçtaki havada, ultrasonik dalgaların dalga boyları 1,9 cm veya daha azdır.

Ses maddeler arası iletilen bir dalga türüdür ve cisimlerin titreşimi sonucunda meydana gelir. X ışınlarının tersine ses elektromanyetik değildir. Ultrases, katı, sıvı veya gaz ortamda akustik bir dalgadır. Ses dalgalarının yayılma hızı, ortamın yoğunluğuna bağlıdır.

Ses dalgaları üçe ayrılır.

Sesötesi: Frekansı 20 Hertz veya altındaki sestir.
İşitilebilir ses: Frekansı 20-20.000 Hertz arasında olan ve insanların işitilebildiği sestir.
Ultrason: 20.000 Hertz üzerinde 2 ilâ 15 MHz frekansa sahip işitilemeyen sestir.

Dalga boyu ve hız

Ultrasonik frekanslarda belli bir ortamdaki ses hızı sabit olduğu için Hız = Frekans× Dalga boyu denklemine göre frekans artınca sesin dalga boyu kısalmaktadır. Aradaki ilişki ters orantılı olduğu için sert dokuda ses frekansı 888 MHz'den 3 MHz'ye çıkınca dalga boyu da 0,5 mm'den 1 mm'ye çıkar. Ses şiddeti Watt/cm² birimi ile ölçülür. Pratikte ses şiddeti Bel ile ölçülür (1 B = 10 dB).

Madde	Yoğunluk	Ses hızı (m/s)
Hava	0,001	330
Kan	1,0	1560
Kas	1,06	1570
Kemik	1,85	3360
Yağ	0,93	1480

Ultrasonografi, yankı temeline dayanması nedeniyle röntgen, tomografi ve manyetik rezonansla aynıdır. Ultrason, farklı akustik yoğunluklu yumuşak doku yapıları arasındaki ara yüzeyleri ayırdedebilir. Yansıyan ekoların yoğunluğu akustik ara yüzeye ve ses demetinin çarptığı açıya bağlıdır. Ses demetinin geliş açısı dik açıya ne kadar yakın ise o kadar az ses yansıması olur. Dik açıdan üç dereceden fazla sapma olması durumunda algılayıcı sensör, yansıyan sesi yakalayamamaktadır.

Ultrason, organlardan ve yumuşak dokulardan iyi bir şekilde geçerken dalaktan ve gastrointestinal sistem gibi hava içeren organlarda da nakledilemez. Kemikler de ultrasonu geçirmediklerinden kemiklerin etrafında çevrelenen organlar ultrason ile incelenir. Ultrason dalgasının yoğunluğu absorbsiyon, refleksiyon ve dağılmayla azalır. Doku absorbsiyonu ultrason dalgasının frekansının artmasıyla artar. Ultrason demeti, belli akustik özellikli bir dokudan farklı akustik özellikli bir dokuya geçtiği zaman ses demetinin bir bölümü yansır. Refleksiyon açısı, genellikle gelme açısına eşittir. Yansıma, ses demetinin dalga boyundan daha büyük ve düz bir düzey gerektirmemelidir. Örneğin diyaframa damar duvarları ve birçok eşyaların sınırları bu özellikteki yüzeylerdir.

Fizik ile ilgili bu madde taslak seviyesindedir. Madde içeriğini genişleterek Vikipedi'ye katkı sağlayabilirsiniz.

Kaynakça

^ Christofides, S.; Maidment, A.D.A.; McLean, I.D.; Ng, K.H., (Ed.) (2014). "12: Physics of Ultrasound". Diagnostic Radiology Physics: A Handbook for Teachers and Students. Viyana, Avusturya: Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu. s. 291. ISBN 978-92-0-131010-1. 26 Mayıs 2024 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 18 Ağustos 2024. r |ad1= eksik |soyadı1= (yardım)
^ Novelline, Robert (1997). Squire's Fundamentals of Radiology (5ci bas.). Harvard University Press. ss. 34-35. ISBN 978-0-674-83339-5.
^ Klein E (1948). "Some background history of ultrasonics". Journal of the Acoustical Society of America. 20 (5). ss. 601-604. Bibcode:1948ASAJ...20..601K. doi:10.1121/1.1906413.
^ Pollet B (2012). Power Ultrasound in Electrochemistry: From Versatile Laboratory Tool to Engineering Solution. Hoboken: Wiley. ISBN 978-1-119-96786-6.
^ Postema M (2004). Medical Bubbles (Tez). Veenendaal: Universal Press. doi:10.5281/zenodo.4771630. ISBN 90-365-2037-1. 5 Ocak 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 18 Ağustos 2024.

Biyomedikal Mühendisliği 27 Eylül 2007 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.

[1] Christofides, S.; Maidment, A.D.A.; McLean, I.D.; Ng, K.H., (Ed.) (2014). "12: Physics of Ultrasound". Diagnostic Radiology Physics: A Handbook for Teachers and Students. Viyana, Avusturya: Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu. s. 291. ISBN 978-92-0-131010-1. 26 Mayıs 2024 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 18 Ağustos 2024. r |ad1= eksik |soyadı1= (yardım)

[squires-2] Novelline, Robert (1997). Squire's Fundamentals of Radiology (5ci bas.). Harvard University Press. ss. 34-35. ISBN 978-0-674-83339-5.

[3] Klein E (1948). "Some background history of ultrasonics". Journal of the Acoustical Society of America. 20 (5). ss. 601-604. Bibcode:1948ASAJ...20..601K. doi:10.1121/1.1906413.

[4] Pollet B (2012). Power Ultrasound in Electrochemistry: From Versatile Laboratory Tool to Engineering Solution. Hoboken: Wiley. ISBN 978-1-119-96786-6.

[5] Postema M (2004). Medical Bubbles (Tez). Veenendaal: Universal Press. doi:10.5281/zenodo.4771630. ISBN 90-365-2037-1. 5 Ocak 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 18 Ağustos 2024.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]