5378219398

Część IV: Życie od środka

Ultradźwięki o niskiej energii przenikają przez tkanki bez ich uszkadzania i odbijają się od granic pomiędzy różnymi strukturami biologicznymi. Te odbite ultradźwięki są wykorzystywane do tworzenia obrazów organów wewnętrznych w urządzeniach zwanych skanerami ultradźwiękowymi. Technika obrazowania wykorzystująca ultradźwięki nosi nazwę ultrasonografii (USG, ang. UltraSonoGraphy).

Generacja i detekcja ultradźwięków

Typowy zakres częstotliwości stosowany w diagnostyce ultrasonograficznej zawiera się w przedziale od 1 do 5 MHz. Drgania mechaniczne o tak dużej częstotliwości są wytwarzane dzięki zjawisku piezoelektrycznemu: niektóre kryształy (np. kwarc) poddane działaniu pola elektrycznego zmieniają nieznacznie swoje wymiary. Naprzemienna różnica potencjałów o wysokiej częstotliwości przyłożona do powierzchni kryształu piezoelektrycznego wywołuje jego naprzemienne kurczenie i rozszerzanie. Te drgania mają taką samej częstotliwość jak przyłożona różnica napięć. Drgania kryształu wytwarzają falę ultradźwiękową. Amplituda drgań kryształu (energia fali ultradźwiękowej) jest największa, gdy częstotliwość zmian potencjału odpowiada jednej z naturalnych częstotliwości drgań własnych (zjawisko rezonansu). Częstotliwość drgań własnych kryształu zależy od jego wielkości, kształtu i sposobu cięcia.

Obecnie w emiterach ultradźwiękowych stosuje się powszechnie mieszane kryształy cyrkonianu i tytanianu ołowiu. Charakteryzują się one lepszą wydajnością konwersji energii niż kryształy kwarcu. Budowę typowego nadajnika ultradźwiękowego stosowanego w diagnostyce medycznej pokazuje schemat poniżej.

Nadajnik taki może pełnić również funkcje odbiornika: docierająca fala ultradźwiękowa pobudza kryształ do drgań w efekcie czego na jego powierzchni pojawia się różnica potencjałów. Ultradźwięki są wytwarzane w postaci krótkich impulsów o typowym czasie trwania 10 ps i odstępie pomiędzy impulsami rzędu kilkuset ps. Podczas odstępu pomiędzy impulsami przetwornik

2