Ultrazvok se uporablja na mnogih področjih, pa vendar v splošni literaturi najpogosteje najden opis »Ultrazvok je zvok, ki ga človeško uho ne zazna zaradi njegove visoke frekvence, ki je višja od 20 kHz,« ne nudi dovolj podatkov za njegovo razumevanje. V tem prispevku bomo predstavili osnove ultrazvočnega delovanja in njegovo uporabo.

Kako deluje ultrazvok?

Ultrasonografija je slikovna tehnika na osnovi ultrazvoka, ki omogoča vizualizacijo različnih tkiv v telesu. Z njo lahko odkrijemo morebitne patologije ali poškodbe. Ultrazvočni aparat skozi ultrazvočno sondo oddaja ultrazvočne valove različnih frekvenc. Ultrazvok se lahko giblje skozi tekočino in tkiva, ne prodre pa skozi zrak ali gosto mineralno tkivo. Ultrazvočna sonda ima na konici kristale, ki preko mehanskega nihanja, ki ga sproži električni impulz, proizvajajo ultrazvočne valove. Gre za tako imenovani piezoelektrični učinek. Ultrazvočni valovi nato potujejo iz pretvornika v človeško telo in se širijo preko različnih tkiv. Gostota tkiva določa, koliko ultrazvočnih valov se bo v tkiva absorbiralo in koliko odbilo. Vrnjeni odboji se pretvorijo nazaj v električne impulze, računalnik pa na zaslonu prikaže sliko tkiva v različnih odtenkih sive, glede na prepustnost tkiva za ultrazvočne valove.

Gibanje krvi skozi zaklopke in žile pa lahko izmerimo z uporabo doplerskih ultrazvočnih metod (t. i. UZ doppler), ki lahko zajemajo najvišjo hitrost vzdolž celotnega merilnega območja ali le hitrost na določenem manjšem merilnem območju. V barvnem načinu (barvni doppler) se pregleduje pretok skozi zaklopke, žile oz. anatomske ožine.

Uporaba ultrazvoka

Praktična uporaba ultrazvoka temelji predvsem na dveh lastnostih: dobrem širjenju skozi tekočine in kovine ter na njegovih učinkih na snov, skozi katero se širi. Količina energije, ki jo valovanje prenese na snov, je odvisna od vpojnosti (absorptivnosti) snovi, ki pove, kolikšen del energije se bo v snovi absorbiral.

Medicina je znanost, ki danes največ izkorišča prednosti ultrazvoka, saj ta omogoča varno in neboleče pregledovanje telesa. Pri ultrazvočnem pregledu, ki je danes najpogostejša uporaba ultrazvoka v medicini, oddajanje valov poteka pulzno. Oddani impulz potuje v pacientovo telo in po poti slabi zaradi absorpcije in odbojev, ki so povezani z vrstami tkiva. Frekvenčno območje ultrazvoka, ki se uporablja v medicini, je od 0,5 do 10 MHz, odvisno od globine opazovanega dela telesa. Dobra računalniška podpora prikaže sliko notranjosti telesa. Slika kaže trenutni prerez določenega telesnega področja. Z opazovanjem z več strani in s hitrimi zaporednimi slikami lahko dobimo tudi tridimenzionalne slike in podatke o gibanju organov. Z upoštevanjem doplerjevega premika dobimo informacije o hitrostih opazovanih delcev. To se uporablja pri merjenju prekrvavljenosti, kjer merijo hitrost in količino zračnih mehurčkov, ki se pretakajo po žilah (t. i. UZ doppler).

Mehka tkiva

Danes ultrazvočno diagnostiko uporabljamo predvsem za mehka tkiva: v kardiologiji za diagnosticiranje delovanja srca, prekatov in zaklopk, v urgentni medicini za določanje prisotnosti izliva krvi v trebušno votlino ali tekočine v predelu osrčnika, za odkrivanje žolčnih kamnov, v gastroenterologiji  za preiskave trebušne slinavke, aorte, jeter, žolča, ledvic in vranice, v ginekologiji za pregled ploda v nosečnosti in transvaginalni UZ, v oftalmologiji za zdravljenje sive mrene, v urologiji za določanje količine urina v bolnikovem mehurju ter za preiskavo prostate, za diagnostiko mišično-skeletnega sistema: preiskave kit, mišic, živcev, vezi, mehkih tkiv, kosti in pokostnice, za oceno prehodnosti in morebitne zapore arterij in določitev obsega in resnosti venskega popuščanja.

Jakost utrazvoka

Pri majhni jakosti je ultrazvok ugoden za človeški organizem, saj povzroča rahlo masažo tkiva in povečuje cirkulacijo, pa tudi oksidacija se poveča na račun povečanja prepustnosti celične membrane. Prav tako pa je treba upoštevati termični učinek pri primerni jakosti ultrazvoka, ki pomaga pri zdravljenju obolenj, ki zahtevajo temperaturno obdelavo določenih tkiv v notranjosti telesa. Primer takšne uporabe je tudi terapija tumorjev, vendar je delovanje zelo različno, najuspešnejše je pri zdravljenju že razvitih in razraščenih tumorjev na lokalnih področjih. Pri teh ultrazvočnih terapijah uporabljajo kontinuirano oddajanje valov.

Ultrazvočni valovi v tkivu povzročijo nihanje, kar privede do segrevanja tkiva. Na ta način se ultrazvočni valovi absorbirajo in oslabijo. Absorpcijo UZ-valov danes uporabljamo tudi v terapevtske namene (drobljenje ledvičnih kamnov). Termični učinek (segrevanje) ultrazvočnega valovanja višjih frekvenc je uporaben tudi v fizioterapiji.

Ultrazvok ima višji frekvenčni spekter kot zvok in zato je tudi gostota energijskega toka ultrazvoka bistveno večja kot energijska gostota zvoka, kar omogoča močno vplivanje na snov, skozi katero se širi. Majhna valovna dolžina ultrazvoka nam omogoča zelo natančne meritve. Te lastnosti in posebnosti izkoriščajo na več področjih znanosti. V industriji ga uporabljajo za raziskovanje materialov zaradi njegove odbojnosti, za brušenje in oblikovanje materiala zaradi njegove natančnosti, pa tudi za čiščenje v primerih, kjer je potrebna popolna čistost (čiščenje nakita, leč in drugih optičnih delov, ur, zobozdravniškega in kirurškega pribora ter raznih industrijskih sestavnih delov).

Zanimivosti:

• Pri nekaterih živalih(psi, delfini in netopirji) je zgornja meja slišnega območja višja kot pri človeku, zato lahko slišijo ultrazvok.
• Prvi zapisi o ultrazvoku segajo v leto 1794, vendar je preteklo skoraj 100 let do odkritja piezoelektričnega efekta (Pierre in Jacques Curie).
• Leta 1928 se je začela uporaba ultrazvoka za iskanje defektov v materialih.
• Leto 1940 beleži začetek medicinske uporabe ultrazvoka.