ريشه لغوي
كلمه سونوگرافي از لفظ لاتين sound به معني صوت و نيز graphic به معني شكل و ترسيم گرفته شده و ultrasound از ultra به معني ماورا و نيز sound به معني صوت يا صدا گرفته شده است.
تاريخچه
در سال 1876 ميلادي ، فرانسيس گالتون براي اولين بار پي بوجود امواج فراصوت برد. در زمان جنگ جهاني اول كشور انگلستان براي كمك به جلوگيري از غرق شدن غم انگيز كشتي‌هايش توسط زيردرياييهاي كشور آلمان در اقيانوس آتلانتيك شمالي دستگاه كشف كننده زيردريايي‌ها به كمك امواج صوتي به نام Sonar ابداع كرد. اين دستگاه امواج فراصوت توليد مي‌كرد كه در پيد اكردن مسير كشتيها استفاده مي‌شد. اين تكنيك در زمان جنگ جهاني دوم تكميل گرديد و بعدها بطور گسترده‌اي در صنعت اين كشور براي آشكار سازي شكافها در فلزات و ساير موارد مورد استفاده قرار مي‌گرفت. از كاربرد بخصوصي كه انعكاس صوت در جنگ و صنعت داشت Sonar به علم پزشكي وارد شد و تبديل به يك وسيله تشخيصي بزرگ در علم پزشكي گرديد.
سير تحولي در رشد
نخستين دستگاه توليد كننده امواج فراصوت در پزشكي ، در سال 1937 ميلادي توسط دوسيك اختراع شد و روي مغز انسان امتحان شد. اگر چه اولتراسوند در ابتدا فقط براي مشخص كردن خط وسط مغز بود، اكنون بصورت يك روش تشخيصي و درماني مهم در آمده و پيشرفت روز به روز انواع نسلهاي دستگاههاي توليد اولتراسوند ، تحولات عظيمي در تشخيص و درمان در علم پزشكي بوجود آورده است.
تعريف امواج اولتراسوند (فراصوت)
امواج فراصوت به شكلي از انرژي از امواج مكانيكي گفته مي‌شود كه فركانس آنها بالاتر از حد شنوايي انسان باشد. گوش انسان قادر است امواج بين 20 هرتز تا 20000 هرتز را بشنود. هر موج (شنوايي يا فراصوت) يك آشفتگي مكانيكي در يك محيط گاز ، مايع و يا جامد است كه به بيرون از چشمه صوتي و با سرعتي يكنواخت و معين حركت مي‌كند. در حركت يا گسيل موج مكانيكي ، ماده منتقل نمي‌شود. اگر ارتعاش ذرات در جهت عمود بر انتشار صوت باشد، موج عرضي است كه بيشتر در جامدات رخ مي‌دهد و در صورتي كه ارتعاش در راستاي انتشار امواج باشد، موج طولي است. انتشار در بافتهاي بدن به صورت امواج طولي است. از اين رو در پزشكي با اينگونه امواج سر و كار داريم.
روشهاي توليد امواج فراصوت
روش پيزو الكتريسيته
تاثير متقابل فشار مكانيكي و نيروي الكتريكي را در يك محيط اثر پيزو الكتريسيته مي‌گويند. بطور مثال بلورهايي وجود دارند كه در اثر فشار مكانيكي ، نيروي الكتريكي توليد مي‌كنند و برعكس ايجاد اختلاف پتانسيل در دو سوي همين بلور و در همين راستا باعث فشردگي و انبساط آنها مي‌شود كه ادامه دادن به اين فشردگي و انبساط باعث نوسان و توليد امواج مي‌شود. مواد (بلورهاي) داراي اين ويژگي را مواد پيزو الكتريك مي‌گويند. اثر پيزو الكتريسيته فقط در بلورهايي كه داراي تقارن مركزي نيستند، وجود دارد. بلور كوارتز از اين دسته مواد است و اولين ماده‌اي بود كه براي ايجاد امواج فراصوت از آن استفاده مي‌شد كه اكنون هم استفاده مي‌شود.
اگر چه مواد متبلور طبيعي كه داراي خاصيت پيزو الكتريسيته باشند، فراوان هستند. ولي در كاربرد امواج فراصوت در پزشكي از كريستالهايي استفاده مي‌شود كه سراميكي بوده و بطور مصنوعي تهيه مي‌شوند. از نمونه اين نوع كريستالها ، مخلوطي از زيركونيت و تيتانيت سرب (Lead zirconat & Lead titanat) است كه به شدت داراي خاصيت پيزوالكتريسيته مي‌باشند. به اين مواد كه واسطه‌اي براي تبديل انرژي الكتريكي به انرژي مكانيكي و بالعكس هستند، مبدل يا تراسديوسر (transuscer) مي‌گويند. يك ترانسديوسر اولتراسونيك بكار مي‌رود كه علامت الكتريكي را به انرژي فراصوت تبديل كند كه به داخل بافت بدن نفوذ و انرژي فراصوت انعكاس يافته را به علامت الكتريكي تبديل كند.
روش مگنتو استريكسيون
اين خاصيت در مواد فرومغناطيس (مواد داراي دو قطبي‌هاي مغناطيسي كوچك بطور خود به خود با دو قطبي‌هاي مجاور خود همخط شوند) تحت تاثير ميدان مغناطيسي بوجود مي‌آيد. مواد مزبور در اين ميدانها تغيير طول مي‌دهند و بسته به فركانس (شمارش زنشهاي كامل موج در يك ثانيه) جريان متناوب به نوسان در مي‌آيند و مي‌توانند امواج فراصوت توليد كنند. اين مواد در پزشكي كاربرد ندارند و شدت امواج توليد شده به اين روش كم است و بيشتر كاربرد آزمايشگاهي دارد.
كاربرد امواج فراصوت
1. كاربرد تشخيصي (سونوگرافي)
2. بيماريهاي زنان و زايمان (Gynocology) مانند بررسي قلب جنين ، اندازه گيري قطر سر (سن جنين) ، بررسي جايگاه اتصال جفت و محل ناف ، تومورهاي پستان.
3. بيماريهاي مغز و اعصاب (Neurology) مانند بررسي تومور مغزي ، خونريزي مغزي به صورت اكوگرام مغزي يا اكوانسفالوگرافي.
4. بيماريهاي چشم (ophthalmalogy) مانند تشخيص اجسام خارجي در درون چشم ، تومور عصبي ، خونريزي شبكيه ، اندازه گيري قطر چشم ، فاصله عدسي از شبكيه.
5. بيماريهاي كبدي (Hepatic) مانند بررسي كيست و آبسه كبدي.
6. بيماريهاي قلبي (cardology) مانند بررسي اكوكار ديوگرافي.
7. دندانپزشكي مانند اندازه‌گيري ضخامت بافت نرم در حفره‌هاي دهاني.
8. اين امواج به علت اينكه مانند تشعشعات يونيزان عمل نمي‌كنند. بنابراين براي زنان و كودكان بي‌خطر مي‌باشند.
9. كاربرد درماني (سونوتراپي)
10. كاربرد گرمايي
با جذب امواج فراصوت بوسيله بدن بخشي از انرژي آن به گرما تبديل مي‌شود. گرماي موضعي حاصل از جذب امواج فراصوت بهبودي را تسريع مي‌كند. قابليت كشساني كلاژن (پروتئيني ارتجاعي) را افزايش مي‌دهد. كشش در scars (اسكار=جوشگاههاي زخم) افزايش مي‌دهد و باعث بهبود آنها مي‌شود. اگر اسكار به بافتهاي زيرين خود چسبيده باشد، باعث آزاد شدن آنها مي‌شود. گرماي حاصل از امواج فراصوت با گرماي حاصل از گرمايش متفاوت است.
ميكروماساژ مكانيكي
به هنگام فشردگي و انبساط محيط ، امواج طولي فراصوتي روي بافت اثر مي‌گذارند و باعث جابجايي آب ميان بافتي و در نتيجه باعث كاهش ورم (تجمع آب ميان بافتي در اثر ضربه به يك محل) مي‌شوند.
درمان آسيب تازه و ورم :آسيب تازه معمولا با ورم همراه است. فراصوت در بسياري از موارد براي از بين بردن مواد دفعي در اثر ضربه و كاهش خطر چسبندگي بافتها بهم بكار مي‌رود.
درمان ورم كهنه يا مزمن :فراصوت چسبندگيهايي كه ميان ساختمانهاي مجاور ممكن است ايجاد شود را مي‌شكند.
خطرات اولتراسوند
سوختگي
اگر امواج پيوسته و در يك مكان بدون چرخش بكار روند، در بافت باعث سوختگي مي‌شود و بايد امواج حركت داده شوند.
پارگي كروموزومي
استفاده دراز مدت از امواج اولتراسوند با شدت خيلي بالا پارگي در رشته دي ان اي (DNA) را نشان مي‌دهد.
ايجاد حفره يا كاويتاسيون
يكي از عوامل كاهش انرژي امواج اولتراسوند هنگام گذشتن از بافتهاي بدن ايجاد حفره يا كاويتاسيون مي‌باشد. همه محلولها شامل مقدار قابل ملاحظه‌اي حبابهاي گاز غير قابل ديدن هستند و دامنه بزرگ نوسانهاي امواج اولتراسوند در داخل محلولها مي‌تواند بر روي بافتها تغييرات بيولوژيكي ايجاد كند (پارگي در ديواره سلولها و از هم گسستن مولكولهاي بزرگ(.