كيف يمكن أن نرى بالصوت؟ كيف يعمل السونار؟

ربما يبدو أن تكون الرؤية بالصوت مستحيلة لكن حيوان الخفاش يستطيع٬ إضافة للمتخصصين في جيوش البحرية والأطباء الذين يستخدمون اجهرة السونار ومنها سونار الحمل٬ وذلك عن طريق ما يعرف بالموجات فوق الصوتية.

تعتبر اجهرة السونار والموجات فوق الصوتية من أأمن طرق التشخيص الطبي٬ وذلك بالمقارنة بأنواع الأشعة المختلفة والأشعة المقطعية أو الإجراءات الجراحية٬ حيث لا ترتبط بآثار جانبية معروفة عندما تستخدم بطريقة صحيحة.

اعتمد العلماء في ابتكار أجهزة السونار على طريقة الخفاش في رؤية طويلة وتحديد مساره بداخل الكهوف المظلمة.

يستطيع الخفاش أن يتحرك في ظلام الكهوف بسرعة عالية دون أن يصطدم بجدرانها٬ وهو في هذا يعتمد  على الأذنين٬ ويرسم طريقه الآمن عن طريق الصوت الذي يصدره ثم يسمع صداه.

فلمَ لا يتمكن البشر من ذلك؟ وكيف استطاع العلماء تطوير أجهزة السونار اعتمادا علي قدرات حيوان الخفاش؟

لتوضيح هذا يلزمنا أولا معرفة مما يتكون الصوت٬ وما هي الموجات فوق الصوتية؟

مما يتكون الصوت؟ 

يتكون الصوت من موجات الاهتزاز التي تنتقل في الماء أو الهواء أو الأجسام الصلبة.

ويتم قياس سرعة هذه الموجات أو “التردد” عن طريق قياس عدد مرات تكرر المسافة بين قمتي موجتين متتاليتين في الثانية (في الصورة التالية).

وتسمي وحدة قياس التردد (عدد الدورات في الثانية)  ب “الهرتز”.

في الوقت الواحد٬ يستطيع الصوت ذو التردد العالي استكمال عددا أكبر من الموجات بالمقارنة بالصوت الأقل في تردده كما هو موضح في الصورة التالية.

إقرأ أيضا على طب اليوم: بنك المعرفة (30) | متى تكون حقنة الهواء مميتة؟ وما هي الجلطة الهوائية؟

ما هي الموجات فوق الصوتية التي يستخدمها السونار؟

الموجات فوق الصوتية التي يستخدمها السونار هي أي موجات صوت يزيد ترددها عن 20,000 دورة في الدقيقة (عشرين ألف هرتز).

وهي أصوات لا تستطيع الأذن البشرية تمييزها٬ حيث لا يستطيع البشر إصدار أصوات لها هذا التردد العالي ولا سماعها٬ ولذلك تسمى بالموجات فوق الصوتية.

لكن الخفاش يستطيع٬ فهو يستطيع اصدار أصوات لها ترددات مرتفعة وموجات عالية.

وهذه الترددات العالية تجعل الأصوات ترتد في شكل صدى الصوت بعد اصطدامها بالحوائط الصلبة للكهف وتفاصيلها المختلفة بسرعة عالية.

وعن طريق احساس الخفاش بالاختلافات التي حدثت في صدى الأصوات التي يصدرها ثم ترتد لأذنيه يستطيع أن يرسم خريطة للكهف المظلم الذي يطير فيه ويحدد طريقة.

إقرأ أيضا على طب اليوم: بنك المعرفة (26) | كيف يعمل تحليل اثبات النسب بشكل مبسط؟ وهل يمكن أن يخطيء؟

ابتكار أجهزة الموجات فوق الصوتية (السونار)..

الطريقة المميزة التي يرى بها الخفاش بواسطة الصوت (الموضحة سابقا) هي ما ألهم العلماء لابتكار أجهزة الموجات فوق الصوتية أو السونار  لتمكننا من الرؤية في الظلام.

وذلك عن طريق أجهزة تصدر أصوات لها ترددات عالية (موجات فوق صوتية) وتكون لها أجزاء حساسة تستطيع رصد ارتدادات هذه الأصوات٬ و ترسم صورة كاملة عن الأجسام الموجودة في الظلام الذي لا نرى التفاصيل بداخله.

كلمة السونار sonar هي اختصار باللغة الانجليزية يعني التوجيه بالصوت وتحديد المدى sound navigation and ranging.

وهي طريقة كان من أول من استخدمها الفرنسيون في سفنهم أثناء الحرب العالمية الأولى٬ وذلك بهدف تحديد أماكن غواصات الأعداء المختفية تحت الماء.

واستطاعوا عن طريق رصد الموجات فوق الصوتية التي اصدرها هذه الغواصات أو ارسال موجات فوق صوتية واستقبالها مرة أخرى تحديد مواقع غواصات الأعداء.

وساعدهم في ذلك أن الموجات فوق الصوتية تنتقل بشكل أسرع في الوسط المائي.

الموجات فوق الصوتية (السونار) في الطب..

في خمسينات  القرن الماضي بدأ العلماء استخدام الموجات فوق الصوتية (السونار) في الطب بهدف التمكن من رؤية ما بداخل الجسم البشري دون  التعرض للأشعة وتأثيراتها أو فتح الجسم بالجراحة.

وبدأ استخدام أجهزة السونار في التعرف على تغيرات أعضاء الجسم الداخلية أو قياس مقدار التلف في الأنسجة.

ويمكن لأجهزة الموجات فوق الصوتية تشخيص حصوات المرارة أو المسالك البولية وتحديد وجود تكيسات أو نموات غير طبيعية.

يترواح تردد الموجات فوق الصوتية التي تستخدم في الطب بين 2-10 مليون هرتز.

هذه الترددات المرتفعة تمكن الأطباء من رؤية تفاصيل دقيقة داخل الجسم٬كما تُستخدم أيضا بعض الموجات الصوتية ذات الترددات المنخفضة التي تستطيع اختراق الأجسام الصلبة والوصول لمناطق أعمق.

يعتبر سونار الجنين من أشهر استخدامات أجهزة الموجات فوق الصوتية في الطب.

فيما يلي نوضح طريقة عمل سونار الحمل كمثال.

إقرأ أيضا على طب اليوم: بنك المعرفة (10) | ما هي مخاطر الأشعة المقطعية وتصوير الرنين المغناطيسي وفوائد كل منهما؟ 

ما هي طريقة عمل سونار الحمل؟

يبدأ استخدام سونار الحمل بوضع مادة لزجة (جل) على منطقة البطن٬ وذلك لأن الموجات فوق الصوتية تنتقل بشكل أفضل في الأوساط السائلة وتفقد بعض سرعتها ووضوحها مع انتقالها في الهواء.

بعد ذلك بيدا سونار الحمل وبواسطة الجزء الذي يحمله الطبيب باليد بإرسال موجات فوق صوتية  بداخل البطن.

تنتقل هذه الموجات عبر سوائل البطن من دم أو بول وخلال السائل الامنيوسي المحيط بالجنين بدون أن تصدر أي صدى.

لكن عند اصطدام  هذه الموجات بأي تركيب صلب مثل العظام أو الأنسجة المختلفة ترتد الموجات الصوتية نحو جرء الجهاز الذي أصدرها (الذي يحمله الاطبيب في يده ويحركه علي بطن الأم).

ويتم تسجيل هذا الصدى والارتداد  في شكل نقطة على شاشة الجهاز.

تعكس التركيبات مثل العظام أكبر قدر من الموجات الصوتية ولذلك تظهر في شكل نقاط متلاصقة على شاشة الجهاز وتكون أكثر وضوحا من الأنسجة الأخرى للجنين.

ومع اختلاف صلابة الأنسجة وقدر الموجات الصوتية التي تعكسها (الصدى) ترتسم على شاشة الجهاز صورة كاملة توضح شكل الجنين والأنسجة المحيطة به.

وبما أن سونار الحمل يصدر ويستقبل مجموعات الموجات الصوتية بمرور الوقت٬ فبذلك يمكنه أن يسجل حركة الجنين داخل الرحم.

إقرأ أيضا على طب اليوم: 4 طرق معروفة ل تحديد نوع الجنين.. فهل يمكن أن تنجح؟ – دراسات علمية وأبحاث

ملخص من طب اليوم..

الموجات فوق الصوتية هي أي موجات صوت يزيد ترددها عن 20,000 دورة في الدقيقة (عشرين ألف هرتز)٬ وهي أصوات لا تستطيع الأذن البشرية تمييزها.

تستخدم أجهزة السونار هذه الموجات لتمر عبر سوائل الجسم دون أن تصدر أي صدى.

لكن عند اصطدامها بالعظام و الأنسجة المختلفة ترتد الموجات الصوتية نحو جرء الجهاز الذي أصدرها (الذي يحمله الاطبيب في يده ويحركه) ويتم تسجيل هذا الصدى والارتداد  في شكل نقطة على شاشة الجهاز.

ومع اختلاف صلابة الأنسجة وقدر الموجات الصوتية التي تعكسها (الصدى) ترتسم ألس شاشة الجهاز صورة كاملة توضح شكل الجنين والأنسجة المحيطة به.

يعتبر سونار الحمل من أشهر استخدامات أجهزة الموجات فوق الصوتية في الطب.

إقرأ أيضا على طب اليوم..

ما الذي يحدد صفات طفلك ؟ وما هي البصمة الوراثية ل حمض دي ان اي؟   – شرح علمي مبسط

كم كيلوجرام يجب أن يزداد وزنك في اشهر الحمل؟ ما خطورة زيادة الوزن في الحمل بشكل بالغ؟ 

7 أعراض تستلزم إجراء الاشعة المقطعية العاجلة بعد ارتطام الرأس بجسم صلب – اصابات الرأس

شرح مبسط لتغيرات أشعة الصدر ودورها في تشخيص عدوى كوفيد-19 بحسب التوصيات البريطانية

بنك المعرفة (14) | وزن المخ في الرجال أكبر مما هو في النساء.. فهل يؤثر ذلك على قدرات التفكير؟