Ultraheli omadused

 Heli on gaasilises, vedelas ja tahkes keskkonnas leviv kokkusurutud ja murtud mehaaniline laine (joonis 5). Heli võib võrrelda pikilainega, mida iseloomustavad pikkus, sagedus ja kiirus. Lainepikkus on vahemik antud laine kahe sarnase punkti vahel. Sagedus on tsüklite arv või lainepikkuste esinemis­sagedus teatud ajaperioodil (tavaliselt ühes sekun­dis). Kiirus on tuletatud matemaatiliselt heli sagedusest ja laine­pikkusest. Sagedust kirjeldatak­se kui tsüklit sekundis ehk hertsi (Hz). Kuuldav heli varieerub 20…20 000 Hz-ni.

Heli tekitatud rõhu muutus kõrvas mingi ajavahemiku jooksul ja reaalne heli (Voog, 2000) 
Joonis 5. Heli tekitatud rõhu muutus kõrvas mingi ajavahemiku jooksul ja reaalne heli
(Voog, 2000)

Diagnostikas kasutatakse ultraheli sagedust 2 kuni 10 MHz, mis on tunduvalt madalam kuuldava heli sagedusvahemikust. Lihakeha hinda­miseks kasutatakse tavaliselt sagedust 3,5 MHz ning tiinuse määra­miseks 7,5 MHz. Kui on teada heli levimise kiirus ja sagedus, saab arvutada laine­pikkuse. Et helikiirus on igas koes konstantne, siis muudab sageduse muutmine ka lainepikkust. See omakorda aga mõjutab ultraheli kuju­tise resolutsiooni ja kvaliteeti (Amin, 1995; Rantanen, Ewing, 1981; Herring, Bjornton, 1985; Wilson, 1994).

Et ultraheli rakendatakse erinevatel eesmärkidel, on kasutatavaid sage­dusi palju. Samuti on iga muundur eri suurusega, et paremini sobi­da rakendusega, mil­le jaoks seda kasutatakse. 7,5 MHz muunduril on lühi­ke lainepikkus, madal läbi­tungimisvõime ja kõrge lahutusvõime. Peamiselt kasutatakse seda tiinuse kont­rollimiseks. Selline muundur on väga väike (5,6 cm pikk), kuna see ase­tatakse veiste ja lammaste pära­soolde ning sigade kubemele. 3,5 MHz muun­du­ril on pikk lainepikkus, sügav läbitungimisvõime ja kehv lahutus­või­me. Seda on soovitav kasu­tada ultrahelipiltide kogumiseks, mille järgi hinna­ta liha­keha koostist. Sellisel sagedusel töötavad muundurid, mida kasu­tatakse elus­loomade lihakeha mõõtmiseks, on tavaliselt 17,2 cm pikad (Perkins, 1997).

Muundur on väga tähtis ultraheliaparaadi komponent. Ta mõõdab õhu­kest lõiku proovist ja kuvab selle ekraanile (Ginther, 1994). Diag­nos­tilist ultraheli toodavad andurisse (muundurisse) paigaldatud kristal­lid, millel on pieso­elektri­lised (surveelektrilised) omadused. Kui piesoelektrilisi kristalle rõhu abil defor­meerida, toodavad nad elektrit ning, vastupidi, kui mõjutada neid elektrivooluga, siis kristallid defor­meeruvad (moon­du­vad). Selline on protsess, mille abil ultraheli tekitatakse ja võetakse vastu anduri poolt. Piesoelektrilisi materjale või kristal­le valmis­tatakse enamasti kvartsist, turmaliinist või tehiskeraamikast (Widmer, 1993). Need kristallid lõiga­takse kettakujuliseks, mille paksuse määrab tööpinna paksus ning diameeter määrab ultraheli kiire omaduse. Kristallide paksus ja koostis on unikaalse resoneeriva sagedusega. Seega on muundureid saadaval erineva sagedusega (3,5; 5,0; 7,5 MHz). Helilaineid saadetakse sage­dusel 1:1000 ja võetakse vastu 999:1000 pildi kestel (Widmer, 1993). Peegeldumisel pöördub heli tagasi andurisse ja seal leiab aset kristallide kerge deformatsioon, mis omakorda tekitab elektrivoolu (joonis 6). Vool kuvatakse ostsilloskoobil koe liidete kujutisena (Rantanen, Ewing, 1981).

Ultraheli kiire liikumine (Sonic Industries, 1996) 
Joonis 6. Ultraheli kiire liikumine (Sonic Industries, 1996)

Esimesed muundurid olid 12,5 cm pikad. See tähendab, et suure pindala, näiteks selja pikima lihase (musculus longissimus dorsi) mõõtmi­seks oli vaja kasutada jaosekraani. Jaosekraanil sai esitada täieliku pildi lihasest, kui kaks ultrahelipilti kattusid. See saavutati muunduri aseta­misega loomale ning lihase ülemise poole kujutis „külmutati“. Seejärel võeti lihase alumise poole kujutis ning sobitati kaks kujutist ekraanil kokku. Pärast uue, 17,2 cm muunduri välja­töötamist polnud jaos­ekraani enam vaja. Kogu lihase pindala tekib ekraanile ühel ajal. Jaos­ekraani kuva täpsus (r = 0,60) on väiksem kui mittejaosekraani (r = 0,80) kuval (Perkins, 1997).

Muundurid on haprad ja võivad kergesti puruneda, seega peab neid käsit­sema väga hoolikalt. Nad pole mitte ainult õrnad, vaid ka väga kallid. Muundurid on jäigad ja lamedad ning seepärast ei sobi nad alati looma kujuga. Selle kompenseerimiseks on loodud pehmed vahe­padjakesed (joonis 7).

 Akustilised vahepadjakesed (ATS ...)
Joonis 7. Akustilised vahepadjakesed (ATS ...)

Padjakesed toimivad samuti akustilise sidestajana. Neid valmistatakse PVC plastikust, millel on head akustilised omadused (Critical Visions, 1995), ning nad kohanduvad loomade seljakumerusega. Eri looma­liiki­dele on erineva suurusega vahepadjakesed.

 
 
 
 
 
Alo Tänavots