Ludzkie ciało bada się za pomocą dźwięków niesłyszalnych dla ucha, o częstotliwości od 1 do 15 MHz. Dźwięki te są wysyłane i odbierane przez głowicę ultrasonografu. Najważniejszymi elementem tego urządzenia jest przetwornik – w nim umieszczono piezoelektryczny kryształ (pełniący funkcje oscylatora) o wysokości około centymetra i szerokości ułamka milimetra. Jest on zbudowana z tytanianu cyrkonowo-ołowianego i ma niezwykłe właściwości.
Zmiany napięcia prądu przyłożonego do kryształu powodują, że zaczyna on wibrować i wysyła krótkie sygnały ultradźwiękowe odbijające się od narządów wewnętrznych pacjenta. Gdy powracają, uderzają w kryształ, który działa wtedy odwrotnie – przekształca fale dźwiękowe (tzw. echo) w impulsy elektryczne.
Czas upływający od chwili wysłania sygnału do chwili jego odebrania informuje, jak głęboko położony jest narząd. Natężenie powracających fal dostarcza natomiast informacji o gęstości i strukturze badanej części ciała.
Struktury znajdujące się wewnątrz tkanki dają „ziarniste” echo o małym natężeniu. Torbiele wypełnione płynem nie dają żadnego echa i są widoczne jako czarne plamy, podobnie można rozpoznać guzy nowotworowe. Im większa częstotliwość fal, tym bardziej szczegółowy obraz można uzyskać. Fale o wysokiej częstotliwości są przez tkanki tłumione, dlatego używa się ich do badania płytko położonych struktur. Natomiast chcąc zbadać np. jamę brzuszną lub serce, wykorzystuje się fale o częstotliwości 3 MHz. Dzięki nim możemy „zajrzeć” z rozdzielczością około 1 mm do 20 cm w głąb ciała.
Skanowanie
Aby zdjęcie było wyraźne, ciężarna kobieta musi mieć pełen pęcherz, a jej brzuch smaruje się wodnym żelem. Inaczej fale wysyłane przez ultrasonograf byłyby zakłócane na granicach między tkankami a powietrzem.
Głowica wysyła wiązkę dźwięków
Płód jest skanowany przez głowicę w jednej płaszczyźnie. Głowica zawierająca setki przetworników, jest tak skonstruowana, żeby lekarz skanujący wnętrze ciała mógł trzymać ją nieruchomo. Wiązka dźwięków wysyłana przez każdy kryształów przetwornika zostaje zakrzywiana, a gotowy obraz przypomina trójkąt, gdyż w taki sposób rozchodzą się fale dźwiękowe.
Badania prenatalne
Ultradźwięki są wykorzystywane do badań położniczych – dzięki nim można zajrzeć w głąb ciała pacjenta i diagnozować jego narządy wewnętrzne. Ultradźwiękowy obraz mającego narodzić się dziecka jest często jego pierwszym zdjęciem w albumie. Są dwa rodzaje badań prenatalnych: nieinwazyjne i inwazyjne. Pierwsze z nich określają jedynie prawdopodobieństwo wystąpienia wad płodu, jednak są bezpieczne. Najpopularniejsza wśród badań prenatalnych jest ultrasonografia. W czasie ciąży powinno się wykonać trzy takie badania: pomiędzy 11 a 14 tygodniem ciąży oraz około 20 i 30 tygodnia. Lekarz na podstawie badań może stwierdzić, czy ciąża jest mnoga czy pojedyncza oraz określić wiek płodu. Ten najpopularniejszy sposób zbadania płodu, pozwala sprawdzić jego ułożenie lub wykryć wrodzone wady. Badania prenatalne inwazyjne dają prawie 100% pewności, ale niosą ze sobą 0,5-3% ryzyko poronienia. Dzięki nim jeszcze przed porodem można m.in. zbadać morfologię dziecka, wykryć, jaką chorobą genetyczną jest obciążone oraz przeprowadzić podstawowe zabiegi chirurgiczne. Ultrasonograf na bieżąco monitoruje przebieg badań.
Inne zastosowanie ultradźwięków
Ultradźwięki znajdują szerokie zastosowanie nie tylko w medycynie. Wykorzystuje się je m.in. do obróbki materiałów twardych i kruchych, w badaniach jakości konstrukcji przeznaczonych na statki kosmiczne albo w nawigacji. Używane są również w rolnictwie. Nasiona rozmaitych roślin poddane krótkotrwałemu nadźwiękowieniu wykazały przyspieszony rozwój. W rozmaitych gałęziach przemysłu ultradźwięki stosuje się do czyszczenia. Myjki ultradźwiękowe to zbiorniki, na których dnie przymocowane są specjalne przetworniki ultradźwiękowe promieniujące energię akustyczną do cieczy. Powstają drgania szybko zmieniającym się rytmie, które sprawiają, że brud odrywa się od mytych elementów.