How to see with sound - Jacques S. Abramowicz

المترجم: Nawal Sharabati المدقّق: omar idmassaoud

In a pitch-black cave, bats can’t see much.

في كهفٍ شديد الظلام، لا تستطيع الخفافيس رؤية الكثير.

But even with their eyes shut,

لكن حتى عندما تغلق أعينها،

they can navigate rocky topography at incredible speeds.

تستطيع التنقل عبر المعالم الجغرافية الصخرية بسرعة فائقة.

This is because a bat’s flight isn’t just guided by its eyes,

وهذا لأن الخفاش لا يسترشد عن طريق عينيه فحسب،

but rather, by its ears.

ولكن عن طريق أذنيه.

It may seem impossible to see with sound,

قد يبدو من المستحيل الرؤية بواسطة الصوت،

but bats, naval officers, and doctors do it all the time,

لكن الخفافيش وضباط البحرية والأطباء يقومون بذلك طوال الوقت،

using the unique properties of ultrasound.

باستخدام الخصائص الفريدة للموجات فوق الصوتية المعروفة أيضًا بالتخطيط الصوتي

All sound is created when molecules in the air, water,

تحدثُ الأصوات عندما تهتز الجزيئات في الهواء أو المياه

or any other medium vibrate in a pulsing wave.

أو في أي وسط آخر على شكل موجة إيقاعية.

The distance between each peak determines the wave’s frequency,

المسافة بين كل قمة تحددُ ترددَ الموجة،

measured as cycles per second, or hertz.

وتقاس كدورات لكل ثانية، أو هيرتز/ وحدة قياس التردد.

This means that over the same amount of time,

وهذا يعني أنه مع مرور نفس الفترة الزمنية،

a high frequency wave will complete more cycles than a low frequency one.

ستكمل موجة التردد العالية دورات أكثر من موجة التردد المنخفصة.

This is especially true of ultrasound,

ويعد هذا صحيحًا لا سيما للموجات فوق الصوتية،

which includes any sound wave exceeding 20,000 cycles per second.

التي تشمل أي موجة صوت تزيد عن 20,000 دورة لكل ثانية.

Humans can't hear or produce sounds with such high frequencies,

لا يستطيع البشر سماع أو إحداث أصوات بمثل هذه الترددات العالية،

but our flying friend can.

لكن صديقنا الطائر يستطيع ذلك.

When it’s too dark to see, he emits an ultrasound wave with tall peaks.

عندما يكون هناك ظلام دامس للرؤية، يصدر الخفاش موجات فوق صوتية عالية القمم،

Since the wave cycles are happening so quickly,

وبما أن دورات الموجة تحدث بسرعة فائقة،

wave after wave rapidly bounces off nearby surfaces.

فترتد الموجة تلو الموجة من الأسطح القريبة.

Each wave’s tall peak hits every nook and cranny,

تضرب كل قمة عالية للموجة كل ركن وزاوية،

producing an echo that carries a lot of information.

وتحدث صدى يحمل الكثير من المعلومات.

By sensing the nuances in this chain of echoes,

عن طريق استشعار الفروقات الدقيقة في هذه السلسلة من الأصداء،

our bat can create an internal map of its environment.

يمكن لخفاشنا أن يحدث خريطة داخلية لمحيطه.

This is how bats use sound to see,

هكذا تستخدم الخفافيش الصوت لترى،

and the process inspired humans to try and do the same.

وألهمت هذه العملية البشر لمحاولة القيام بنفس الشيء.

In World War One, French scientists sent ultrasound beams into the ocean

في الحرب العالمية الأولى،

أرسل العلماء الفرنسيون الأشعة فوق الصوتية إلى المحيط لكشف غواصات العدو القريبة.

to detect nearby enemy submarines.

This early form of SONAR was a huge success,

كان هذا الشكل المبكر من السونار بمثابة نجاح كبير جدًا،

in large part because sound waves travel even faster through mediums

إلى حدٍ كبير لأن الموجات الصوتية تنتقل أسرع حتى عبر الوسائط

with more tightly packed molecules, like water.

المحتوية على المزيد من الجزيئات المُصطفة بإحكام، مثل المياه.

In the 1950s, medical professionals began to experiment with this technique

في سنوات الخمسينيات من القرن الماضي،

بدأ المهنيون الطبيون بتجربة هذه التقنية

as a non-invasive way to see inside a patient’s body.

كطريقة لا تتطلب الجراحة التوغلية لرؤية داخل جسم المريض.

Today, ultrasound imaging is used to evaluate organ damage,

يستخدم اليوم التصوير بالموجات فوق الصوتية لتقييم الضرر الذي يلحق بالأعضاء،

measure tissue thickness, and detect gallbladder stones, tumors,

وقياس سُمك الأنسجة والكشف عن حصوات المرارة والأورام وتجلطات الدم.

and blood clots.

But to explore how this tool works in practice,

لكن للكشف عن كيفية استخدام هذه الأداة بطريقة عملية،

let’s consider its most well-known use— the fetal ultrasound.

دعونا ننظر في استخدامها الأكثر شهرة - الموجات فوق الصوتية الجنينية.

First, the skin is covered with conductive gel.

أولًا، تغطى البشرة بمادة هلامية موصلة.

Since sound waves lose speed and clarity when traveling through air,

وبما أن الموجات الصوتية تفقد السرعة والوضوح عند تنقلها عبر الهواء،

this gooey substance ensures an airtight seal

تضمنُ هذه المادة اللزجة إغلاقًا محكمًا

between the body and the wand emitting ultrasound waves.

بين الجسم والعصا التي تصدر الموجات فوق الصوتية.

Then the machine operator begins sending ultrasound beams into the body.

ومن ثم يبدأ مُستخدم الآلة في إرسال أشعة الموجات فوق الصوتية في الجسم.

The waves pass through liquids like urine, blood, and amniotic fluid

تمرُ الموجات عبر السوائل مثل البول والدم، والسائل الأمنيوتي دون إحداث أي أصداء.

without creating any echoes.

But when a wave encounters a solid structure, it bounces back.

لكن عندما تواجه الموجة بنية صلبة، فإنها ترتد.

This echo is rendered as a dot on the imaging screen.

يمثلُ هذا الصدى الصادر نقطة على شاشة التصوير.

Objects like bones reflect the most waves,

تعكس الأجسام مثل العظام معظم الموجات،

appearing as tightly packed dots forming bright white shapes.

وتظهر كنقاظ مغلقة بإحكام وتكّون أشكالًا بيضاء لامعة.

Less dense objects appear in fainter shades of gray,

تظهر الأجسام الأقل كثافة في ظلال رمادية خافتة،

slowly creating an image of the fetus’s internal organs.

وتحدث ببطء صورة لأعضاء الجنين الداخلية.

To get a complete picture,

للحصول على صورة كاملة،

waves need to reach different depths in the patient’s body,

تحتاج الموجات إلى الوصول إلى أعماق مختلفة في جسم المريض،

bypassing some tissues while echoing off others.

وتتجاوز بعض الأنسجة بينما يُسمع صوت صدى الآخرين.

Since longer, low frequency waves actually penetrate deeper

بما أن الموجات الطويلة ذات التردد المنخفض تتغلغل في الواقع بشكل أعمق

than short, high frequency ones,

من الموجات القصيرة ذات التردد العالي،

multiple frequencies are often used together

غالبًا ما تستخدم الترددات المتعددة معًا

and composited into a life-like image.

وتتكّون في صورة شبيهة بالحياة.

The operator can then zoom in and focus on different areas.

ويمكن بالتالي للفني تكبيرها والتركيز على أماكن مختلفة.

And since ultrasound machines send and receive cascades of waves in real time,

وبما أن آلات الموجات فوق الصوتية ترسلُ وتستقبل سلسلة من الموجات في الوقت الحقيقي،

the machine can even visualize movement.

يمكن للآلة تصوير الحركة حتى.

The waves used for medical ultrasound range from 2 million to 10 million hertz—

تتراوح الموجات المستخدمة للتخطيط الصوتي الطبي ما بين 2 مليون إلى 10 مليون هرتز،

over a hundred times higher than human ears can hear.

أعلى بمائة مرة مما يمكن أن تسمعة الآذان البشرية.

These incredibly high frequencies create detailed images

تحدثُ هذه الترددات العالية بسرعة فائقة صورًا تفصيلية

that allow doctors to diagnose the smallest developmental deviations

تسمح للأطباء في تشخيص أصغر التغيرات التطورية

in the brain, heart, spine, and more.

في الدماغ والقلب والعمود الفقري وغيرها.

حتى خارج نطاق الرعاية ما قبل الولاد

Even outside of pre-natal care,

medical ultrasound has huge advantages over similar technologies.

لدى التخطيط الصوتي الطبي مزايا هائلة مقارنة بالتقنيات المماثلة.

Unlike radiation-based imaging or invasive surgical procedures,

على عكس التصوير المعتمد على الإشعاع أو العمليات الجراحية التوغلية،

ultrasound has no known negative side effects when used properly.

ليس لدى الموجات فوق الصوتية آثار سلبية معروفة عند استخدامها بشكل صحيح.

At very high levels, the heat caused by ultrasound waves

عند مستويات عالية للغاية، الحرارة الناجمة عن الموجات فوق الصوتية

can damage sensitive tissues,

يمكن أن تتلف الأنسجة الحساسة،

but technicians typically use the lowest levels possible.

لكن عادة ما يستخدم الفنيون أدنى المستويات الممكنة.

And since modern ultrasound machines can be small and portable,

وبما أن آلات الموجات فوق الصوتية الحديثة صغيرة ومحمولة،

doctors can use them in the field—

يمكن أن يستخدمها الأطباء في الميدان،

allowing them to see clearly in any medical emergency.

مما يسمح لهم الرؤية بوضوح في أي حالة طارئة طبية.