How to see with sound - Jacques S. Abramowicz

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Naama Lieberman

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

במערה חשוכה לגמרי, עטלפים לא יכולים לראות הרבה.

But even with their eyes shut,

אבל אפילו בעיניים עצומות,

they can navigate rocky topography at incredible speeds.

הם יכולים לנווט בטופוגרפיה סלעית במהירות מדהימה.

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

זה בגלל שטיסת העטלף לא מונחית רק על ידי העיניים שלו,

but rather, by its ears.

אלא, על ידי האוזניים שלו.

It may seem impossible to see with sound,

זה אולי נראה בלתי אפשרי לראות קול,

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

אבל עטלפים, ימאים, ורופאים עושים את זה כל הזמן,

using the unique properties of ultrasound.

בשימוש בתכונות הייחודיות של אולטרסאונד.

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

כל הצלילים נוצרים כשמולקולות באוויר, במים,

or any other medium vibrate in a pulsing wave.

או בכל מדיום אחר רוטטים בגל פועם.

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

המרחק בין כל שיא קובע את תדירות הצליל,

measured as cycles per second, or hertz.

שנמדד כמחזורים לשנייה, או הרץ.

This means that over the same amount of time,

כלומר במשך אותו זמן,

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

גל בתדירות גבוהה ישלים יותר מחזורים מגל בתדירות נמוכה.

This is especially true of ultrasound,

זה נכון במיוחד לאולטרסאונד,

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

שכולל כל גל קול שעולה על 20,000 מחזורים בשנייה.

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

אנשים לא יכולים לשמוע או לייצר צלילים בתדירות גבוהה כל כך,

but our flying friend can.

אבל החבר המעופף שלנו יכול.

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

כשחשוך מדי לראות, הוא פולט גל אולטרסאונד עם פסגות גבוהות.

Since the wave cycles are happening so quickly,

מאחר שמחזורי הגלים מתרחשים מהר כל כך,

wave after wave rapidly bounces off nearby surfaces.

גל אחרי גל מוחזרים במהירות ממשטחים קרובים.

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

כל שיא גבוה של גל פוגע בכל חריץ,

producing an echo that carries a lot of information.

ומייצר הד שנושא מידע רב.

By sensing the nuances in this chain of echoes,

על ידי חישה של ניואנסים בשרשרת ההדים,

our bat can create an internal map of its environment.

העטלף שלנו יכול ליצור מפה פנימית של הסביבה שלו.

This is how bats use sound to see,

כך עטלפים משתמשים בצליל כדי לראות,

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

והתהליך נתן השראה לאנשים לנסות לעשות אותו הדבר.

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

במלחמת העולם הראשונה, מדען צרפתי שלח גלי אולטרסאונד לאוקיינוס

to detect nearby enemy submarines.

כדי לזהות צוללות אויב קרובות.

This early form of SONAR was a huge success,

צורה מוקדמת זו של סונאר הייתה הצלחה אדירה,

in large part because sound waves travel even faster through mediums

בעיקר בגלל שגלי קול נעים מהר יותר דרך מדיומים

with more tightly packed molecules, like water.

עם מולקולות דחוסות יותר, כמו מים.

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

בשנות ה-50 של המאה ה-20, רופאים החלו להתנסות בשיטה הזו

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

כדרך לא פולשנית לראות לתוך גוף של חולה.

Today, ultrasound imaging is used to evaluate organ damage,

היום, דימות אולטרסאונד משמש להעריך נזק לאברים,

measure tissue thickness, and detect gallbladder stones, tumors,

למדוד עובי של רקמות, ולזהות אבני מרה, גידולים,

and blood clots.

וקרישי דם.

But to explore how this tool works in practice,

אבל כדי לחקור איך הכלי הזה עובד במציאות,

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

בואו נחשוב על השימוש הכי ידוע שלו -- אולטרסאונד עוברי.

First, the skin is covered with conductive gel.

ראשית, העור מכוסה בג’ל מוליך.

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

מאחר שגלי קול מאבדים מהירות וחדות כשהם עוברים באוויר,

this gooey substance ensures an airtight seal

החומר הדביק הזה מבטיח איטום מעולה לאוויר

between the body and the wand emitting ultrasound waves.

בין הגוף והמתמר שמשדר את גלי האולטרסאונד.

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

אז מפעיל המכונה מתחיל לשלוח קרני אולטרסאונד לתוך הגוף.

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

הגלים עוברים דרך נוזלים כמו שתן, דם, ומי שפיר

without creating any echoes.

בלי ליצור הדים.

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

אבל כשהגלים פוגעים במבנים מוצקים, הם חוזרים.

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

ההד מצויר כנקודה על מסך הדימות.

Objects like bones reflect the most waves,

פרטים כמו עצמות משקפים את רוב הגלים,

appearing as tightly packed dots forming bright white shapes.

ומופיעים כמו נקודות דחוסות שיוצרות צורות לבנות בוהקות.

Less dense objects appear in fainter shades of gray,

עצמים דחוסים פחות נראים בגוונים קלושים יותר של אפור,

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

יוצרים לאט לאט תמונה של האיברים הפנימיים של העובר.

To get a complete picture,

כדי לקבל תמונה שלמה,

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

גלים צריכים להגיע לעומקים שונים בגוף המטופלת,

bypassing some tissues while echoing off others.

ולעקוף רקמות מסוימות בזמן שהם מוחזרים מאחרות.

Since longer, low frequency waves actually penetrate deeper

מאחר שגלים ארוכים יותר, בתדירות נמוכה יותר חודרים למעשה עמוק יותר

than short, high frequency ones,

לעומת גלים קצרים עם תדירות גבוהה,

multiple frequencies are often used together

הרבה פעמים נעשה שימוש בתדירויות שונות יחד

and composited into a life-like image.

שמורכבות לתמונה שנראית חיה.

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

המפעיל יכול אז להתמקד באזורים שונים.

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

ומאחר שמכונות אולטרסאונד שולחות ומקבלות הרבה גלים בזמן אמת,

the machine can even visualize movement.

המכונה יכולה אפילו לדמות תנועה.

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

הגלים בשימוש באולטרסאונד רפואי נעים מ-2 מליון ל-10 מליון הרץ --

over a hundred times higher than human ears can hear.

מעל פי מאה יותר משהאוזן יכולה לשמוע.

These incredibly high frequencies create detailed images

התדירויות הגבוהות ביותר האלו יוצרות תמונה מפורטת

that allow doctors to diagnose the smallest developmental deviations

שמאפשרות לרופאים לאבחן את הסטיות הקטנות ביותר בהתפתחות

in the brain, heart, spine, and more.

במוח, בלב, בעמוד השדרה ועוד.

Even outside of pre-natal care,

אפילו מחוץ לטיפול בעוברים,

medical ultrasound has huge advantages over similar technologies.

לאולטרסאונד רפואי יש יתרונות אדירים על פני טכנולוגיות דומות.

Unlike radiation-based imaging or invasive surgical procedures,

בניגוד לדימות מבוסס קרינה או לפרוצדורות ניתוחיות פולשניות,

ultrasound has no known negative side effects when used properly.

לאולטרסאונד אין השפעות שליליות כשהוא בשימוש נכון.

At very high levels, the heat caused by ultrasound waves

ברמות גבוהות מאוד, החום שנגרם על ידי גלי אולטרסאונד

can damage sensitive tissues,

יכול לפגוע ברקמות עדינות,

but technicians typically use the lowest levels possible.

אבל טכנאים בדרך כלל משתמשים ברמות הכי נמוכות שאפשר.

And since modern ultrasound machines can be small and portable,

ומאחר שמכונות אולטרסאונד מודרניות יכולות להיות קטנות וניידות,

doctors can use them in the field—

רופאים יכולים להשתמש בהן בשטח --

allowing them to see clearly in any medical emergency.

מה שמאפשר להם לראות בברור בכל מצב חירום רפואי.