How to see with sound - Jacques S. Abramowicz

Translator: Thanaporn Aramthaweethong Reviewer: Thitiporn Ratanapojnard

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

ในถ้ำที่มืดสนิท ค้างคาวมองเห็นได้ไม่มากนัก

But even with their eyes shut,

แต่ถึงแม้ว่าตาของพวกมันจะปิดอยู่

they can navigate rocky topography at incredible speeds.

พวกมันสามารถบินโฉบไปมาผ่านชะง่อนหิน ด้วยความเร็วอันน่าเหลือเชื่อ

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

นี่เป็นเพราะค้างคาวบินโดยไม่ได้ใช้ ดวงตาของมันนำทาง

but rather, by its ears.

แต่ใช้หูของมันต่างหาก

It may seem impossible to see with sound,

มันอาจจะดูเป็นไปไม่ได้ ที่จะมองเห็นด้วยเสียง

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

แต่ค้างคาว ทหารเรือ และแพทย์ ทำแบบนั้นตลอด

using the unique properties of ultrasound.

โดยใช้คุณลักษณะเฉพาะของคลื่นอัลตราซาวด์

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

เสียงทุกเสียงถูกสร้างขึ้น เมื่อโมเลกุลในอากาศ น้ำ

or any other medium vibrate in a pulsing wave.

หรือตัวกลางอื่น ๆ สั่นเป็นจังหวะคลื่น

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

ระยะทางระหว่างสันคลื่นแต่ละจุด บ่งชี้ถึงความถี่ของคลื่น

measured as cycles per second, or hertz.

โดยมีหน่วยเป็นรอบต่อวินาที หรือเฮิรตซ์

This means that over the same amount of time,

หมายความว่า ในระยะเวลาเท่ากัน

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

คลื่นความถี่สูงจะมีครบจำนวนรอบ มากกว่าคลื่นความถี่ต่ำ

This is especially true of ultrasound,

คลื่นอัลตราซาวด์ก็เป็นเช่นนี้

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

ม้นประกอบไปด้วยคลื่นเสียง ที่มีความถี่มากกว่า 20,000 รอบต่อวินาที

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

มนุษย์ไม่สามารถได้ยินหรือ เปล่งเสียงที่มีความที่สูงขนาดนั้น

but our flying friend can.

แต่เพื่อนบินได้ของเราทำได้

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

เมื่อรอบตัวมืดมิดจนมองไม่เห็น ค้างคาวจะ ปล่อยคลื่นอัลตราซาวด์ที่มีสันคลื่นสูง

Since the wave cycles are happening so quickly,

ด้วยความที่รอบคลื่นเกิดไวมาก ๆ

wave after wave rapidly bounces off nearby surfaces.

คลื่นแล้วคลื่นเล่าต่างสะท้อนออกจาก พื้นผิวใกล้เคียงอย่างรวดเร็ว

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

แต่ละสันคลื่นไปกระทบกับ ทุก ๆ ซอกหินและรอยแตก

producing an echo that carries a lot of information.

ทำให้เกิดเสียงสะท้อนที่ สามารถส่งข้อมูลได้มากมาย

By sensing the nuances in this chain of echoes,

ด้วยการรับรู้ถึงคลื่นเสียงสะท้อน ที่แตกต่างกันเพียงเล็กน้อย

our bat can create an internal map of its environment.

ค้างคาวสามารถสร้างแผนที่ ของสภาพแวดล้อมรอบตัวมันในใจ

This is how bats use sound to see,

นี่คือวิธีที่ค้างคาวใช้เสียงในการมองเห็น

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

และกระบวนการนี้บันดาลใจให้ มนุษย์พยายามที่จะทำแบบเดียวกัน

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

ในสงครามโลกครั้งที่ 1 นักวิทยาศาสตร์ชาว ฝรั่งเศสส่งสัญญาณอัลตราซาวด์ลงไปในมหาสมุทร

to detect nearby enemy submarines.

เพื่อสืบหาเรือดำน้ำของ ศัตรูที่อยู่ใกล้เคียง

This early form of SONAR was a huge success,

โซนาร์ในรูปแบบแรกเริ่มนี้ นับเป็นความสำเร็จมหาศาล

in large part because sound waves travel even faster through mediums

ซึ่งเป็นเพราะคลื่นเสียง เคลื่อนที่ได้เร็วยิ่งกว่าในตัวกลาง

with more tightly packed molecules, like water.

ที่มีโมเลกุลอยู่หนาแน่น เช่น น้ำ

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

ในช่วงทศวรรษ 1950 ผู้เชี่ยวชาญด้านการแพทย์ ได้ริเริ่มทดลองเทคนิคนี้

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

ซึ่งเป็นวิธีที่ปลอดภัยที่ทำให้ มองเห็นภายในร่างกายของผู้ป่วย

Today, ultrasound imaging is used to evaluate organ damage,

ทุกวันนี้ การตรวจอัลตราซาวน์ถูกใช้ เพื่อประเมินความเสียหายต่ออวัยวะต่าง ๆ

measure tissue thickness, and detect gallbladder stones, tumors,

วัดความหนาของเนื้อเยื่อ และตรวจจับนิ่วในถุงน้ำดี เนื้องอก

and blood clots.

และลิ่มเลือด

But to explore how this tool works in practice,

หากเราจะดูว่าเครื่องมือนี้ทำงานอย่างไร

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

มาพิจารณาการใช้งานที่รู้จักกันมากที่สุด การตรวจอัลตราซาวด์ทารกในครรภ์กันเถอะ

First, the skin is covered with conductive gel.

อันดับแรก ผิวหนังจะถูกชโลมด้วยเจลนำคลื่น

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

เนื่องจากคลื่นเสียงสูญเสียความเร็ว และความชัดเจนเมื่อเคลื่อนที่ผ่านอากาศ

this gooey substance ensures an airtight seal

เจลเหนียวนี้จะเป็นตัวกั้น ไม่ให้อากาศผ่านเข้าออก

between the body and the wand emitting ultrasound waves.

ระหว่างร่างกายและหัวอัลตราซาวด์ ที่ปล่อยคลื่นอัลตราซาวด์ออกมา

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

จากนั้น ผู้ตรวจจะเริ่มปล่อยสัญญาณ อัลตราซาวด์เข้าไปในร่างกาย

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

คลื่นจะผ่านของเหลว เช่น ปัสสาวะ เลือด และน้ำคร่ำ

without creating any echoes.

โดยไม่ทำให้เกิดคลื่นสะท้อน

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

แต่เมื่อคลื่นไปกระทบกับของแข็ง มันจะสะท้อนกลับ

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

คลื่นสะท้อนนี้จะถูกถอดรหัส และแสดงเป็นจุดบนหน้าจอ

Objects like bones reflect the most waves,

วัตถุอย่างเช่น กระดูก จะสะท้อนคลื่นกลับมากที่สุด

appearing as tightly packed dots forming bright white shapes.

เกิดจุดหลายจุดที่รวมกันอย่างหนาแน่น กลายเป็นรูปทรงสีขาวสว่าง

Less dense objects appear in fainter shades of gray,

วัตถุที่หนาแน่นน้อยกว่า จะแสดงผลเป็นโทนสีเทาจาง ๆ

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

ซึ่งค่อย ๆ ทำให้เกิดภาพของ อวัยวะภายในของทารกในครรภ์

To get a complete picture,

ในการจะได้รูปภาพที่สมบูรณ์

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

คลื่นต้องลงไปถึงความลึก ที่ต่างกันของอวัยวะในร่างกายของผู้ป่วย

bypassing some tissues while echoing off others.

บ้างก็เดินทางผ่านเนื้อเยื่อ บ้างก็สะท้อนกลับ

Since longer, low frequency waves actually penetrate deeper

เนื่องจากคลื่นที่ยาวและมีความถี่ต่ำ สามารถผ่านทะลุลงไปได้ลึกมากกว่า

than short, high frequency ones,

คลื่นที่สั้นและมีความถี่สูง

multiple frequencies are often used together

คลื่นหลายความถี่จึงมักถูกใช้ร่วมกัน

and composited into a life-like image.

และประกอบกันเป็นรูปภาพเสมือนจริง

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

ผู้ทำสามารถขยาย และโฟกัสภาพบริเวณต่าง ๆ

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

และเนื่องจากเครื่องอัลตราซาวน์ ส่งและรับคลื่นที่ต่อเนื่องในเวลาเดียวกัน

the machine can even visualize movement.

จึงสามารถมองเห็นการเคลื่อนไหวได้

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

คลื่นที่ใช้ในการทำอัลตราซาวด์ทางการแพทย์ มีความถี่ตั้งแต่ 2 ถึง 10 ล้านเฮิรตซ์

over a hundred times higher than human ears can hear.

ซึ่งมากกว่าความสามารถในการได้ยิน ของหูมนุษย์กว่าร้อยเท่า

These incredibly high frequencies create detailed images

คลื่นความถี่ที่สูงเหลือเชื่อเหล่านี้ สร้างรูปภาพออกมาอย่างละเอียด

that allow doctors to diagnose the smallest developmental deviations

ทำให้แพทย์สามารถวินิจฉัย ความผิดปกติที่เล็กที่สุดของการเจริญเติบโต

in the brain, heart, spine, and more.

ในสมอง หัวใจ กระดูกสันหลัง และอวัยวะอื่น ๆ ได้

Even outside of pre-natal care,

นอกเหนือจากการดูแลช่วงตั้งครรภ์

medical ultrasound has huge advantages over similar technologies.

อัลตราซาวด์ที่ใช้ในทางการแพทย์มีประโยชน์ มากมายกว่าเทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกัน

Unlike radiation-based imaging or invasive surgical procedures,

ที่แตกต่างจากการถ่ายภาพรังสี หรือการผ่าตัดที่ก่อให้เกิดอันตราย

ultrasound has no known negative side effects when used properly.

คืออัลตราซาวด์ไม่มีผลข้างเคียงที่เป็น อันตรายเมื่อถูกใช้อย่างเหมาะสม

At very high levels, the heat caused by ultrasound waves

คลื่นอัลตราซาวน์ระดับที่สูงมาก ๆ ความร้อนจากคลื่น

can damage sensitive tissues,

สามารถทำลายเนื้อเยื่อที่ไวต่อสิ่งกระตุ้น

but technicians typically use the lowest levels possible.

แต่ผู้ตรวจมักจะใช้อัลตราซาวด์ ในระดับที่น้อยที่สุดเท่าที่เป็นไปได้

And since modern ultrasound machines can be small and portable,

และเนื่องจากเครื่องอัลตราซาวด์ ในปัจจุบันมีขนาดเล็กและพกพาได้

doctors can use them in the field—

แพทย์สามารถใช้มันในสถานการณ์จริง

allowing them to see clearly in any medical emergency.

ทำให้มองเห็นได้ชัดเจนในภาวะฉุกเฉิน