Ultrasound waves, Characteristic and Applications
Subject Areas : Communication Engineering
Asma Lak
1
*
,
Fereshteh Safi
2
1 - Department of Electrical Engineering, Boushehr Branch, Islamic Azad University, Boushehr, Iran
2 - Department of Nuclear Engineering, Boushehr Branch, Islamic Azad University, Boushehr, Iran
Keywords: Ultrasound, Biological effects, Thermal and Nonthermal effects,
Abstract :
The upper limit of human hearing frequency is considered to be 20 kHz and the frequency above 20KHz are called Ultrasound. The important and vital role of ultrasound in human life has been proven to everyone. Many applications of ultrasound in medical imaging, food industrial, military applications, water disinfection, insecticide and metal and plastic fusion and such applications, all show the importance of ultrasound. In this paper at first ultrasound is defined. The applications and advantages of it are explained in detail and the application of insecticide as a special application is described. The probable biological effects of ultrasound which reported by researchers is explained too. Thermal Index (TI) and Mechanical Index (MI) and thermal effects are defined. The condition of propagation of sound wave, the level of their energy and other characteristics of them are introduced.
[1] M. Wereski, “The Threshold of Hearing”, The STEAM Journal: Vol. 2: Iss. 1, Article 20, 2003.
[2] https://doi: 10.5642/steam.20150201.20.
[3] سیستم فراصوت چیست؟، 1398، برگرفته از سایت https://www.irandh.ir/
[4] K.A. Kaproth-Joslin, R . Nicola and V. S. Dogra, “The History of US: From Bats and Boats to the Bedside and Beyond:RSNA Centennial Article”. RadioGraphics, vol. 35, no. 3, pp. 960–970, May 2015, doi: https://doi.org/10.1148/rg.2015140300.
[5] R. Galambos and D. R. Griffin, “Obstacle avoidance by flying bats: The cries of bats” Journal of Experimental Zoology, vol. 89, no. 3, pp. 475–490, Apr. 1942, https://doi.org/10.1002/jez.1400890308.
[6] A. van Dalen, “The Use of Ultrasounds in Military Traumatology”. Central Military Hospital & University Hospital Utrecht, 1996.
[7] A. van Dalen, “The Use of Ultrasounds in Military Traumatology”. Central Military Hospital & University Hospital Utrecht, 1996.
[8] P. G. Newman and G.S. Rozycki, “The History of Ultrasound,” Surgical Clinics of North America, vol. 78, no. 2, pp. 179–195, Apr. 1998, doi: https://doi.org/10.1016/s0039-6109(05)70308-x.
[9] CMI Quarato, D. Lacedonia, M. Salvemini, G. Tuccari, G. Mastrodonato, R. Villani, L.A. Fiore, G. Scioscia, A. Mirijello, A. Saponara, et al. “A Review on Biological Effects of Ultrasounds: Key Messages for Clinicians”, Diagnostics. 2023; 13(5):855. https://doi.org/10.3390/diagnostics13050855.
[10] Ali, “Local Sound Speed Estimation for Pulse-Echo Ultrasound in Layered Media,” IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. 69, no. 2, pp. 500–511, Feb. 2022, doi: https://doi.org/10.1109/tuffc.2021.3124479.
[11] D.B.Moyano, D.A. Paraiso, R.A. González-Lezcano, “Possible Effects on Health of Ultrasound Exposure, Risk Factors in the Work Environment and Occupational Safety Review”. Healthcare (Basel). 2022 Feb 24;10(3):423. doi: https://doi.org/10.3390/healthcare10030423.
[12] جعفری، مهدی، رودباری، ساره و جعفری، کبری، امواج فراصوت و تأثیر آن بر روی انسان و اثرات بیولوژیکی آن بر روی حیوانات، گیاهان و محیط،اولین همایش بین المللی و سومین همایش ملی بهداشت محیط،سلامت و محیط زیست پایدار، همدان، 1394. ،https://civilica.com/doc/440579\
[13] F. Ahmad, Z.H. Mohammad, S. Zaidi and S. A Ibrahim, “A comprehensive review on the application of ultrasound for the preservation of fruits and vegetables”, Journal of food process engineering, vol. 46, no. 6, Feb. 2023, doi: https://doi.org/10.1111/jfpe.14291.
[14] C. Wiernicki, W.J. Karoly, “Ultrasound: Biological Effects and Industrial Hygiene Concerns”, Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 2010, 46, 488–496.
[15] F. Villegas, “Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composites”, Frontiers in Materials, vol. 6, Nov. 2019,doi:https://doi.org/10.3389/fmats.2019.00291.
[16] طوسیان شاندیز، حیدر، تصویربرداری از بتن با استفاده از امواج فراصوت و آلگوریتمSAFT با بکارگیری موجک، دومین کنفرانس ماشین بینایی و پردازش تصویر، تهران
[17] M. Gallo, L. Ferrara, D. Naviglio, “Application of Ultrasound in Food Science and Technology: A Perspective”. Foods 2018, 7, 164. doi: https://doi.org/10.3390/foods7100164.
[18] فرقانی، معین الدین. بررسی عملکرد فناوری امواج فراصوت و کاربرد آن در صنایع غذایی، کنفرانس ملی دستاوردهای فن آورانه علوم و صنایع غذایی ایران. SID. https://sid.ir/paper/824244/fa
[19] یوسف زاده ثانی سپیده، مرتضوی سید علی، شیخ الاسلامی زهرا، کریمی مهدی، الهامیراد امیر حسین، 1396، کاربرد های امواج فراصوت در صنایع غذایی و نقش آن دربهبود کیفیت فرآورده های سوخاری", مجله علمی صوت و ارتعاش، دور12، صص 119-،105، 1394.
[20] تاج الدین، بهجت، رفیعی، زهرا، استفاده از امواج فراصوتی در خشک کردن مواد غذایی (مطالعه موردي تولید چیپس سیب، نشریۀ علمی ترویجی صوت و ارتعاش، دوره 7، شماره 14، 97-90، 1397.
[21] Y. Chisti, “Sonobioreactors: using ultrasound for enhanced microbial productivity,” Trends in Biotechnology, vol. 21, no. 2, pp. 89–93, Feb. 2003, doi: https://doi.org/10.1016/s0167-7799(02)00033-1.
[22] T.D. Pham, R.A. Shrestha, J. Virkutyte, M. Sillanpää, “Recent studies in environmental applications of ultrasoundA paper”, submitted to the Journal of Environmental Engineering and Science. Can. J. Civ. Eng. 2009, 36, 1849–1858. https://doi.org/10.1139/L09-068.
[23] M.L. Oelze, “Quantitative ultrasound successes: Past, present and future”, In Byram BC, Ruiter NV, editors, Medical Imaging 2020: Ultrasonic Imaging and Tomography, SPIE. 2020. 113190X. (Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE). doi: 10.1117/12.2557150.
[24] عزیزیان غلامرضا، سرکار سعید، ابوالحسنی محمدجواد، ایجاد تصویر سه بعدی با استفاده از سیستم های فراصوت دو بعدی معمولی. مجله پزشكي باليني ابن سينا. ۹ (۲)، 1381.
[25] S.B. Barnett, G.R. Ter Haar, M.C. Ziskin, H.D. Rott, F.A. Duck, K. Maeda, “International recommendations and guidelines for the safe use of diagnostic ultrasound in medicine”. Ultrasound Med. Biol. 2000, 26, 355–366. https://doi.org/10.1016/S0301-5629(00)00204-0.
[26] A. Guermazi, F.W. Roemer, P. Robinson, J.L. Tol, R.R Regatte, M.D. Crema, “Imaging of muscle injuries in sports medicine: Sports imaging series”. Radiology , 2017. DOI: 10.1148/radiol.2017160267.
[27] عابدینی، رضوان، جهرمی، محمدصابر، مروری بر کاربردهای نوین فناوری فراصوت توان بالا در جراحی پزشکی، نشرية علمي صوت و ارتعاش/ سالدهم / شمارة بیستم / صفحات157-173، 1400.
[28] علیان نژادی، مریم، و فائز، معصومه، درمان سرطان با امواج فراصوت متمرکز با شدت بالا (HIFU). علوم پزشکی رازی (مجله دانشگاه علوم پزشکی ایران)، 24(162 )، 40-53، 1396.
[29] حیدرنژاد اصل، مهران، بررسی تاثیر امواج فراصوت بر روند استخوان سازی، اولین کنفرانس ملی پژوهش های کاربردی در علوم برق و کامپیوتر و علوم پزشکی، 1398.
[30] رقیب دوست، سینا و حاجی محمد باقر، سمانه، کاربردهای Ultrasound در پزشکی و صنایع، اولین کنفرانس بین المللی یافته های نوین در علوم پزشکی و بهداشت با رویکرد ارتقای سلامت، ایران، قزوین، 1401.
[31] مقیم نژاد سرحمامی, مهدی و شهیدیان، آزاده، کاربرد امواج فراصوتی در درمان سنگ کلیه. مجله مهندسی مکانیک 56-49،(2)27، 1397.
[32] D.L. Miller, N.B. Smith, M.R. Bailey, G.J. Czarnota, K. Hynynen, I.R.S. Makin, “Overview of Therapeutic Ultrasound Applications and Safety Considerations”. J. Ultrasound Med. 2012. doi: 10.7863/jum.2012.31.4.623.
[33] زمانی بابگهری، میلاد ، رمضانی فرد:، مهدی ، زمانی بابگهری، مهدی، طراحی و ساخت عصای سفید هوشمند به منظور هدایت و راهنمایی نابینایان وکم بینایان، سومین کنفرانس ملی دستاوردهای نوین در برق وکامپیوتر و صنایع، 1396.
[34] فائز، معصومه و حمیدی اصفهانی، زهره، ،ضد عفونی کردن آب وپساب با فراصوت،دومین کنگره بین المللی و بیست و پنجمین کنگره ملی علوم و صنایع غذائی ایران،ساری، 1397.
[35] فخمی حور, فریبا, زارع, ناصر, اصغری, رسول, مهدی‌زاده, محمد و فیروزی, بهنام. تأثیر امواج فراصوت، دما، نور، کیتوسان و تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی بر کالوسزایی زعفران (Crocus sativus L.). زراعت و فناوری زعفران، 375- 361، (3)8، 1399. Doi: 10.22048/jsat.2020.215454.1376
[36] M.I. Simeon, A.S. Mohammed and S.E Adebayo, "Development and preliminary testing of an electronic pest repeller with automatic frequency variation", International Journal of Plasma , 2013.
[37] K. Nithiyananthan, N Pratap , P. Dhinakar, “Design and Development of Variable Frequency Ultrasonic Pest Repeller”, Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems , 2017, 12(1):22-34.
[38] Kelsey C.A. , Ph.H. Heintz , D.J. Sandoval , G. D. Chambers , N.L. Adolphi , K. S. Paffett , ”Biological Effects of Ultrasound”, 2014, Radiation Biology of Medical Imaging, 269–280. doi: https://doi.org/10.1002/9781118517154.ch16.
[39] AIUM/NEMA . Standard for Real-Time Display of Thermal and Mechanical Acoustic Output Indices on Diagnostic Ultrasound Equipment. American Institute of Ultrasound in Medicine and the National Electrical Manufactures Association; Rockville, MD, USA: 2009.
[40] CMI. Quarato, D. Lacedonia, M. Salvemini, G. Tuccari, G. Mastrodonato, R. Villani, L.A. Fiore, G. Scioscia, A. Mirijello, A. Saponara, et al. “A Review on Biological Effects of Ultrasounds: Key Messages for Clinicians”. Diagnostics. 2023; 13(5):855. https://doi.org/10.3390/diagnostics13050855.
[41] G. Basta, L. Venneri, G. Lazzerini, E. Pasanisi, M. Pianelli, N. Vesentini, S. Del Turco, C. Kusmic, E. Picano. “In vitro modulation of intracellular oxidative stress of endothelial cells by diagnostic cardiac ultrasound”. Cardiovasc. Res. 2003, 58, 156–161. 10.1016/s0008-6363(02)00665-x
[42] E. Vyskocil, S. Pfaffenberger, C. Kollmann, A. Gleiss, G. Nawratil, S. Kastl, E. Unger, K. Aumayr, O. Schuhfried, K. Huber, J. Wojta, M. Gottsauner-Wolf, “Thermal effects of diagnostic ultrasound in an anthropomorphic skull model”, Ultraschall Med. 2012 Dec;33(7):E313-E320. doi: 10.1055/s-0032-1312924.
[43] C. Kollmann, K.V. Jenderka, Moran, C.M. Draghi, Jimenez Diaz F., R. Sande, “EFSUMB Clinical Safety Statement for Diagnostic Ultrasound-(2019 revision)”. Ultraschall. Med. 2020, 41, 387–389. DOI: 10.1055/a-1010-6018
[44] AIUM. How to Interpret the Ultrasound Output Display Standard for Diagnostic Ultrasound Devices: Version 3. J. Ultrasound Med. 2019, 38, 3101–3105.