Brzina ultrazvuka u vakuumu. Brzina ultrazvuka u vodi (dodatak e). Apsorpcija ultrazvučnih talasa
ultrazvuk - elastični mehanički longitudinalni talas, čija frekvencija prelazi 20.000 Hz... U medicini se ultrazvuk koristi sa frekvencijom od 1-1,5 MHz.
Zbog svoje visoke frekvencije, ultrazvučni talas se širi u obliku zraka (zbog male dužine ultrazvučnog talasa, njegova talasna svojstva se mogu zanemariti). Takvi snopovi se mogu fokusirati pomoću posebnih akustičnih sočiva i na taj način se može postići visok intenzitet ultrazvučnog talasa. Osim toga, budući da je intenzitet talasa proporcionalan kvadratu frekvencije i amplitude oscilacija, visoka frekvencija ultrazvučnog talasa, čak i pri njegovim malim amplitudama, predodređuje mogućnost dobijanja ultrazvučnih talasa visokog intenziteta.
Metode za dobijanje ultrazvuka
:
1. magnetostriktivni (primanje ultrazvuka do 200 kHz). Magnetostrikcija je promjena oblika i zapremine feromagneta (gvožđa, njegove legure sa niklom) kada se stavi u naizmenično magnetno polje. Izmjenično magnetsko polje je polje čiji se vektor magnetne indukcije mijenja u vremenu prema harmonijskom zakonu, tj. promjenu navedenog parametra karakterizira određena frekvencija. Ovo polje djeluje kao pokretačka sila koja uzrokuje da se željezna šipka skuplja i rasteže ovisno o promjeni veličine magnetske indukcije tokom vremena. Učestalost kompresija i rastezanja će biti određena frekvencijom naizmjeničnog magnetnog polja. U tom slučaju dolazi do kompresijskih deformacija u zraku na krajevima štapa, koje se šire u obliku ultrazvučnih valova.
Povećanje amplitude ultrazvučnih valova postiže se odabirom takve frekvencije naizmjeničnog magnetskog polja na kojoj se opaža rezonancija između prirodnih i prisilnih vibracija štapa.
2. reverzni piezoelektrični efekat (prima se ultrazvuk preko 200 kHz). Piezoelektrici su tvari kristalne strukture koje imaju piezoelektričnu os, odnosno smjer u kojem se lako deformiraju (kvarc, Rochelleova sol, barijev titanat itd.) počinju da se skupljaju i rastežu duž piezoelektrične ose frekvencijom naizmeničnog električnog polja. U tom slučaju oko kristala nastaju mehaničke smetnje – kompresijske i vakuumske deformacije, koje se šire u obliku ultrazvučnih valova. Rezonantni fenomeni igraju ulogu u postizanju željene amplitude.
Efekat se naziva suprotnim, jer je istorijski otkriven ranije direktni piezoelektrični efekat- fenomen pojave naizmjeničnog električnog polja pri deformaciji piezoelektrika.
Prisustvo direktnog i reverznog piezoelektričnog efekta veoma je važno za rad ultrazvučnih dijagnostičkih uređaja. Da bi se ultrazvučni talas usmjerio na tijelo pacijenta, potrebno ga je primiti, što se radi pomoću inverznog piezoelektričnog efekta. Da bi se reflektovani ultrazvučni talas registrovao i vizualizovao, potrebno ga je transformisati u električno polje, što se postiže direktnim piezoelektričnim efektom.
Karakteristike širenja ultrazvučnih talasa
1) U homogenom okruženju. Kada ultrazvučni val intenziteta I prođe kroz sloj tvari širine, njegov intenzitet se smanjuje i postaje jednak I = I 0 e -αd, gdje I 0- početni intenzitet ultrazvučnog talasa; I je intenzitet talasa nakon prolaska kroz sloj supstance, d je širina sloja supstance, - α je koeficijent ekstinkcije talasa.
Gašenje ultrazvučnog talasa uzrokovano je dva procesa: disipacijom energije u tkivima (povezano sa ćelijskom heterogenošću organa) i njenom apsorpcijom (povezano sa makromolekularnom strukturom tkiva). Vrijednost koeficijenta ekstinkcije je važna dijagnostička karakteristika. Dakle, jetra ima nizak koeficijent ekstinkcije ultrazvučnih talasa zbog niskog koeficijenta raspršenja. Kod ciroze ova vrijednost se naglo povećava.
Apsorpcija ultrazvučnih talasa tkivima je osnova za dijagnosticiranje stanja unutrašnjih organa po principu prijenosi - analiza intenziteta talasa koji se prenosi kroz telo pacijenta i upotreba ultrazvuka u terapiji i hirurgiji.
2) Na granici dve sredine. Kada ultrazvučni talas nekog intenziteta udari u međuprostor između medija, talas se reflektuje i talas se apsorbuje.
Dio energije koji će biti sadržan u reflektiranom valu ovisi o odnosu akustičnih impedansi medija. Dakle, na granici tijelo pacijenta - zrak, reflektuje se skoro 100% energije. Stoga, kako bi ultrazvučni val ušao u tijelo pacijenta, koriste se posebni gelovi (cilj je smanjenje razlike u akustičkoj impedanciji medija).
Refleksija ultrazvučnog talasa od nehomogenosti i granica unutrašnjih organa je osnova za dijagnosticiranje njihovog stanja prema principu eholokacija- analiza intenziteta reflektovanog ultrazvuka - talasa. Ultrazvuk - naziva se talas usmjeren na tijelo pacijenta sondirajući signal i reflektovani ultrazvučni talas - echo.
Refleksija ultrazvučnih valova također ovisi o veličini reflektirajućih struktura:
Ako je veličina reflektirajućih struktura uporediva sa dugim ultrazvučnim talasom, tada će doći do difrakcije talasa, tj. talasno omotavanje strukture s naknadnim rasipanjem energije u tkivima i stvaranjem ultrazvučne sjene. Ovo ograničava rezoluciju ultrazvučne dijagnostike;
Ako je veličina reflektirajućih struktura veća od ultrazvučne valne duljine, tada će se potonja reflektirati, a intenzitet eho signala ovisit će o smjeru sondirajućeg signala, obliku i veličini reflektirajućih struktura. Postoje tzv zrcalne strukture, amplituda eho signala od kojih ima najveće vrijednosti (krvni sudovi, šupljine, granice organa i tkiva).
Generalno, međutim, intenzitet eho signala je vrlo nizak, što zahtijeva vrlo osjetljivu opremu za njihovu registraciju, ali, s druge strane, određuje prodor ultrazvučnih valova u dublje unutrašnje strukture i doprinosi njihovoj vizualizaciji.
Upotreba ultrazvuka u dijagnostici
U dijagnostičke svrhe koriste se ultrazvučni talasi niskog intenziteta, koji ne izazivaju biološke efekte u tkivima - do 0,1 W on sq. cm.
Uz pomoć ultrazvučnog senzora baziranog na inverznom piezoelektričnom efektu, dobija se signal ultrazvučne sonde i prima eho signal. Potonji se u senzoru pretvara u naizmjenično električno polje kao rezultat direktnog piezoelektričnog efekta, što omogućava registraciju, pojačanje i vizualizaciju eho signala pomoću elektroničke opreme.
Prema načinu snimanja i reflektiranja eho signala na ekranu elektroničkih uređaja razlikuju se sljedeći načini ultrazvučnog skeniranja:
- A-režim (režim amplitude). Eho signali pretvoreni u električno polje u senzoru uzrokuju vertikalno skretanje zrakastog snopa u obliku vrhova čija će amplituda ovisiti o intenzitetu reflektiranog ultrazvučnog vala, a od lokacije na ekranu osciloskopa - dubine reflektirajuća struktura na skali mjernog uređaja. Primjer upotrebe A-moda u medicini je ehoencefaloskopija- metoda ultrazvučnog skeniranja koja se koristi u neurologiji i neurohirurgiji za dijagnosticiranje volumetrijskih lezija mozga (hematomi, tumorski procesi itd.). Glavni eho signali (maksimalne amplitude) nastaju kada se reflektiraju od lubanje na lokaciji sonde, srednjih struktura i lubanje suprotne strane. Pomak središnjeg vrha na desnu ili lijevu stranu može ukazivati na prisutnost patologije, odnosno lijeve ili desne hemisfere mozga.
- B-režim (režim osvjetljenja). Eho signali pretvoreni u električno polje u senzoru uzrokuju sjaj tačaka različite svjetline na ekranu: što je veća fluktuacija jačine električnog polja (koja, pak, ovisi o intenzitetu eho signala), to je svjetlija i na ekranu mernog uređaja formira se obimnija tačka. Za implementaciju načina rada koriste se složeni ultrazvučni valni senzori, koji sadrže mnogo elemenata koji emituju sondirajući stimulans i pretvaraju eho signale. Smjer sondirajućih signala se također mijenja. Elektronska oprema akumulira podatke istraživanja istog područja tijela, dobivene korištenjem svih elemenata senzora iu različitim smjerovima, te, integrirajući ih, formira sliku ispitivanog organa u realnom vremenu na skali mjerni uređaj. Dakle, možete dobiti dvodimenzionalni ehotomogrami.
- M-režim (motion mode). Omogućava vam primanje ehograma pokretnih struktura tijela. Kao iu implementaciji A-moda, smjer sondirajućih signala ostaje nepromijenjen kroz cijelo vrijeme istraživanja, međutim, sondiranje se provodi više puta tako da period formiranja M -
ehogrami su premašili period kretanja proučavanih struktura i period formiranja A -
ehogrami. Snima se promjena dubine pokretne konstrukcije u vremenu (kretanje grede mjernog uređaja duž ose NS). Amplituda eha se prikazuje kao tačke različite osvetljenosti (kao u B režimu). Sa svakim sljedećim sondiranjem, uzdužni ehogram se pomjera za malu količinu u smjeru okomitom na os dubinske (vremenske) slike. Najčešće se koristi u klinici ehokardiografija.
Interakcija ultrazvuka sa materijom. Upotreba ultrazvuka u terapiji i hirurgiji.
Ultrazvuk karakteriziraju sljedeće vrste djelovanja na supstancu:
- mehaničko djelovanje... Povezan je s deformacijom mikrostrukture tvari zbog periodičnog približavanja i udaljenosti mikročestica koje čine supstancu. Na primjer, u tekućini, ultrazvučni val uzrokuje rupture njenog integriteta sa stvaranjem šupljina - kavitacija. Ovo je energetski nepovoljno stanje tečnosti, pa se šupljine brzo zatvaraju oslobađanjem velike količine energije.
- termičko djelovanje... To je povezano sa činjenicom da se energija sadržana u ultrazvučnom talasu i oslobođena prilikom zatvaranja kavitacija delimično raspršuje u tkivima u obliku toplote, što dovodi do njihovog zagrevanja.
- fizičko-hemijsko dejstvo... Očituje se ionizacijom i disocijacijom molekula tvari, ubrzanjem kemijskih reakcija (na primjer, oksidacijom i redukcijom) itd.
Na osnovu kompleksnog delovanja mehaničkih, termičkih i fizičko-hemijskih faktora biološki efekat ultrazvuka... Ova akcija će biti određena intenzitetom ultrazvučnog talasa.
Ultrazvuk niskog i srednjeg intenziteta (odnosno 1,5 W on sq.. cm... i 3 W on sq.cm) izaziva pozitivne efekte u živim organizmima, stimuliše tok normalnih fizioloških procesa. Ovo je osnova za upotrebu ultrazvuka u fizioterapiji. US poboljšava propusnost ćelijske membrane, aktivira sve vrste transporta kroz membranu, utiče na brzinu biohemijskih reakcija.
Povećanje intenziteta ultrazvučnog talasa dovodi do uništavajući ga na ćelijama. Koristi se za sterilizaciju medicinskih ustanova ultrazvukom virusa i bakterija i ćelija gljivica.
Ultrazvuk visokog intenziteta se široko koristi u hirurgiji. Neke operacije se izvode ultrazvučnim skalpelom. Oni su bezbolni, praćeni manjim krvarenjem, rane brže zarastaju, uključujući i kao rezultat ultrazvučne sterilizacije rane.
Ultrazvuk se široko koristi u ortopediji: za neke operacije na kosti koristi se Ultrazvučni fajl, US se koristi za međusobno povezivanje kostiju i pričvršćivanje koštanih implantata na njih.
Litotripsija- metoda uništavanja kamenca u bubrezima i žučnoj kesi uz pomoć usmjerenog djelovanja ultrazvučnih valova visokog intenziteta.
Ehodoplerografija
Doplerov efekat- promjena frekvencije valova koje prima prijemnik zbog relativnog kretanja izvora valova i prijemnika. Da biste izračunali frekvenciju valova koje prima prijemnik, koristite formulu:
Gde je v prijemnik frekvencija talasa koje prima prijemnik, v izvor je frekvencija talasa koje emituje izvor, v 0 je brzina talasa, u 0 je brzina prijemnika talasa, u izvor je brzina talasa izvor talasa.
Gornji predznaci u brojniku i nazivniku karakterišu slučajeve kada se izvor i prijemnik ultrazvučnih talasa približavaju jedan drugom, a donji predznaci su slučajevi kada se izvor i prijemnik ultrazvučnih talasa udaljavaju.
Ehodoplerografija- tehnika za proučavanje brzine protoka krvi i kretanja pokretnih struktura tijela (srca i krvnih sudova), zasnovana na primjeni Doplerovog efekta.
Ultrazvučni val određene frekvencije ν emituje se u meka tkiva uz pomoć stacionarnog senzora, nakon čega se snimaju eho signali, reflektirani od pokretnih elemenata (uglavnom od krvnih eritrocita) i frekvencije ν`` zbog Doplerovog efekta .
Doplerov efekat se opaža dva puta:
Prvo, senzor je izvor valova frekvencije ν, a eritrocit je prijemnik. Zbog kretanja, eritrocit će percipirati val frekvencije ν`.
Eritrocit će reflektirati ultrazvučni val koji ga udara frekvencijom ν`, ali će senzor, na koji će se eho signal vratiti, zbog pokretljivosti eritrocita, percipirati sa frekvencijom ν``.
Dijagnostički znak je razlika Δν = ν - ν``, koja se naziva Doplerov pomak frekvencije... Ova razlika zavisi od brzine kretanja eritrocita, tj. i stope protoka krvi općenito.
Doplerov pomak frekvencije je u audio opsegu i može ga čuti iskusni ljekar koristeći posebne uređaje. Postoje i modernije metode za vizualizaciju Doplerovog pomaka frekvencije.
Dio fizike ultrazvuka prilično je u potpunosti obrađen u brojnim modernim monografijama o ehografiji. Fokusiraćemo se samo na neka svojstva ultrazvuka, bez poznavanja kojih je nemoguće razumeti proces dobijanja ultrazvučne slike.
Brzina ultrazvuka i specifični talasni otpor ljudskih tkiva (prema V.N.Demidovu)
Ultrazvučni talas, došavši do granice dva medija, može se reflektovati ili ići dalje. Koeficijent refleksije ultrazvuka zavisi od razlike u ultrazvučnom otporu na granici između medija: što je ta razlika veća, to je jači stepen refleksije. Stepen refleksije ovisi o kutu upada zraka na granicu između medija: što se ugao više približava pravoj liniji, to je jači stupanj refleksije.
Dakle, znajući ovo, moguće je pronaći optimalnu ultrazvučnu frekvenciju koja daje maksimalnu rezoluciju uz dovoljnu penetraciju.
Osnovni principi na kojima se zasniva rad ultrazvučne dijagnostičke opreme, - ovo je Širenje i refleksija ultrazvuka.
Princip rada dijagnostičkih ultrazvučnih uređaja je refleksija ultrazvučnih vibracija sa interfejsa tkiva sa određenom vrednošću akustičkog otpora. Vjeruje se da do refleksije ultrazvučnih valova na sučelju dolazi kada razlika u akustičkoj gustoći medija nije manja od 1%. Količina refleksije zvučnih talasa zavisi od razlike u akustičkoj gustoći na granici između medija, a stepen refleksije zavisi od upadnog ugla ultrazvučnog snopa.
Primanje ultrazvučnih vibracija
Osnova za dobivanje ultrazvučnih vibracija je direktni i inverzni piezoelektrični efekt, čija je suština u činjenici da kada se na površini kristalnih površina stvore električni naboji, potonji se počinju skupljati i rastezati. Prednost piezoelektričnih pretvarača je sposobnost izvora ultrazvuka da istovremeno služi i kao njegov prijemnik.
Dijagram strukture ultrazvučnog senzora
Senzor sadrži piezoelektrični kristal na čijim rubovima su pričvršćene elektrode. Iza kristala nalazi se sloj tvari koja apsorbira ultrazvuk, koji se širi u smjeru suprotnom od potrebnog. Ovo poboljšava kvalitetu rezultirajućeg ultrazvučnog snopa. Tipično, ultrazvučni snop koji generira pretvarač ima maksimalnu snagu u centru, a smanjuje se na rubovima, zbog čega je rezolucija ultrazvuka različita u centru i na periferiji. U središtu snopa uvijek možete dobiti stabilne refleksije i od više i od manje gustih objekata, dok se na periferiji snopa mogu reflektirati manje gusti objekti, a oni gušći mogu se reflektirati kao manje gusti.
Moderni piezoelektrični materijali omogućavaju senzorima da šalju i primaju ultrazvuk u širokom rasponu frekvencija. Moguće je kontrolisati oblik spektra akustičkog signala, stvarajući i održavajući Gaussov talasni oblik koji je otporniji na izobličenje frekvencijskog pojasa i pomak središnje frekvencije.
U najnovijim dizajnima ultrazvučnih uređaja, visoka rezolucija i jasnoća slike su obezbeđeni upotrebom sistema dinamičkog fokusa i širokopojasnog eho filtera za fokusiranje ulaznih i odlaznih ultrazvučnih zraka pomoću mikroračunara. Na ovaj način se osigurava idealno profiliranje i poboljšanje karakteristika ultrazvučnog snopa i bočne rezolucije dubokih struktura dobijenih sektorskim skeniranjem. Parametri fokusa se postavljaju prema frekvenciji i tipu senzora. Širokopojasni eho filter pruža optimalnu rezoluciju kroz idealnu kombinaciju frekvencija, uzimajući u obzir apsorpciju eha koji prolaze kroz meko tkivo. Upotreba višeelementnih pretvarača visoke gustoće pomaže u uklanjanju lažnih odjeka zbog bočne i stražnje difrakcije.
Danas u svijetu postoji žestoka konkurencija između firmi u stvaranju visokokvalitetnih vizualnih sistema koji ispunjavaju najviše zahtjeve.
Konkretno, Acuson Corporation je postavila specifične standarde za kvalitet slike i kliničku raznolikost i razvila Platformu 128 XP™, osnovni modul za kontinuirano poboljšanje koji omogućava liječnicima da prošire obim kliničkog istraživanja na osnovu potreba.
Platforma koristi 128 elektronski nezavisnih kanala koji se mogu koristiti istovremeno i za prenos i za prijem, obezbeđujući izuzetnu prostornu rezoluciju, kontrast tkiva i uniformnost slike u celom vidnom polju.
Ultrazvučni dijagnostički uređaji se dijele u tri klase: jednodimenzionalni, dvodimenzionalni i trodimenzionalni.
Kod jednodimenzionalnih skenera, informacije o objektu se prikazuju u jednoj dimenziji duž dubine objekta, a slika se snima u obliku vertikalnih vrhova. Amplituda i oblik pikova se koriste za procjenu strukturnih svojstava tkiva i dubine područja refleksije eho signala. Ova vrsta uređaja se koristi u ehoencefalografiji za određivanje pomaka srednjih struktura mozga i volumetrijskih (tečnih i čvrstih) formacija, u oftalmologiji - za određivanje veličine oka, prisutnosti tumora i stranih tijela, u eho-pulsografija - za proučavanje pulsiranja karotidnih i vertebralnih arterija na vratu i njihovih intrakranijalnih grana itd. U ove svrhe koristi se frekvencija od 0,88-1,76 MHz.
2D skeneri
2D skeneri dijele se na uređaje za ručno skeniranje i one koji rade u realnom vremenu.
Trenutno se za proučavanje površinskih struktura i unutrašnjih organa koriste samo uređaji u realnom vremenu, u kojima se informacije kontinuirano odražavaju na ekranu, što omogućava dinamičko praćenje stanja organa, posebno kada se proučavaju pokretne strukture. Radna frekvencija ovih uređaja je od 0,5 do 10,0 MHz.
U praksi se češće koriste senzori frekvencije od 2,5 do 8 MHz.
3D skeneri
Za njihovu upotrebu potrebni su određeni uslovi:
- prisustvo obrazovanja koje ima zaobljen ili dobro oblikovan oblik;
- prisustvo strukturnih formacija u tečnim prostorima (fetus u materici, očna jabučica, kamenci u žučnoj kesi, strano telo, polip u želucu ili crevu ispunjenom tečnošću, vermiformni apendiks na pozadini upalne tečnosti, kao kao i svi trbušni organi na pozadini ascitične tečnosti);
- sedentarne strukturne formacije (očna jabučica, prostata, itd.).
Dakle, uzimajući u obzir ove zahtjeve, trodimenzionalni skeneri se mogu uspješno koristiti za istraživanja u akušerstvu, sa volumetrijskom patologijom trbušne šupljine radi preciznije diferencijacije od drugih struktura, u urologiji za pregled prostate kako bi se razlikovala strukturna penetracija trbušne šupljine. kapsula, u oftalmologiji, kardiologiji, neurologiji i angiologiji.
Zbog složenosti upotrebe, visoke cijene opreme, prisutnosti mnogih uvjeta i ograničenja, trenutno se rijetko primjenjuju. ali 3D skeniranje — ovo je ehografija budućnosti.
Dopler sonografija
Princip Doppler ehografije je da se frekvencija ultrazvučnog signala kada se reflektira od objekta koji se kreće mijenja proporcionalno njegovoj brzini i ovisi o frekvenciji ultrazvuka i kutu između smjera širenja ultrazvuka i smjera strujanja. Ova metoda se uspješno koristi u kardiologiji.
Metoda je interesantna i za internu medicinu u vezi sa svojom sposobnošću da pruži pouzdane informacije o stanju krvnih sudova unutrašnjih organa bez unošenja kontrastnih sredstava u organizam.
Češće se koristi u sveobuhvatnom pregledu pacijenata sa sumnjom na portalnu hipertenziju u ranom stadijumu, u određivanju težine poremećaja portalne cirkulacije, razjašnjavanju nivoa i uzroka blokade u sistemu portalne vene, kao i za proučavanje promena na portalu. protok krvi kod pacijenata sa cirozom prilikom davanja lijekova (beta blokatori, ACE inhibitori itd.).
Svi uređaji su opremljeni sa dva tipa ultrazvučnih senzora: elektromehaničkim i elektronskim. Oba tipa senzora, ali češće elektronski, imaju modifikacije za upotrebu u različitim oblastima medicine pri pregledu odraslih i djece.
U klasičnoj verziji realnog vremena koriste se 4 metode elektronskog skeniranja : sektorski, linearni, konveksni i trapezni, od kojih svaki karakterišu specifične karakteristike u odnosu na oblast posmatranja. Istraživač može odabrati metodu skeniranja ovisno o zadatku koji mu se nalazi i lokaciji.
Skeniranje sektora
Prednosti:
- veliko vidno polje prilikom istraživanja dubokih područja.
Područje primjene:
- kraniološki pregled novorođenčadi kroz veliku fontanelu;
- kardiološki pregledi;
- opšte abdominalne studije karličnih organa (posebno u ginekologiji i proučavanju prostate), organa retroperitonealnog sistema.
Linearno skeniranje
Prednosti:
- veliko vidno polje pri pregledu plitkih delova tela;
- visoka rezolucija u proučavanju dubokih dijelova tijela zbog upotrebe višeelementnog senzora;
Područje primjene:
- površinske konstrukcije;
- kardiologija;
- pregled karličnih organa i perirenalne regije;
- u akušerstvu.
Konveksno skeniranje
Prednosti:
- mala površina kontakta s površinom tijela pacijenta;
- veliko polje posmatranja prilikom istraživanja dubokih područja.
Područje primjene:
- opšti pregledi abdomena.
Trapezoidno skeniranje
Prednosti:
- veliko polje posmatranja pri pregledu blizu površine tela i duboko lociranih organa;
- laka identifikacija tomografskih preseka.
Područje primjene:
- opšti pregledi abdomena;
- akušerski i ginekološki.
Pored općeprihvaćenih klasičnih metoda skeniranja, dizajni najnovijih uređaja koriste tehnologije koje im omogućavaju kvalitetnu dopunu.
Vektorski format skeniranja
Prednosti:
- sa ograničenim pristupom i skeniranjem iz interkostalnog prostora, pruža akustičke karakteristike na minimalnom otvoru senzora. Format vektorskog renderiranja pruža širi pogled na blisko i dalje polje.
Područje primjene je isto kao i za sektorsko skeniranje.
Skeniranje u načinu odabira Zoom Zoom
Ovo je specijalno skeniranje odabranog područja od interesa za operatera kako bi se poboljšao sadržaj akustičnih informacija slike u 2D i kolor Dopleru. Odabrani ROI se prikazuje koristeći pune akustične i rasterske linije. Poboljšani kvalitet slike se pretvara u optimalnu gustinu linija i piksela, veću rezoluciju, veću brzinu kadrova i veće slike.
U normalnom području ostaju iste akustičke informacije, dok se u normalnom formatu za odabir zone zumiranja RES postiže povećanje slike sa povećanom rezolucijom i velikim dijagnostičkim informacijama.
Visualization Multi-Hertz
Širokopojasni piezoelektrični materijali pružaju moderne senzore sa mogućnošću rada u širokom frekventnom opsegu; pružaju mogućnost odabira određene frekvencije iz širokog raspona frekvencija dostupnih u senzorima, uz održavanje ujednačenosti slike. Ova tehnologija vam omogućava da promijenite frekvenciju senzora samo pritiskom na dugme, bez gubljenja vremena na zamjenu senzora. To znači da je jedan senzor ekvivalentan sa dvije ili tri određene karakteristike, što povećava vrijednost i kliničku svestranost senzora ("Acuson", "Simens").
Potrebne ultrazvučne informacije u najnovijim uputstvima za instrumente mogu se zamrznuti u različitim režimima: B-režim, 2B-režim, 3D, B+B način, 4B-režim, M-režim i snimiti pomoću štampača na posebnom papiru, na kompjuteru kaseta ili video kaseta sa kompjuterskom obradom informacija.
Ultrazvučno snimanje organa i sistema ljudskog tijela se stalno unapređuje, stalno se otvaraju novi horizonti i mogućnosti, međutim, ispravna interpretacija dobijenih informacija uvijek će ovisiti o nivou kliničke obuke doktora-istraživača.
S tim u vezi, često se prisjećam razgovora sa predstavnikom Aloca, koji je došao kod nas da pušta u rad prvi real-time uređaj Aloca SSD 202 D (1982). Na moje divljenje činjenicom da je u Japanu razvijena tehnologija ultrazvučnog uređaja sa kompjuterskom obradom slike, on je odgovorio: „Kompjuter je dobar, ali ako drugi računar (pokazuje na njegovu glavu) ne radi dobro, onda je taj računar bezvrijedno."
Elektrokardiografija je metoda za ispitivanje srčanog mišića registracijom bioelektričnih potencijala srca u radu. Kontrakciji srca prethodi ekscitacija miokarda, praćena kretanjem jona kroz membranu ćelije miokarda, zbog čega se mijenja potencijalna razlika između vanjske i unutrašnje površine membrane. Mjerenja mikroelektrodama pokazuju da je promjena potencijala oko 100 mV. U normalnim uvjetima, dijelovi ljudskog srca su sekvencijalno prekriveni ekscitacijom, pa se na površini srca bilježi promjenjiva razlika potencijala između već pobuđenih i još ne pobuđenih područja. Zbog električne provodljivosti tjelesnih tkiva, ovi električni procesi se mogu otkriti i pri postavljanju elektroda na površinu tijela, gdje promjena potencijalne razlike dostiže 1-3 mV.
Elektrofiziološka istraživanja srca u eksperimentu su vršena još u 19. veku, međutim, uvođenje metode u medicinu počelo je nakon što je Einthovenovim istraživanjima 1903-1924, koji je koristio niskoinercioni galvanometar, razvio oznaku elementi snimljene krive, standardni sistem registracije i glavni kriterijumi evaluacije.
Visok informativni sadržaj i relativna tehnička jednostavnost metode, njena sigurnost i odsustvo bilo kakvih neugodnosti za pacijenta omogućili su široku primjenu EKG-a u medicini i fiziologiji. Glavne komponente modernog elektrokardiografa su pojačalo, galvanometar i uređaj za snimanje. Prilikom snimanja promjenjive slike raspodjele električnih potencijala na papiru koji se kreće, dobija se kriva - elektrokardiogram (EKG), sa oštrim i zaobljenim zubima, koji se ponavlja tokom svake sistole. Zubi se obično označavaju latiničnim slovima P, Q, R, S, T i U.
Prvi od njih povezan je s aktivnošću atrija, preostali zubi - s aktivnošću srčanih ventrikula. Oblik zuba u različitim odvodima je različit. Snimanje EKG-a kod različitih osoba postiže se standardnim uslovima snimanja: nanošenjem elektroda na kožu ekstremiteta i grudnog koša (obično se koristi 12 elektroda), koje se određuju osjetljivošću aparata (1 mm = 0,1 mv) i brzinom papira. kretanje (25 ili 50 mm/sek.) ... Subjekt je u ležećem položaju, miruje. Prilikom analize EKG-a procjenjuje se prisustvo, veličina, oblik i širina zubaca i razmaci između njih, te se na osnovu toga prosuđuju karakteristike električnih procesa u srcu u cjelini i donekle o električna aktivnost ograničenijih područja srčanog mišića.
U medicini EKG ima najveća vrijednost za prepoznavanje srčanih aritmija, kao i za otkrivanje infarkta miokarda i nekih drugih bolesti. Međutim, EKG promjene odražavaju samo prirodu poremećaja električnih procesa i nisu striktno specifične za određenu bolest. Promjene na EKG-u mogu nastati ne samo kao posljedica bolesti, već i pod utjecajem normalne dnevne aktivnosti, unosa hrane, liječenja lijekovima i drugih razloga. Dakle, dijagnozu lekar postavlja ne na osnovu EKG-a, već na osnovu ukupnosti kliničkih i laboratorijskih znakova bolesti. Dijagnostičke mogućnosti se povećavaju kada se uporedi broj uzastopno snimljenih EKG-a u intervalu od nekoliko dana ili sedmica. Elektrokardiograf se koristi i u kardiomonitorima - uređajima za 24-satno automatsko praćenje stanja teško bolesnih pacijenata - i za telemetrijsku kontrolu stanja radnog lica - u kliničkoj, sportskoj, svemirskoj medicini, što osigurava posebne metode primjene elektroda i radio komunikacija između galvanometra i uređaja za snimanje.
Bioelektrična aktivnost srca može se snimiti i na drugi način. Razliku potencijala karakterizira vrijednost i smjer specifični za dati trenutak, odnosno ona je vektor i može se konvencionalno predstaviti strelicom koja zauzima određenu poziciju u prostoru. Karakteristike ovog vektora se menjaju tokom srčanog ciklusa tako da njegova početna tačka ostaje stacionarna, a konačna opisuje složenu zatvorenu krivu. U projekciji na ravan, ova kriva izgleda kao niz petlji i naziva se vektorski kardiogram (VKG). Približno se može grafički izgraditi na osnovu EKG-a u različitim odvodima. Može se dobiti i direktno uz pomoć posebnog aparata - vektorskog kardiografa, čiji je uređaj za snimanje katodna cijev, a za izvlačenje se koriste dva para elektroda postavljenih na pacijenta u odgovarajućoj ravni.
Promjenom položaja elektroda može se dobiti VCG u različitim ravnima i formirati potpunije prostorno razumijevanje prirode električnih procesa. U nekim slučajevima vektorkardiografija nadopunjuje elektrofiziološke studije kao dijagnostička metoda. Proučavanje elektrofizioloških osnova i klinička primjena elektrofizioloških studija i vektorkardiografije, unapređenje uređaja i metoda registracije predmet su posebnog naučnog odsjeka medicine - elektrokardiologije.
U veterinarskoj medicini elektrokardiografija se koristi kod velikih i malih životinja za dijagnosticiranje promjena na srcu koje su posljedica određenih nezaraznih ili zaraznih bolesti. Uz pomoć elektrokardiografije kod životinja utvrđuju se srčane aritmije, povećanje srca i druge promjene na srcu. Elektrokardiografija vam omogućava da pratite učinak na srčani mišić životinje koja koristi ili testira lijekove.
1. Emiteri i prijemnici ultrazvuka.
2. Apsorpcija ultrazvuka u supstanci. Akustične struje i kavitacija.
3. Refleksija ultrazvuka. Snimanje zvuka.
4. Biofizički efekat ultrazvuka.
5. Upotreba ultrazvuka u medicini: terapija, hirurgija, dijagnostika.
6. Infrazvuk i njegovi izvori.
7. Uticaj infrazvuka na ljude. Upotreba infrazvuka u medicini.
8. Osnovni pojmovi i formule. Stolovi.
9. Zadaci.
ultrazvuk - elastične vibracije i talasi sa frekvencijama od približno 20x10 3 Hz (20 kHz) do 10 9 Hz (1 GHz). Frekvencijski opseg ultrazvuka od 1 do 1000 GHz se obično naziva hiperzvuk. Ultrazvučne frekvencije su podijeljene u tri opsega:
ULF - ultrazvuk niske frekvencije (20-100 kHz);
USCH - ultrazvuk srednje frekvencije (0,1-10 MHz);
UZVCH - ultrazvuk visoke frekvencije (10-1000 MHz).
Svaki asortiman ima svoje karakteristike medicinske upotrebe.
5.1. Ultrazvučni emiteri i prijemnici
Elektromehanički emiteri i ultrazvučni prijemnici koristiti fenomen piezoelektričnog efekta, čija je suština objašnjena na sl. 5.1.
Kristalni dielektrici poput kvarca, Rochelle soli itd. imaju izražena piezoelektrična svojstva.
Ultrazvučni emiteri
Elektromehanički Ultrazvučni emiter koristi fenomen inverznog piezoelektričnog efekta i sastoji se od sljedećih elemenata (slika 5.2):
Rice. 5.1. a - direktni piezoelektrični efekat: kompresija i rastezanje piezoelektrične ploče dovodi do pojave razlike potencijala odgovarajućeg znaka;
b - obrnuti piezoelektrični efekat: ovisno o predznaku razlike potencijala primijenjene na piezoelektričnu ploču, ona se skuplja ili rasteže
Rice. 5.2. Ultrazvučni emiter
1 - ploče napravljene od tvari s piezoelektričnim svojstvima;
2 - elektrode nanesene na njegovu površinu u obliku provodljivih slojeva;
3 - generator koji napaja naizmjenični napon potrebne frekvencije na elektrode.
Kada se na elektrode (2) iz generatora (3) dovede naizmjenični napon, ploča (1) se periodično rasteže i sabija. Javljaju se prisilne oscilacije čija je frekvencija jednaka frekvenciji promjene napona. Ove vibracije se prenose na čestice okoline, stvarajući mehanički talas odgovarajuće frekvencije. Amplituda vibracija čestica medija u blizini radijatora jednaka je amplitudi vibracije ploče.
Posebnosti ultrazvuka uključuju mogućnost dobijanja talasa visokog intenziteta čak i pri relativno malim amplitudama oscilacija, budući da je pri datoj amplitudi gustina
Rice. 5.3. Fokusiranje ultrazvučnog snopa u vodi pomoću ravno konkavne leće od pleksiglasa (ultrazvučna frekvencija 8 MHz)
protok energije je proporcionalan kvadrat frekvencije(vidi formulu 2.6). Granični intenzitet ultrazvučnog zračenja određen je svojstvima materijala emitera, kao i posebnostima uslova njihove upotrebe. Raspon intenziteta pri generiranju ultrazvuka u polju ultrazvučne frekvencije je izuzetno širok: od 10 -14 W / cm 2 do 0,1 W / cm 2.
Za mnoge svrhe potrebni su mnogo veći intenziteti od onih koji se mogu dobiti sa površine emitera. U ovim slučajevima može se koristiti fokusiranje. Slika 5.3 prikazuje fokusiranje ultrazvuka sa sočivom od pleksiglasa. Primiti vrlo velike Američki intenziteti koriste sofisticiranije tehnike fokusiranja. Dakle, u fokusu paraboloida, čiji su unutrašnji zidovi napravljeni od mozaika kvarcnih ploča ili piezoelektričnog barijum titanita, na frekvenciji od 0,5 MHz moguće je dobiti intenzitet ultrazvuka u vodi do 10 5 W/cm 2 .
Ultrazvučni prijemnici
Elektromehanički Ultrazvučni prijemnici(Sl. 5.4) koriste fenomen direktnog piezoelektričnog efekta. U tom slučaju pod dejstvom ultrazvučnog talasa nastaju oscilacije kristalne ploče (1),
Rice. 5.4. Ultrazvučni prijemnik
usled čega na elektrodama (2) nastaje naizmenični napon koji je fiksiran sistemom za snimanje (3).
U većini medicinskih uređaja, ultrazvučni generator talasa se istovremeno koristi i kao prijemnik.
5.2. Apsorpcija ultrazvuka u tvari. Akustične struje i kavitacija
Po svojoj fizičkoj prirodi, ultrazvuk se ne razlikuje od zvuka i predstavlja mehanički talas. Tokom njegovog širenja formiraju se naizmjenična područja zgušnjavanja i razrjeđivanja čestica medija. Brzina širenja ultrazvuka i zvuka u medijima je ista (u vazduhu ~340 m/s, u vodi i mekim tkivima ~ 1500 m/s). Međutim, visoki intenzitet i kratke ultrazvučne talasne dužine dovode do niza specifičnih karakteristika.
Širenjem ultrazvuka u tvari dolazi do nepovratnog prijelaza energije zvučnog vala u druge vrste energije, uglavnom u toplinu. Ovaj fenomen se zove apsorpcija zvuka. Smanjenje amplitude vibracije čestica i ultrazvučnog intenziteta zbog apsorpcije je eksponencijalno:
gdje je A, A 0 - amplitude oscilacija čestica medija na površini tvari i na dubini h; I, I 0 - odgovarajući intenziteti ultrazvučnog talasa; α - koeficijent apsorpcije, ovisno o frekvenciji ultrazvučnog vala, temperaturi i svojstvima medija.
Koeficijent apsorpcije - recipročna udaljenost na kojoj se amplituda zvučnog talasa smanjuje za faktor "e".
Što je veći koeficijent apsorpcije, medij jače apsorbira ultrazvuk.
Koeficijent apsorpcije (α) raste sa povećanjem frekvencije ultrazvuka. Stoga je slabljenje ultrazvuka u mediju mnogo puta veće od prigušenja zvučnog zvuka.
Kao i koeficijent apsorpcije, kao karakteristika apsorpcije ultrazvuka upotreba i dubina poluapsorpcije(H), što mu je inverzno povezano (H = 0,347 / α).
Dubina poluapsorpcije(H) je dubina na kojoj je intenzitet ultrazvučnog talasa prepolovljen.
Vrijednosti koeficijenta apsorpcije i dubine poluapsorpcije u različitim tkivima prikazane su u tabeli. 5.1.
U plinovima, a posebno u zraku, ultrazvuk se širi sa velikim slabljenjem. Tečnosti i čvrste materije (posebno monokristali) su u pravilu dobri provodnici ultrazvuka, a slabljenje u njima je znatno manje. Tako je, na primjer, u vodi slabljenje ultrazvuka, pod svim ostalim jednakim uvjetima, otprilike 1000 puta manje nego u zraku. Stoga se područja primjene UCh i UZHF gotovo isključivo odnose na tekućine i čvrste tvari, a samo ULF se koriste u zraku i plinovima.
Oslobađanje toplote i hemijske reakcije
Apsorpciju ultrazvuka supstancom prati prijelaz mehaničke energije u unutrašnju energiju tvari, što dovodi do njenog zagrijavanja. Najintenzivnije zagrijavanje se javlja u područjima koja se nalaze uz granice između medija, kada je koeficijent refleksije blizu jedinice (100%). To je zbog činjenice da se kao rezultat refleksije povećava intenzitet vala blizu granice i, shodno tome, povećava se količina apsorbirane energije. Ovo se može provjeriti eksperimentalno. Potrebno je nanijeti ultrazvučni emiter na vlažnu ruku. Ubrzo se na suprotnoj strani dlana javlja senzacija (slična bolu od opekotine), uzrokovana ultrazvukom koji se reflektuje sa interfejsa koža-vazduh.
Složena tkiva (pluća) su osjetljivija na zagrijavanje ultrazvukom nego homogena tkiva (jetra). Relativno mnogo topline se stvara na granici mekih tkiva i kostiju.
Lokalno zagrijavanje tkiva za djeliće stupnjeva doprinosi vitalnoj aktivnosti bioloških objekata, povećava intenzitet metaboličkih procesa. Međutim, produženo izlaganje može dovesti do pregrijavanja.
U nekim slučajevima, fokusirani ultrazvuk se koristi za lokalni utjecaj na pojedinačne strukture tijela. Ovaj efekat omogućava postizanje kontrolisane hipertermije, tj. zagrijavanje do 41-44 ° C bez pregrijavanja susjednih tkiva.
Povećanje temperature i veliki padovi tlaka koji prate prolazak ultrazvuka mogu dovesti do stvaranja iona i radikala koji mogu stupiti u interakciju s molekulima. U tom slučaju mogu doći do takvih hemijskih reakcija koje nisu izvodljive u normalnim uslovima. Hemijsko djelovanje ultrazvuka očituje se, posebno, u cijepanju molekule vode na radikale H + i OH - s naknadnim stvaranjem vodikovog peroksida H 2 O 2.
Akustične struje i kavitacija
Ultrazvučni talasi visokog intenziteta su praćeni brojnim specifičnim efektima. Dakle, širenje ultrazvučnih talasa u gasovima i tečnostima je praćeno kretanjem medija, koje se naziva akustični tok (Sl.5.5, a). Na frekvencijama ultrazvučnog frekvencijskog opsega u ultrazvučnom polju intenziteta od nekoliko W/cm 2 može doći do šikljanja tekućine (Sl.5.5, b) i prskajući ga tako da se formira vrlo fina magla. Ova karakteristika širenja ultrazvuka koristi se u ultrazvučnim inhalatorima.
Među važnim pojavama koje nastaju tokom širenja intenzivnog ultrazvuka u tečnostima je kavitacija - rast u ultrazvučnom polju mjehurića od dostupnih
Rice. 5.5. a) akustični tok koji nastaje širenjem ultrazvuka frekvencije od 5 MHz u benzenu; b) fontana tečnosti nastala kada ultrazvučni snop pada iz unutrašnjosti tečnosti na njenu površinu (ultrazvučna frekvencija 1,5 MHz, intenzitet 15 W/cm 2)
submikroskopska jezgra gasa ili pare u tečnostima veličine do frakcija milimetra, koja počinju da pulsiraju ultrazvučnom frekvencijom i kolabiraju u fazi pozitivnog pritiska. Kada se mjehurići plina kolabiraju, veliki lokalni pritisci reda veličine hiljadu atmosfera, sferni udarni talasi. Ovako intenzivan mehanički učinak na čestice sadržane u tekućini može dovesti do različitih efekata, uključujući i destruktivne, čak i bez utjecaja toplinskog djelovanja ultrazvuka. Mehanički efekti su posebno značajni kada su izloženi fokusiranom ultrazvuku.
Još jedna posljedica kolapsa kavitacijskih mjehurića je snažno zagrijavanje njihovog sadržaja (do temperature reda od 10.000 °C), praćeno jonizacijom i disocijacijom molekula.
Fenomen kavitacije je praćen erozijom radnih površina emitera, oštećenjem ćelija itd. Međutim, ovaj fenomen također dovodi do niza korisnih efekata. Na primjer, u području kavitacije dolazi do pojačanog miješanja tvari koja se koristi za pripremu emulzija.
5.3. Refleksija ultrazvuka. Snimanje zvuka
Kao i kod svih vrsta talasa, fenomeni refleksije i prelamanja su inherentni ultrazvuku. Međutim, ove pojave su uočljive samo kada su dimenzije nehomogenosti uporedive sa talasnom dužinom. Dužina ultrazvučnog talasa je znatno manja od dužine zvučnog talasa (λ = v / ν). Dakle, dužine zvučnih i ultrazvučnih talasa u mekim tkivima na frekvencijama od 1 kHz i 1 MHz, respektivno, su jednake: λ = 1500/1000 = 1,5 m;
1500/1000000 = 1,5x10 -3 m = 1,5 mm. U skladu sa navedenim, tijelo veličine 10 cm praktično ne reflektuje zvuk talasne dužine λ = 1,5 m, već je reflektor ultrazvučnog talasa sa λ = 1,5 mm.
Efikasnost refleksije određena je ne samo geometrijskim odnosima, već i koeficijentom refleksije r, koji zavisi od omjera valne impedancije medija x(vidi formule 3.8, 3.9):
Za x vrijednosti blizu 0, refleksija je skoro potpuna. Ovo je prepreka prelasku ultrazvuka iz vazduha u meka tkiva (x = 3x10 -4, r= 99,88%). Ako se ultrazvučni emiter nanese direktno na kožu osobe, tada ultrazvuk neće prodrijeti unutra, već će se reflektirati od tankog sloja zraka između emitera i kože. U ovom slučaju, male vrijednosti NS igraju negativnu ulogu. Da bi se uklonio vazdušni sloj, površina kože je premazana slojem odgovarajućeg lubrikanta (vodenog želea), koji deluje kao prelazni medij za smanjenje refleksije. Naprotiv, za otkrivanje nehomogenosti u sredini, male vrijednosti NS su pozitivan faktor.
Vrijednosti koeficijenta refleksije na granicama različitih tkiva date su u tabeli. 5.2.
Intenzitet primljenog reflektovanog signala ne zavisi samo od vrednosti koeficijenta refleksije, već i od stepena apsorpcije ultrazvuka od sredine u kojoj se širi. Apsorpcija ultrazvučnog vala dovodi do činjenice da je eho signal reflektiran od strukture smještene u dubini mnogo slabiji od onog koji nastaje kada se reflektira od slične strukture koja se nalazi blizu površine.
Refleksija ultrazvučnih talasa od nehomogenosti se zasniva na zvučna slika, koristi se u medicinskom ultrazvuku (ultrazvuku). U ovom slučaju ultrazvuk koji se reflektuje od nehomogenosti (pojedini organi, tumori) pretvara se u električne oscilacije, a ove u svjetlost, što omogućava da se određeni objekti vide na ekranu u okruženju koje je neprozirno za svjetlost. Slika 5.6 prikazuje sliku
Rice. 5.6. Ultrazvučna slika od 5 MHz ljudskog fetusa starog 17 sedmica
ljudski fetus star 17 nedelja, dobijen ultrazvukom.
Na frekvencijama ultrazvučnog frekvencijskog opsega kreiran je ultrazvučni mikroskop - uređaj sličan konvencionalnom mikroskopu, čija je prednost u odnosu na optički u tome što biološka istraživanja ne zahtijevaju prethodno bojenje objekta. Slika 5.7 prikazuje fotografije crvenih krvnih zrnaca snimljene optičkim i ultrazvučnim mikroskopom.
Rice. 5.7. Fotografije crvenih krvnih zrnaca dobivene optičkim (a) i ultrazvučnim (b) mikroskopom
Sa povećanjem frekvencije ultrazvučnih talasa raste i moć razlučivanja (mogu se otkriti manje nepravilnosti), ali se smanjuje njihova prodorna moć, tj. dubina na kojoj možete istražiti strukture od interesa se smanjuje. Stoga je frekvencija ultrazvuka odabrana tako da kombinuje dovoljnu rezoluciju sa potrebnom dubinom istraživanja. Dakle, za ultrazvučni pregled štitne žlijezde koja se nalazi direktno ispod kože koriste se valovi frekvencije od 7,5 MHz, a za pregled trbušnih organa koristi se frekvencija od 3,5-5,5 MHz. Osim toga, uzima se u obzir i debljina sloja masti: za mršavu djecu frekvencija je 5,5 MHz, a za djecu i odrasle prekomjerne težine frekvencija je 3,5 MHz.
5.4. Biofizički efekat ultrazvuka
Pod dejstvom ultrazvuka na biološke objekte u ozračenim organima i tkivima na udaljenosti jednakim polovini talasne dužine mogu nastati razlike pritiska od jedinica do desetina atmosfera. Ovako intenzivni uticaji dovode do raznih bioloških efekata, čija je fizička priroda određena kombinovanim delovanjem mehaničkih, termičkih i fizičko-hemijskih pojava koje prate širenje ultrazvuka u medijumu.
Opći učinak ultrazvuka na tkiva i tijelo u cjelini
Biološki efekat ultrazvuka, tj. Promene koje nastaju u vitalnoj aktivnosti i strukturama bioloških objekata pri izlaganju ultrazvuku uglavnom su određene njegovim intenzitetom i trajanjem zračenja i mogu imati kako pozitivne tako i negativne efekte na vitalnu aktivnost organizama. Tako mehaničke vibracije čestica koje nastaju pri relativno niskim intenzitetima ultrazvuka (do 1,5 W/cm 2) proizvode svojevrsnu mikromasažu tkiva, što doprinosi boljem metabolizmu i boljem snabdijevanju tkiva krvlju i limfom. Lokalno zagrijavanje tkiva po frakcijama i jedinicama stupnjeva, u pravilu, potiče vitalnu aktivnost bioloških objekata, povećavajući intenzitet metaboličkih procesa. Ultrazvučni talasi mala i prosjek intenziteti izazivaju pozitivne biološke efekte u živim tkivima koji stimulišu tok normalnih fizioloških procesa.
Uspješna primjena ultrazvuka naznačenih intenziteta koristi se u neurologiji za rehabilitaciju bolesti kao što su kronični išijas, poliartritis, neuritis i neuralgija. Ultrazvuk se koristi u liječenju bolesti kralježnice, zglobova (uništavanje naslaga soli u zglobovima i šupljinama); u liječenju raznih komplikacija nakon oštećenja zglobova, ligamenata, tetiva itd.
Ultrazvuk visokog intenziteta (3-10 W/cm 2) štetno djeluje na pojedine organe i ljudski organizam u cjelini. Ultrazvuk visokog intenziteta može uzrokovati
v biološke sredine akustična kavitacija, praćena mehaničkim uništavanjem ćelija i tkiva. Dugotrajno intenzivno izlaganje ultrazvuku može dovesti do pregrijavanja bioloških struktura i njihovog uništenja (denaturacija proteina itd.). Izlaganje intenzivnom ultrazvuku može imati dugoročne posljedice. Na primjer, uz produženo izlaganje ultrazvuku frekvencije od 20-30 kHz, koje nastaje u nekim industrijskim uvjetima, osoba razvija poremećaje nervni sistem, umor se povećava, temperatura značajno raste, javljaju se poremećaji sluha.
Veoma intenzivan ultrazvuk je fatalan za ljude. Tako je u Španiji 80 volontera bilo izloženo ultrazvučnim turbulentnim motorima. Rezultati ovog varvarskog eksperimenta bili su žalosni: 28 ljudi je umrlo, ostali su potpuno ili djelomično paralizirani.
Toplotni efekat koji proizvodi ultrazvuk visokog intenziteta može biti vrlo značajan: uz ultrazvučno zračenje snage 4 W / cm 2 u trajanju od 20 s, temperatura tjelesnih tkiva na dubini od 2-5 cm raste za 5-6 ° C .
U cilju prevencije profesionalnih oboljenja kod osoba koje rade na ultrazvučnim uređajima, kada je moguć kontakt sa izvorima ultrazvučnih vibracija, neophodno je koristiti 2 para rukavica za zaštitu ruku: vanjske gumene i unutrašnje - pamučne rukavice.
Djelovanje ultrazvuka na ćelijskom nivou
Biološki efekat ultrazvuka se takođe može zasnivati na sekundarnim fizičko-hemijskim efektima. Dakle, tokom formiranja akustičnih strujanja može doći do miješanja unutarćelijskih struktura. Kavitacija dovodi do pucanja molekularnih veza u biopolimerima i drugim vitalnim spojevima i do razvoja redoks reakcija. Ultrazvuk povećava propusnost bioloških membrana, zbog čega dolazi do ubrzanja metaboličkih procesa zbog difuzije. Promjena protoka različitih tvari kroz citoplazmatsku membranu dovodi do promjene sastava unutarćelijske sredine i mikrookruženja ćelije. Ovo utiče na brzinu biohemijskih reakcija koje uključuju enzime koji su osetljivi na sadržaj u okruženju određenih
drugi joni. U nekim slučajevima, promjena sastava medija unutar stanice može dovesti do ubrzanja enzimskih reakcija, što se opaža kada su stanice izložene ultrazvuku niskog intenziteta.
Mnogi intracelularni enzimi se aktiviraju jonima kalija. Stoga, s povećanjem intenziteta ultrazvuka, učinak supresije enzimskih reakcija u ćeliji postaje vjerojatniji, jer se kao rezultat depolarizacije ćelijskih membrana smanjuje koncentracija kalijevih jona u intracelularnoj sredini.
Djelovanje ultrazvuka na stanice može biti praćeno sljedećim pojavama:
Povreda mikrookruženja staničnih membrana u obliku promjene gradijenata koncentracije različitih tvari u blizini membrana, promjena viskoziteta medija unutar i izvan stanice;
Promjena permeabilnosti ćelijskih membrana u obliku ubrzanja normalne i olakšane difuzije, promjena efikasnosti aktivni transport, kršenje strukture membrana;
Kršenje sastava unutarćelijskog okruženja u obliku promjene koncentracije različitih tvari u ćeliji, promjene viskoziteta;
Promjene u brzini enzimskih reakcija u ćeliji zbog promjena u optimalnim koncentracijama tvari neophodnih za funkcioniranje enzima.
Promjena permeabilnosti staničnih membrana je univerzalni odgovor na izlaganje ultrazvuku, bez obzira na to koji od ultrazvučnih faktora koji djeluju na ćeliju u jednom ili drugom slučaju dominira.
Pri dovoljno visokom intenzitetu ultrazvuka dolazi do uništavanja membrana. Međutim, različite ćelije imaju različitu otpornost: neke ćelije se uništavaju pri intenzitetu od 0,1 W / cm 2, druge pri 25 W / cm 2.
U određenom rasponu intenziteta, uočeni biološki efekti ultrazvuka su reverzibilni. Gornja granica ovog intervala od 0,1 W / cm 2 na frekvenciji od 0,8-2 MHz uzima se kao prag. Prekoračenje ove granice dovodi do izraženih destruktivnih promjena u stanicama.
Uništavanje mikroorganizama
Zračenje ultrazvukom čiji je intenzitet veći od praga kavitacije koristi se za uništavanje bakterija i virusa prisutnih u tekućini.
5.5. Upotreba ultrazvuka u medicini: terapija, hirurgija, dijagnostika
Ultrazvučne deformacije se koriste za mljevenje ili raspršivanje medija.
Fenomen kavitacije se koristi za dobijanje emulzija tečnosti koje se ne mešaju, za čišćenje metala od kamenca i masnih filmova.
Ultrazvučna terapija
Terapeutski efekat ultrazvuka je posledica mehaničkih, termičkih i hemijskih faktora. Njihovo kombinirano djelovanje poboljšava propusnost membrane, širi krvne žile, poboljšava metabolizam, što pomaže u obnavljanju ravnotežnog stanja organizma. Dozirani ultrazvučni snop može se koristiti za nježnu masažu srca, pluća i drugih organa i tkiva.
U otorinolaringologiji ultrazvuk utiče na bubnu opnu, nazalnu sluznicu. Na ovaj način se provodi rehabilitacija kroničnog rinitisa, bolesti maksilarnih šupljina.
FONOFOREZA - unošenje lekovitih supstanci u tkiva kroz pore kože uz pomoć ultrazvuka. Ova metoda je slična elektroforezi, međutim, za razliku od električnog polja, ultrazvučno polje pokreće ne samo jone, već i nenapunjenčestice. Pod uticajem ultrazvuka povećava se propusnost ćelijskih membrana, što pospešuje prodiranje lekova u ćeliju, dok se tokom elektroforeze lekovite supstance koncentrirani su uglavnom između ćelija.
AUTOTERAPIJA - intramuskularno davanje vlastite krvi osobe uzete iz vene. Ovaj postupak se pokazuje efikasnijim ako se uzeta krv prije infuzije ozrači ultrazvukom.
Ultrazvučno zračenje povećava osjetljivost ćelije na efekte hemijske supstance... To vam omogućava stvaranje manje štetnih
vakcine, jer se u njihovoj proizvodnji mogu koristiti niže koncentracije hemikalija.
Preliminarni ultrazvučni efekat pojačava dejstvo γ- i mikrotalasnog zračenja na tumore.
U farmaceutskoj industriji ultrazvuk se koristi za dobivanje emulzija i aerosola određenih ljekovitih tvari.
U fizioterapiji se ultrazvuk koristi za lokalnu ekspoziciju, koja se provodi uz pomoć odgovarajućeg emitera, koji se nanosi kroz podlogu od masti na određeno područje tijela.
Ultrazvučna hirurgija
Ultrazvučna hirurgija se deli na dve vrste, od kojih je jedna povezana sa dejstvom zvučnih vibracija na tkiva, a druga - sa nametanjem ultrazvučnih vibracija na hirurški instrument.
Uništavanje tumora. Nekoliko emitera postavljenih na pacijentovo tijelo emituje ultrazvučne zrake koje su fokusirane na tumor. Intenzitet svakog snopa je nedovoljan da ošteti zdravo tkivo, ali na mestu gde se snopovi konvergiraju, intenzitet se povećava i tumor se uništava kavitacijom i toplotom.
U urologiji se mehaničkim djelovanjem ultrazvuka lome kamenci u urinarnom traktu i time se pacijenti spašavaju od operacija.
Zavarivanje mekih tkiva. Ako se dva odrezana krvna suda presavijeju i pritisnu zajedno, nakon ozračivanja nastaje zavar.
Zavarivanje kostiju(ultrazvučna osteosinteza). Područje prijeloma je ispunjeno usitnjenim koštanim tkivom pomiješanim s tekućim polimerom (cijakrinom), koji se brzo polimerizira pod djelovanjem ultrazvuka. Nakon ozračivanja formira se jak zavar koji se postepeno apsorbira i zamjenjuje koštanim tkivom.
Superpozicija ultrazvučnih vibracija na hirurškim instrumentima(skalpeli, turpije, igle) značajno smanjuje snagu rezanja, smanjuje bol, ima hemostatski i sterilizirajući učinak. Amplituda vibracija reznog alata na frekvenciji od 20-50 kHz je 10-50 mikrona. Ultrazvučni skalpeli omogućavaju operacije na dišnim organima bez otvaranja grudnog koša,
operacije na jednjaku i krvnim sudovima. Umetanjem dugog i tankog ultrazvučnog skalpela u venu možete uništiti zadebljanje holesterola u sudu.
Sterilizacija. Destruktivni učinak ultrazvuka na mikroorganizme koristi se za sterilizaciju hirurških instrumenata.
U nekim slučajevima ultrazvuk se koristi u kombinaciji s drugim fizičkim utjecajima, na primjer sa kriogena, u kirurškom liječenju hemangioma i ožiljaka.
Ultrazvučna dijagnostika
Ultrazvučna dijagnostika je skup metoda za proučavanje zdravog i bolesnog ljudskog tijela, zasnovanih na upotrebi ultrazvuka. Fizička osnova ultrazvučne dijagnostike je zavisnost parametara širenja zvuka u biološkim tkivima (brzina zvuka, koeficijent prigušenja, otpor talasa) o vrsti tkiva i njegovom stanju. Ultrazvučne metode omogućavaju vizualizaciju unutrašnje strukture organizma, kao i za istraživanje kretanja bioloških objekata unutar organizma. Glavna karakteristika ultrazvučne dijagnostike je mogućnost dobivanja informacija o mekim tkivima koja se neznatno razlikuju po gustoći ili elastičnosti. Ultrazvučna metoda istraživanja ima visoku osjetljivost, može se koristiti za otkrivanje formacija koje se ne otkrivaju rendgenskim snimkom, ne zahtijeva upotrebu kontrastnih sredstava, bezbolna je i nema kontraindikacija.
U dijagnostičke svrhe koristi se ultrazvuk frekvencije od 0,8 do 15 MHz. Niske frekvencije se koriste pri pregledu duboko lociranih objekata ili pri pregledu kroz koštano tkivo, visoke frekvencije se koriste za vizualizaciju objekata blizu površine tijela, za dijagnostiku u oftalmologiji, pri pregledu površinskih krvnih sudova.
U ultrazvučnoj dijagnostici najrasprostranjenije su metode eholokacije koje se temelje na refleksiji ili raspršenju impulsnih ultrazvučnih signala. U zavisnosti od načina dobijanja i prirode prikaza informacija, uređaji za ultrazvučnu dijagnostiku se dele u 3 grupe: jednodimenzionalni uređaji sa indikacijom tipa A; jednodimenzionalni instrumenti sa indikacijom tipa M; dvodimenzionalni instrumenti sa indikacijom tipa B.
U ultrazvučnoj dijagnostici pomoću uređaja tipa A, emiter koji emituje kratke (u trajanju od oko 10-6 s) ultrazvučne impulse primjenjuje se na ispitivano područje tijela putem kontaktne tvari. U pauzama između impulsa, uređaj prima impulse koji se odbijaju od različitih nehomogenosti u tkivima. Nakon pojačanja, ovi impulsi se uočavaju na ekranu katodne cijevi u obliku odstupanja snopa od horizontalne linije. Potpuna slika reflektiranih impulsa naziva se jednodimenzionalni ehogram tipa A. Slika 5.8 prikazuje ehogram dobijen ehoskopijom oka.
Rice. 5.8. Ehoskopija oka po A-metodi:
1 - odjek s prednje površine rožnice; 2, 3 - odjeci s prednje i stražnje površine sočiva; 4 - eho iz retine i struktura zadnjeg pola očne jabučice
Ehogrami tkiva različitih tipova razlikuju se jedni od drugih po broju impulsa i njihovoj amplitudi. Analiza ehograma tipa A u mnogim slučajevima omogućava vam da dobijete dodatne informacije o stanju, dubini i dužini patološkog mjesta.
Jednodimenzionalni uređaji sa indikacijom tipa A koriste se u neurologiji, neurohirurgiji, onkologiji, akušerstvu, oftalmologiji i drugim oblastima medicine.
Kod uređaja sa indikacijom tipa M, reflektirani impulsi se nakon pojačanja dovode do modulirajuće elektrode katodne cijevi i predstavljaju u obliku crtica, čija je svjetlina povezana s amplitudom impulsa, a širina - do njegovog trajanja. Pomeranje ovih linija u vremenu daje sliku pojedinačnih reflektujućih struktura. Ova vrsta indikacije se široko koristi u kardiografiji. Ultrazvučni kardiogram se može snimiti pomoću katodne cijevi s memorijom ili na papirnatu kasetofonu. Ova metoda bilježi pokrete elemenata srca, što omogućava utvrđivanje stenoze mitralne valvule, urođenih srčanih mana itd.
Kada se koriste metode registracije tipa A i M, sonda je u fiksnom položaju na tijelu pacijenta.
U slučaju indikacije tipa B, pretvarač se kreće (obavlja skeniranje) duž površine tijela, a na ekranu katodne cijevi se snima dvodimenzionalni ehogram koji reproducira poprečni presjek istraživanog područja. tela.
Varijacija metode B je višestruko skeniranje, u kojoj je mehaničko kretanje senzora zamijenjeno uzastopnim električnim prebacivanjem niza elemenata koji se nalaze na istoj liniji. Višestruko skeniranje vam omogućava da posmatrate istražene delove u skoro realnom vremenu. Druga varijacija metode B je sektorsko skeniranje, u kojem nema pomicanja eho sonde, ali se mijenja ugao uvođenja ultrazvučnog snopa.
Ultrazvučni aparati sa indikacijom tipa B koriste se u onkologiji, akušerstvu i ginekologiji, urologiji, otorinolaringologiji, oftalmologiji itd. U kardiologiji se koriste modifikacije uređaja tipa B sa multiscanning i sektorskim skeniranjem.
Sve eholokacijske metode ultrazvučne dijagnostike omogućavaju na ovaj ili onaj način da se registruju granice područja s različitim valnim impedansama unutar tijela.
Nova metoda ultrazvučne dijagnostike - rekonstruktivna (ili kompjuterska) tomografija - daje prostornu distribuciju parametara širenja zvuka: koeficijent prigušenja (modifikacija metode prigušenja) ili brzinu zvuka (refraktivna modifikacija). U ovoj metodi, istraženi dio objekta se ozvučava više puta u različitim smjerovima. Informacija o koordinatama sondiranja i o odzivnim signalima se obrađuje na računaru, zbog čega se rekonstruisani tomogram prikazuje na displeju.
Nedavno je metoda počela da se uvodi elastometrija za proučavanje tkiva jetre kako u normalnim uslovima tako iu različitim fazama mikrooze. Suština metode je sljedeća. Senzor se postavlja okomito na površinu tijela. Uz pomoć vibratora ugrađenog u senzor, generiše se niskofrekventni zvučni mehanički talas (ν = 50 Hz, A = 1 mm) čija se brzina širenja kroz osnovna tkiva jetre procenjuje ultrazvukom frekvencije od ν = 3,5 MHz (u stvari, vrši se eholokacija). Koristeći
modul E (elastičnost) tkanine. Radi se niz mjerenja (najmanje 10) za pacijenta u interkostalnim prostorima u projekciji položaja jetre. Svi podaci se analiziraju automatski, uređaj daje kvantitativnu procjenu elastičnosti (gustine), koja je prikazana iu numeričkom i u obliku boje.
Za dobivanje informacija o pokretnim strukturama tijela koriste se metode i uređaji čiji se rad temelji na Doplerovom efektu. Takvi uređaji sadrže, u pravilu, dva piezoelektrična elementa: ultrazvučni emiter koji radi u kontinuiranom načinu rada i prijemnik reflektiranih signala. Mjerenjem Doplerovog pomaka frekvencije ultrazvučnog vala reflektiranog od objekta koji se kreće (na primjer, od zida posude), određuje se brzina reflektirajućeg objekta (vidi formulu 2.9). U najnaprednijim uređajima ove vrste koristi se pulsno-doplerova (koherentna) metoda lociranja koja omogućava izolaciju signala iz određene točke u prostoru.
Uređaji koji koriste Doplerov efekat koriste se za dijagnostiku bolesti kardiovaskularnog sistema (definicije
kretanja dijelova srca i zidova krvnih žila), u akušerstvu (pregled otkucaja srca ploda), za proučavanje krvotoka itd.
Proučavanje organa provodi se kroz jednjak, s kojim se graniče.
Poređenje ultrazvučnih i rendgenskih "transmisija"
U nekim slučajevima, ultrazvučni prijenos ima prednost u odnosu na X-zrake. To je zbog činjenice da X-zrake daju jasnu sliku "tvrdih" tkiva na pozadini "mekih". Tako su, na primjer, kosti jasno vidljive na pozadini mekih tkiva. Da bi se dobila rendgenska slika mekih tkiva na pozadini drugih mekih tkiva (na primjer, krvna žila na pozadini mišića), posuda se mora napuniti tvari koja dobro apsorbira rendgenske zrake (kontrastno sredstvo). Ultrazvučni prijenos, zbog već navedenih karakteristika, daje u ovom slučaju sliku bez upotrebe kontrastnih sredstava.
Kada se rendgenskim pregledom razlikuje razlika u gustini do 10%, sa ultrazvukom - do 1%.
5.6. Infrazvuk i njegovi izvori
Infrazvuk- elastične vibracije i talasi sa frekvencijama koje leže ispod opsega frekvencija koje ljudi čuju. Obično se 16-20 Hz uzima kao gornja granica infrazvučnog opsega. Ova definicija je proizvoljna, jer se uz dovoljan intenzitet slušna percepcija javlja i na frekvencijama od nekoliko Hz, iako tonski karakter osjeta nestaje i samo se mogu razlikovati pojedinačni ciklusi oscilovanja. Donja granica frekvencije infrazvuka je neizvjesna; trenutno se područje njegovog proučavanja proteže do oko 0,001 Hz.
Infrazvučni talasi se šire u vazdušnom i vodenom okruženju, kao iu zemljinoj kori (seizmički talasi). Glavna karakteristika infrazvuka zbog niske frekvencije je niska apsorpcija. Kada se šire u dubokom moru iu atmosferi na nivou tla, infrazvučni valovi frekvencije 10-20 Hz slabe se na udaljenosti od 1000 km za najviše nekoliko decibela. Poznato je da zvuci
vulkanske erupcije i atomske eksplozije mogu se ponavljati širom svijeta. Zbog velike talasne dužine, rasipanje infrazvuka je takođe malo. U prirodnim sredinama primjetno rasipanje stvaraju samo vrlo veliki objekti - brda, planine, visoke zgrade.
Prirodni izvori infrazvuka su meteorološki, seizmički i vulkanski fenomeni. Infrazvuk nastaje usled atmosferskih i okeanskih turbulentnih fluktuacija pritiska, vetra, morskih talasa (uključujući talase plime), vodopada, zemljotresa, klizišta.
Izvori infrazvuka povezani sa ljudskom aktivnošću su eksplozije, pucnji, udarni talasi nadzvučnih letelica, udari farova, rad mlaznih motora, itd. Infrazvuk je sadržan u buci motora i tehnološke opreme. Vibracije zgrada koje stvaraju industrijski i kućni pobuđivači po pravilu sadrže infrazvučne komponente. Transportna buka značajno doprinosi infrazvučnom zagađenju životne sredine. Na primjer, automobili pri brzini od 100 km/h stvaraju infrazvuk sa nivoom intenziteta do 100 dB. U motornom prostoru velikih plovila zabilježene su infrazvučne vibracije koje stvaraju motori koji rade sa frekvencijom od 7-13 Hz i nivoom intenziteta od 115 dB. Na gornjim spratovima visokih zgrada, posebno pri jakom vjetru, nivo infrazvuka dostiže
Infrazvuk je gotovo nemoguće izolirati - na niskim frekvencijama svi materijali koji apsorbiraju zvuk gotovo potpuno gube svoju učinkovitost.
5.7. Uticaj infrazvuka na ljude. Upotreba infrazvuka u medicini
U pravilu, infrazvuk ima negativan učinak na osobu: uzrokuje depresivno raspoloženje, umor, glavobolju, iritaciju. Osoba izložena infrazvuku niskog intenziteta razvija simptome bolesti kretanja, mučnine i vrtoglavice. Pojavljuje se glavobolja, umor se povećava, sluh slabi. Na frekvenciji od 2-5 Hz
i nivoom intenziteta od 100-125 dB, subjektivni odgovor se svodi na osjećaj pritiska u uhu, otežano gutanje, prisilnu modulaciju glasa i otežano govor. Utjecaj infrazvuka negativno utječe na vid: vidne funkcije se pogoršavaju, oštrina vida se smanjuje, vidno polje se sužava, akomodacijska sposobnost je oslabljena, poremećena je stabilnost fiksacije okom promatranog objekta.
Šum na frekvenciji od 2-15 Hz na nivou intenziteta od 100 dB dovodi do povećanja greške praćenja brojčanika. Dolazi do konvulzivnog trzanja očne jabučice, kršenja funkcije organa ravnoteže.
Piloti i kosmonauti izloženi infrazvuku na obuci su sporije rješavali čak i jednostavne aritmetičke probleme.
Postoji pretpostavka da su razne anomalije u stanju ljudi po lošem vremenu, objašnjene klimatskim uslovima, zapravo rezultat uticaja infrazvučnih talasa.
Pri prosječnom intenzitetu (140-155 dB) može doći do nesvjestice, privremenog gubitka vida. Pri visokim intenzitetima (oko 180 dB) može doći do fatalne paralize.
Pretpostavlja se da je negativan uticaj infrazvuka zbog činjenice da frekvencije prirodnih oscilacija nekih organa i dijelova ljudskog tijela leže u infrazvučnom području. Ovo uzrokuje neželjene pojave rezonancije. Naznačimo neke frekvencije prirodnih vibracija za osobu:
Ljudsko tijelo u ležećem položaju - (3-4) Hz;
Grudi - (5-8) Hz;
Trbušna šupljina - (3-4) Hz;
Oči - (12-27) Hz.
Posebno je štetan uticaj infrazvuka na srce. Uz dovoljnu snagu, dolazi do prisilnih oscilacija srčanog mišića. Pri rezonanciji (6-7 Hz) njihova amplituda se povećava, što može dovesti do krvarenja.
Upotreba infrazvuka u medicini
Posljednjih godina infrazvuk se široko koristi u medicinskoj praksi. Dakle, u oftalmologiji, infrazvučni talasi
sa frekvencijama do 12 Hz se koriste u liječenju miopije. U liječenju bolesti očnih kapaka infrazvuk se koristi za fonoforezu (sl. 5.9), kao i za čišćenje površina rana, za poboljšanje hemodinamike i regeneracije u očnim kapcima, masažu (sl. 5.10) itd.
Slika 5.9 prikazuje upotrebu infrazvuka za liječenje abnormalnosti u razvoju suznog kanala kod novorođenčadi.
U jednoj od faza liječenja vrši se masaža suzne vrećice. U ovom slučaju, infrazvučni generator stvara višak pritiska u suznoj vrećici, što doprinosi rupturi embrionalnog tkiva u suznom kanalu.
Rice. 5.9. Shema infrazvučne fonoforeze
Rice. 5.10. Masaža suznih kesa
5.8. Osnovni pojmovi i formule. Stolovi
Tabela 5.1. Koeficijent apsorpcije i dubina poluapsorpcije na 1 MHz
Tabela 5.2. Koeficijent refleksije na granicama različitih tkanina
5.9. Zadaci
1. Refleksija talasa od malih nepravilnosti postaje primetna kada njihove veličine prelaze talasnu dužinu. Procijenite minimalnu veličinu d bubrežnog kamenca koja se može otkriti ultrazvučnom dijagnostikom na frekvenciji od ν = 5 MHz. Brzina ultrazvučnog talasa v= 1500 m/s.
Rješenje
Nađimo talasnu dužinu: λ = v / ν = 1500 / (5 * 10 6) = 0,0003 m = 0,3 mm. d> λ.
odgovor: d> 0,3 mm.
2. U nekim fizioterapeutskim procedurama koristi se ultrazvuk frekvencije ν = 800 kHz i intenziteta I = 1 W/cm 2. Pronađite amplitudu vibracije molekula mekog tkiva.
Rješenje
Intenzitet mehaničkih talasa određen je formulom (2.6)
Gustina mekih tkiva ρ "1000 kg / m 3.
kružna frekvencija ω = 2πν ≈ 2h3.14h800h10 3 ≈ 5h10 6 s -1;
brzina ultrazvuka u mekim tkivima ν ≈ 1500 m/s.
Potrebno je pretvoriti intenzitet u SI: I = 1 W / cm 2 = 10 4 W / m 2.
Zamjenom numeričkih vrijednosti u posljednjoj formuli, nalazimo:
Tako mali pomak molekula tokom prolaska ultrazvuka ukazuje na to da se njegovo dejstvo manifestuje na ćelijskom nivou. odgovor: A = 0,023 μm.
3. Kvalitet čeličnih dijelova se provjerava ultrazvučnim detektorom grešaka. Na kojoj dubini h u dijelu je otkrivena pukotina i koja je debljina dijela d ako su nakon emitovanja ultrazvučnog signala primljena dva reflektovana signala za 0,1 ms i 0,2 ms? Brzina širenja ultrazvučnog talasa u čeliku je v= 5200 m/s.
Rješenje
2h = tv → h = tv / 2. odgovor: h = 26 cm; d = 52 cm.
