Hitrost ultrazvoka v vakuumu. Hitrost ultrazvoka v vodi (Dodatek e). Absorpcija ultrazvočnih valov
ultrazvok - elastični mehanski vzdolžni val, katerega frekvenca presega 20.000 Hz... V medicini se ultrazvok uporablja s frekvenco 1-1,5 MHz.
Zaradi visoke frekvence se ultrazvočni val širi v obliki žarkov (zaradi majhne dolžine ultrazvočnega vala lahko njegove valovne lastnosti zanemarimo). Takšne žarke je mogoče fokusirati s posebnimi akustičnimi lečami in tako doseči visoko intenzivnost ultrazvočnega vala. Poleg tega, ker je intenzivnost valovanja sorazmerna s kvadratom frekvence in amplitude nihanja, visoka frekvenca ultrazvočnega vala, tudi pri njegovih nizkih amplitudah, vnaprej določa možnost pridobivanja ultrazvočnih valov visoke intenzivnosti.
Metode za pridobitev ultrazvoka
:
1. magnetostriktivni (sprejemati ultrazvok do 200 kHz). Magnetostrikcija je sprememba oblike in prostornine feromagneta (železa, njegovih zlitin z nikljem), ko ga postavimo v izmenično magnetno polje. Izmenično magnetno polje je polje, katerega vektor magnetne indukcije se spreminja v času po harmonskem zakonu, t.j. Za spremembo določenega parametra je značilna določena frekvenca. To polje deluje kot gonilna sila, ki povzroči, da se železna palica skrči in raztegne, odvisno od spremembe velikosti magnetne indukcije skozi čas. Pogostost stiskanja in raztezanja bo določena s frekvenco izmeničnega magnetnega polja. V tem primeru se v zraku na koncih palice pojavijo kompresijske deformacije, ki se širijo v obliki ultrazvočnih valov.
Povečanje amplitude ultrazvočnih valov se doseže z izbiro takšne frekvence izmeničnega magnetnega polja, pri kateri opazimo resonanco med naravnimi in prisilnimi vibracijami palice.
2. reverzni piezoelektrični učinek (prejema se ultrazvok več kot 200 kHz). Piezoelektriki so snovi kristalne strukture, ki imajo piezoelektrično os, to je, da se smer, v kateri se zlahka deformirajo (kremen, Rochelleova sol, barijev titanat itd.), začne krčiti in raztezati vzdolž piezoelektrične osi s frekvenco izmeničnega električnega polja. V tem primeru okoli kristala nastanejo mehanske motnje – kompresijske in vakuumske deformacije, ki se širijo v obliki ultrazvočnih valov. Resonančni pojavi igrajo vlogo pri doseganju želene amplitude.
Učinek se imenuje nasproten, saj je bil zgodovinsko odkrit prej neposredni piezoelektrični učinek- pojav pojava izmeničnega električnega polja med deformacijo piezoelektrikov.
Prisotnost neposrednega in reverznega piezoelektričnega učinka je zelo pomembna za delovanje ultrazvočnih diagnostičnih naprav. Da bi ultrazvočni val usmerili v pacientovo telo, ga je treba sprejeti, kar se izvede z inverznim piezoelektričnim učinkom. Za registracijo in vizualizacijo odbitega ultrazvočnega vala ga je potrebno pretvoriti v električno polje, kar dosežemo z neposrednim piezoelektričnim učinkom.
Značilnosti širjenja ultrazvočnih valov
1) V homogenem okolju. Ko ultrazvočni val jakosti I preide skozi plast snovi s širino, se njegova intenzivnost zmanjša in postane enaka I = I 0 e -αd, kje jaz 0- začetna jakost ultrazvočnega vala; jaz je intenzivnost vala po prehodu skozi plast snovi, d je širina plasti snovi, - α je ekstinkcioni koeficient vala.
Izginotje ultrazvočnega vala povzročata dva procesa: disipacija energije v tkivih (povezana s celično heterogenostjo organov) in njena absorpcija (povezana z makromolekularno strukturo tkiv). Vrednost ekstinkcijskega koeficienta je pomembna diagnostična lastnost. Torej imajo jetra nizek koeficient ekstinkcije ultrazvočnih valov zaradi nizkega koeficienta sipanja. S cirozo se ta vrednost močno poveča.
Absorpcija ultrazvočnih valov v tkivih je osnova za diagnosticiranje stanja notranjih organov po načelu prenosi - analiza jakosti valovanja, ki se prenaša skozi pacientovo telo, ter uporaba ultrazvoka v terapiji in kirurgiji.
2) Na meji dveh okolij. Ko ultrazvočni val z intenzivnostjo zadene vmesnik med medijem, se val odbije in val absorbira.
Del energije, ki bo vsebovan v odbitem valu, je odvisen od razmerja med akustičnimi impedancami medija. Tako se na meji pacientovo telo – zrak odraža skoraj 100 % energije. Zato se za vstop ultrazvočnega vala v pacientovo telo uporabljajo posebni geli (cilj je zmanjšati razliko v akustični impedanci medijev).
Odsev ultrazvočnega vala od nehomogenosti in meja notranjih organov je osnova za diagnosticiranje njihovega stanja po načelu eholokacija- analiza jakosti odbitega ultrazvoka - valovanje. Ultrazvok - imenuje se val, usmerjen v pacientovo telo sondalni signal in odbit ultrazvočni val - odmevni signal.
Odboj ultrazvočnih valov je odvisen tudi od velikosti odsevnih struktur:
Če je velikost odsevnih struktur primerljiva z dolgim ultrazvočnim valom, bo prišlo do difrakcije valov, t.j. valovanje strukture s kasnejšim odvajanjem energije v tkivih in tvorbo ultrazvočne sence. To omejuje ločljivost ultrazvočne diagnostike;
Če je velikost odsevnih struktur večja od ultrazvočne valovne dolžine, se bo slednja odbila, intenzivnost odmevnega signala pa bo odvisna od smeri sondirnega signala, oblike in velikosti odsevnih struktur. Obstajajo tako imenovani zrcalne strukture, pri čemer ima amplituda odmevnih signalov največje vrednosti (krvne žile, votline, meje organov in tkiv).
Na splošno pa je jakost odmevnih signalov zelo nizka, kar zahteva zelo občutljivo opremo za njihovo registracijo, po drugi strani pa določa prodiranje ultrazvočnih valov v globlje notranje strukture in prispeva k njihovi vizualizaciji.
Uporaba ultrazvoka v diagnostiki
Za diagnostične namene se uporabljajo ultrazvočni valovi nizke intenzivnosti, ki ne povzročajo bioloških učinkov v tkivih - do 0,1 W na kvadratni cm
S pomočjo ultrazvočnega senzorja, ki temelji na inverznem piezoelektričnem učinku, se pridobi signal ultrazvočne sonde in sprejme odmev signal. Slednji se v senzorju kot posledica neposrednega piezoelektričnega učinka pretvori v izmenično električno polje, ki omogoča registracijo, ojačanje in vizualizacijo odmevnih signalov z elektronsko opremo.
Glede na način snemanja in odboja odmevnih signalov na zaslonu elektronskih naprav se razlikujejo naslednji načini ultrazvočnega skeniranja:
- A-način (amplitudni način). Odmevni signali, pretvorjeni v električno polje v senzorju, povzročijo navpični odklon žarka za premikanje v obliki vrhov, katerih amplituda bo odvisna od intenzivnosti odbitega ultrazvočnega vala, lokacije na zaslonu osciloskopa pa od globine odsevna struktura na skali merilne naprave. Primer uporabe A-načina v medicini je ehoencefaloskopija- metoda ultrazvočnega skeniranja, ki se uporablja v nevrologiji in nevrokirurgiji za diagnosticiranje volumetričnih poškodb možganov (hematomi, tumorski procesi itd.). Glavni odmevni signali (največje amplitude) nastanejo, ko se odbijejo od lobanje na mestu pretvornika, srednjih struktur in lobanje nasprotne strani. Premik osrednjega vrha na desno ali levo stran lahko kaže na prisotnost patologije leve oziroma desne možganske hemisfere.
- B-način (način svetlosti). Odmevni signali, pretvorjeni v električno polje v senzorju, povzročijo sijaj točk različne svetlosti na zaslonu: večje kot je nihanje jakosti električnega polja (ki pa je odvisno od jakosti odmevnega signala), svetlejši in na zaslonu merilne naprave nastane bolj obsežna lisa. Za izvedbo načina se uporabljajo kompleksni ultrazvočni senzorji valov, ki vsebujejo veliko elementov, ki oddajajo sondirajoče dražljaje in pretvarjajo odmevne signale. Spremeni se tudi smer sondalnih signalov. Elektronska oprema zbira raziskovalne podatke istega področja telesa, pridobljene z uporabo vseh elementov senzorja in v različnih smereh, in z njihovo integracijo tvori sliko organa, ki ga preučujemo, v realnem času na merilni lestvici. napravo. Tako lahko dobite dvodimenzionalno ehotomogrami.
- M-način (način gibanja). Omogoča prejemanje ehogramov gibljivih struktur telesa. Tako kot pri izvajanju A-načina ostane smer sondalnih signalov nespremenjena ves čas študije, vendar se sondiranje izvaja večkrat, tako da obdobje nastanka M -
ehogrami so presegli obdobje gibanja preučenih struktur in obdobje nastanka A -
ehogrami. Sprememba globine gibljive konstrukcije v času se beleži (premik žarka merilne naprave vzdolž osi NS). Amplituda odmevov je prikazana kot lise z različno svetlostjo (kot v načinu B). Z vsakim naslednjim sondiranjem se vzdolžni ehogram premakne za majhno količino v smeri, pravokotni na os globinske (časovne) slike. Najpogosteje se uporablja v kliniki ehokardiografija.
Interakcija ultrazvoka s snovjo. Uporaba ultrazvoka v terapiji in kirurgiji.
Za ultrazvok so značilne naslednje vrste delovanja na snov:
- mehansko delovanje... Povezan je z deformacijo mikrostrukture snovi zaradi periodičnega približevanja in oddaljenosti mikrodelcev, ki sestavljajo snov. Na primer, v tekočini ultrazvočni val povzroči razpoke njene celovitosti s tvorbo votlin - kavitacija. To je energetsko neugodno stanje tekočin, zato se votline hitro zaprejo s sproščanjem velike količine energije.
- toplotno delovanje... To je povezano z dejstvom, da se energija, ki jo vsebuje ultrazvočni val in se sprosti med zapiranjem kavitacije, delno razprši v tkivih v obliki toplote, kar vodi do njihovega segrevanja.
- fizikalno-kemijsko delovanje... Kaže se v ionizaciji in disociaciji molekul snovi, pospeševanju kemičnih reakcij (na primer oksidacije in redukcije) itd.
Temelji na kompleksnem delovanju mehanskih, toplotnih in fizikalno-kemijskih dejavnikov biološki učinek ultrazvoka... To dejanje bo določeno z intenzivnostjo ultrazvočnega vala.
Ultrazvok nizke in srednje intenzivnosti (1,5 W na sq.. cm... in 3 W na sq.cm) povzroča pozitivne učinke v živih organizmih, spodbuja potek normalnih fizioloških procesov. To je osnova za uporabo ultrazvoka v fizioterapiji. US izboljša prepustnost celične membrane, aktivira vse vrste transporta čez membrano, vpliva na hitrost biokemičnih reakcij.
Povečanje intenzivnosti ultrazvočnega vala vodi do ga uniči na celicah. Uporablja se za sterilizacijo zdravstvenih ustanov z ultrazvočno obdelavo virusov ter bakterij in celic gliv.
Visoko intenzivni ultrazvok se pogosto uporablja v kirurgiji. Nekatere operacije se izvajajo z ultrazvočnim skalpelom. So neboleči, spremljajo jih manjše krvavitve, rane se hitreje celijo, tudi kot posledica ultrazvočne sterilizacije ran.
Ultrazvok se pogosto uporablja v ortopediji: za nekatere operacije na kosti se uporablja Ultrazvočna datoteka, US se uporablja za povezovanje kosti med seboj in pritrditev kostnih vsadkov nanje.
Litotripsija- metoda uničenja kamnov v ledvicah in žolčniku z uporabo usmerjenega delovanja ultrazvočnih valov visoke intenzivnosti.
Ehodoperografija
Dopplerjev učinek- sprememba frekvence valov, ki jih sprejemnik zazna zaradi relativnega premika vira valov in sprejemnika. Za izračun frekvence valov, ki jih zazna sprejemnik, uporabite formulo:
Kjer je v sprejemnik frekvenca valov, ki jih sprejema sprejemnik, v vir je frekvenca valov, ki jih oddaja vir, v 0 je hitrost valovanja, u 0 je hitrost sprejemnika valov, u vir je hitrost vir valovanja.
Zgornji znaki v števcu in imenovalcu označujejo primere, ko se vir in sprejemnik ultrazvočnih valov približujeta drug drugemu, spodnji znaki pa primere, ko se vir in sprejemnik ultrazvočnih valov odmikata.
Ehodoperografija- tehnika za preučevanje hitrosti pretoka krvi in gibanja gibljivih struktur telesa (srca in krvnih žil), ki temelji na uporabi Dopplerjevega učinka.
Ultrazvočni val določene frekvence ν se s pomočjo stacionarnega senzorja oddaja v mehka tkiva, po katerem se zabeležijo odmevni signali, ki se odbijajo od gibljivih elementov (predvsem od krvnih eritrocitov) in imajo frekvenco ν`` zaradi Dopplerjevega učinka .
Dopplerjev učinek opazimo dvakrat:
Prvič, senzor je vir valov s frekvenco ν, eritrocit pa sprejemnik. Zaradi gibanja bo eritrocit zaznal valovanje s frekvenco ν`.
Eritrocit bo odbijal ultrazvočni val, ki ga udari s frekvenco ν`, senzor, na katerega se bo odmev vračal, zaradi mobilnosti eritrocita, pa ga bo zaznal s frekvenco ν``.
Diagnostični znak je razlika Δν = ν - ν``, ki se imenuje Dopplerjev frekvenčni premik... Ta razlika je odvisna od hitrosti gibanja eritrocitov, t.j. in stopnje krvnega pretoka na splošno.
Dopplerjev frekvenčni premik je v zvočnem območju in ga lahko sliši izkušeni zdravnik s posebnimi napravami. Obstajajo tudi sodobnejše metode za vizualizacijo Dopplerjevega frekvenčnega premika.
Odsek fizike ultrazvoka je precej v celoti zajet v številnih sodobnih monografijah o ehografiji. Osredotočili se bomo le na nekatere lastnosti ultrazvoka, brez poznavanja katerih je nemogoče razumeti postopek pridobivanja ultrazvočne slike.
Hitrost ultrazvoka in specifična valovna odpornost človeških tkiv (po V.N.Demidovu)
Ultrazvočni val, ki doseže mejo dveh medijev, se lahko odbije ali gre naprej. Odbojni koeficient ultrazvoka je odvisen od razlike v ultrazvočni upornosti na vmesniku med mediji: večja kot je ta razlika, močnejša je stopnja odboja. Stopnja odboja je odvisna od vpadnega kota žarka na vmesnik med nosilci: bolj ko se kot približuje ravni črti, močnejša je stopnja odboja.
Tako je ob poznavanju tega mogoče najti optimalno ultrazvočno frekvenco, ki daje največjo ločljivost z zadostno penetracijo.
Osnovna načela, na katerih temelji delovanje ultrazvočne diagnostične opreme, - to je Širjenje in odsev ultrazvoka.
Načelo delovanja diagnostičnih ultrazvočnih naprav je odsev ultrazvočnih vibracij iz vmesnikov tkiv z določeno vrednostjo akustične odpornosti. Menijo, da se odboj ultrazvočnih valov na vmesniku pojavi, ko razlika v akustični gostoti medija ni manjša od 1%. Količina odboja zvočnih valov je odvisna od razlike v akustični gostoti na vmesniku med mediji, stopnja odboja pa je odvisna od vpadnega kota ultrazvočnega žarka.
Sprejem ultrazvočnih vibracij
Osnova za pridobivanje ultrazvočnih vibracij je neposredni in inverzni piezoelektrični učinek, katerega bistvo je v tem, da se pri ustvarjanju električnih nabojev na površini kristalnih ploskev slednji začnejo krčiti in raztezati. Prednost piezoelektričnih pretvornikov je sposobnost ultrazvočnega vira, da hkrati služi kot njegov sprejemnik.
Shema strukture ultrazvočnega senzorja
Senzor vsebuje piezoelektrični kristal, na robovih katerega so pritrjene elektrode. Za kristalom je plast snovi, ki absorbira ultrazvok, ki se širi v nasprotni smeri od zahtevane. To izboljša kakovost nastalega ultrazvočnega žarka. Običajno ima ultrazvočni žarek, ki ga ustvari pretvornik, največjo moč v središču, na robovih pa se zmanjša, zaradi česar je ločljivost ultrazvoka v središču in na obodu različna. V središču žarka lahko vedno dobite stabilne odboje tako bolj kot manj gostih predmetov, medtem ko se na obrobju žarka lahko odbijajo manj gosti predmeti, bolj gosti pa kot manj gosti.
Sodobni piezoelektrični materiali omogočajo senzorjem pošiljanje in sprejemanje ultrazvoka v širokem frekvenčnem območju. Možno je nadzorovati obliko spektra akustičnega signala, ustvarjati in vzdrževati Gaussovo valovno obliko, ki je bolj odporna na popačenje frekvenčnega pasu in odmik osrednje frekvence.
V najnovejših zasnovah ultrazvočnih naprav je visoka ločljivost in jasnost slike zagotovljena z uporabo sistema dinamičnega ostrenja in širokopasovnega odmevnega filtra za fokusiranje vhodnih in odhodnih ultrazvočnih žarkov s pomočjo mikroračunalnika. Na ta način se doseže idealno profiliranje in izboljšanje značilnosti ločljivosti ultrazvočnega žarka in stranske slike globokih struktur, pridobljenih s sektorskim skeniranjem. Parametri ostrenja so nastavljeni glede na frekvenco in vrsto senzorja. Širokopasovni odmevalni filter zagotavlja optimalno ločljivost z idealno kombinacijo frekvenc, ob upoštevanju absorpcije odmevov, ki prehajajo skozi mehko tkivo. Uporaba večelementnih pretvornikov visoke gostote pomaga odpraviti lažne odmeve zaradi stranske in zadnje difrakcije.
Danes v svetu obstaja huda konkurenca med podjetji za ustvarjanje visokokakovostnih vizualnih sistemov, ki izpolnjujejo najvišje zahteve.
Zlasti je družba Acuson Corporation postavila poseben standard za kakovost slike in klinično raznolikost ter razvila platformo 128 XP™, osnovni modul za nenehno izboljševanje, ki omogoča zdravnikom, da razširijo obseg kliničnih raziskav glede na potrebe.
Platforma uporablja 128 elektronsko neodvisnih kanalov, ki se lahko uporabljajo hkrati tako pri prenosu kot pri sprejemanju, kar zagotavlja izjemno prostorsko ločljivost, kontrast tkiva in enotnost slike v celotnem vidnem polju.
Ultrazvočne diagnostične naprave so razdeljene v tri razrede: enodimenzionalne, dvodimenzionalne in tridimenzionalne.
Pri enodimenzionalnih skenerjih so informacije o predmetu predstavljene v eni dimenziji vzdolž globine predmeta, slika pa je zabeležena v obliki navpičnih vrhov. Amplituda in oblika vrhov se uporabljata za presojo strukturnih lastnosti tkiva in globine odbojnih območij odmevnega signala. Ta vrsta naprave se uporablja v ehoencefalografiji za določanje premika srednjih struktur možganov in volumetričnih (tekočih in trdnih) formacij, v oftalmologiji - za določanje velikosti očesa, prisotnosti tumorjev in tujih teles, v ehopulzografija - za preučevanje pulzacije karotidnih in vretenčnih arterij v vratu in njihovih intrakranialnih vej itd. Za te namene se uporablja frekvenca 0,88-1,76 MHz.
2D skenerji
2D skenerji delimo na naprave za ročno skeniranje in tiste, ki delujejo v realnem času.
Trenutno se za preučevanje površinskih struktur in notranjih organov uporabljajo samo naprave v realnem času, v katerih se informacije nenehno odražajo na zaslonu, kar omogoča dinamično spremljanje stanja organa, zlasti pri preučevanju gibljivih struktur. Delovna frekvenca teh naprav je od 0,5 do 10,0 MHz.
V praksi se pogosteje uporabljajo senzorji s frekvenco od 2,5 do 8 MHz.
3D skenerji
Za njihovo uporabo so potrebni določeni pogoji:
- prisotnost izobraževanja, ki ima zaobljeno ali dobro oblikovano obliko;
- prisotnost strukturnih tvorb v tekočinskih prostorih (plod v maternici, zrklo, kamni v žolčniku, tujek, polip v želodcu ali črevesju, napolnjenem s tekočino, vermiformni slepo črevo na ozadju vnetne tekočine, kot je kot tudi vsi trebušni organi v ozadju ascitne tekočine);
- sedeče strukturne formacije (očesno jabolko, prostata itd.).
Tako se lahko ob upoštevanju teh zahtev tridimenzionalni skenerji uspešno uporabljajo za raziskave v porodništvu, z volumetrično patologijo trebušne votline za natančnejšo diferenciacijo od drugih struktur, v urologiji za pregled prostate z namenom razlikovanja strukturne penetracije kapsula, v oftalmologiji, kardiologiji, nevrologiji in angiologiji.
Zaradi zapletenosti uporabe, visokih stroškov opreme, prisotnosti številnih pogojev in omejitev se trenutno redko uporabljajo. ampak 3D skeniranje — to je ehografija prihodnosti.
Doppler sonografija
Načelo Dopplerjeve ehografije je, da se frekvenca ultrazvočnega signala, ko se odbije od premikajočega se predmeta, spreminja sorazmerno z njegovo hitrostjo in je odvisna od frekvence ultrazvoka in kota med smerjo širjenja ultrazvoka in smerjo toka. Ta metoda se uspešno uporablja v kardiologiji.
Metoda je zanimiva tudi za interno medicino v povezavi z njeno sposobnostjo zagotavljanja zanesljivih informacij o stanju krvnih žil notranjih organov brez vnosa kontrastnih sredstev v telo.
Pogosteje se uporablja pri celovitem pregledu bolnikov s sumom na portalno hipertenzijo v zgodnjih fazah, pri določanju resnosti motenj portalnega krvnega obtoka, razjasnitvi stopnje in vzroka blokade v sistemu portalne vene, pa tudi pri preučevanju sprememb v portalu. pretok krvi pri bolnikih s cirozo pri dajanju zdravil (zaviralci beta, zaviralci ACE itd.).
Vse naprave so opremljene z dvema vrstama ultrazvočnih senzorjev: elektromehanskimi in elektronskimi. Obe vrsti senzorjev, pogosteje pa elektronski, imata modifikacije za uporabo na različnih področjih medicine pri pregledu odraslih in otrok.
V klasični različici realnega časa se uporabljajo 4 metode elektronskega skeniranja : sektorski, linearni, konveksni in trapezni, za vsako od njih so značilne posebne značilnosti glede na področje opazovanja. Raziskovalec lahko izbere način skeniranja glede na nalogo, ki je pred njim, in lokacijo.
Sektorsko skeniranje
prednosti:
- veliko vidno polje pri raziskovanju globokih območij.
Področje uporabe:
- kraniološki pregled novorojenčkov skozi veliko fontanelo;
- kardiološke preiskave;
- splošne abdominalne študije medeničnih organov (zlasti v ginekologiji in pri študiju prostate), organov retroperitonealnega sistema.
Linearno skeniranje
prednosti:
- veliko vidno polje pri pregledovanju plitvih predelov telesa;
- visoka ločljivost pri preučevanju globokih delov telesa zaradi uporabe večelementnega senzorja;
Področje uporabe:
- površinske strukture;
- kardiologija;
- pregled medeničnih organov in perirenalne regije;
- v porodništvu.
Konveksno skeniranje
prednosti:
- majhno območje stika s površino pacientovega telesa;
- veliko polje opazovanja pri raziskovanju globokih območij.
Področje uporabe:
- splošni pregledi trebuha.
Trapezno skeniranje
prednosti:
- veliko polje opazovanja pri pregledu blizu površine telesa in globoko lociranih organov;
- enostavna identifikacija tomografskih odsekov.
Področje uporabe:
- splošni pregledi trebuha;
- porodniško in ginekološko.
Poleg splošno sprejetih klasičnih metod skeniranja zasnove najnovejših naprav uporabljajo tehnologije, ki jim omogočajo kakovostno dopolnjevanje.
Format vektorskega skeniranja
prednosti:
- z omejenim dostopom in skeniranjem iz medrebrnega prostora zagotavlja akustične lastnosti pri najmanjši odprtini senzorja. Format vektorskega upodabljanja omogoča širši pogled na bližnje in daljno polje.
Področje uporabe je enako kot pri sektorskem skeniranju.
Skeniranje v načinu izbire območja povečave
To je posebno skeniranje izbranega območja zanimanja operaterja za izboljšanje akustične informacijske vsebine slike v 2D in barvnem Dopplerju. Izbran ROI je prikazan s polnimi akustičnimi in rastrskimi črtami. Izboljšana kakovost slike pomeni optimalno gostoto linij in slikovnih pik, višjo ločljivost, višjo hitrost sličic in večje slike.
V normalnem območju ostanejo enake akustične informacije, pri običajnem formatu za izbiro cone povečave RES pa se doseže povečava slike s povečano ločljivostjo in velikimi diagnostičnimi informacijami.
Upodabljanje Multi-Hertz
Širokopasovni piezoelektrični materiali zagotavljajo sodobnim senzorjem zmožnost delovanja v širokem frekvenčnem območju; zagotavljajo možnost izbire določene frekvence iz širokega razpona frekvenc, ki so na voljo v senzorjih, ob ohranjanju enotnosti slike. Ta tehnologija vam omogoča spreminjanje frekvence senzorja samo s pritiskom na gumb, ne da bi izgubljali čas za zamenjavo senzorja. To pomeni, da je en senzor enakovreden dvema ali trem določenim značilnostim, kar povečuje vrednost in klinično vsestranskost senzorjev ("Acuson", "Simens").
Zahtevane ultrazvočne podatke v najnovejših navodilih za naprave je mogoče zamrzniti v različnih načinih: B-način, 2B-način, 3D, B+B način, 4B-način, M-način in posneti s tiskalnikom na poseben papir, na računalniška kaseta ali videokaseta z računalniško obdelavo informacij.
Ultrazvočno slikanje organov in sistemov človeškega telesa se nenehno izboljšuje, nenehno se odpirajo nova obzorja in priložnosti, vendar bo pravilna interpretacija prejetih informacij vedno odvisna od stopnje klinične usposobljenosti zdravnika-raziskovalca.
V zvezi s tem se pogosto spomnim pogovora s predstavnikom Aloca, ki je prišel k nam, da bi naročil prvo realnočasovno napravo Aloca SSD 202 D (1982). Na moje občudovanje nad dejstvom, da so na Japonskem razvili tehnologijo ultrazvočne naprave z računalniško obdelavo slik, je odgovoril: "Računalnik je dober, a če drug računalnik (pokaže na glavo) ne deluje dobro, potem je ta računalnik brez vrednosti."
Elektrokardiografija je metoda za preučevanje srčne mišice z registracijo bioelektričnih potencialov delujočega srca. Pred krčenjem srca pride do vzbujanja miokarda, ki ga spremlja gibanje ionov skozi membrano miokardne celice, zaradi česar se spremeni potencialna razlika med zunanjo in notranjo površino membrane. Meritve z mikroelektrodami kažejo, da je sprememba potenciala približno 100 mV. V normalnih pogojih so deli človeškega srca zaporedno prekriti z vznemirjenjem, zato se na površini srca beleži spreminjajoča se potencialna razlika med že vzbujenimi in še ne vzburjenimi območji. Zaradi električne prevodnosti telesnih tkiv lahko te električne procese zaznamo tudi pri namestitvi elektrod na površino telesa, kjer sprememba potencialne razlike doseže 1-3 mV.
Elektrofiziološke študije srca v poskusu so bile izvedene že v 19. stoletju, vendar se je metoda začela uvajati v medicino po Einthovnovem raziskovanju v letih 1903-1924, ki je uporabil nizkoinercijski galvanometer, razvil oznako elementi posnete krivulje, standardni sistem registracije in glavna merila ocenjevanja.
Visoka informacijska vsebina in relativna tehnična preprostost metode, njena varnost in odsotnost kakršnih koli nevšečnosti za pacienta so zagotovili široko uporabo EKG v medicini in fiziologiji. Glavne komponente sodobnega elektrokardiografa so ojačevalnik, galvanometer in snemalna naprava. Pri snemanju spreminjajoče se slike porazdelitve električnih potencialov na premikajočem se papirju dobimo krivuljo - elektrokardiogram (EKG), z ostrimi in zaobljenimi zobmi, ki se ponavlja med vsako sistolo. Zobje so običajno označeni z latinskimi črkami P, Q, R, S, T in U.
Prvi od njih je povezan z aktivnostjo atrija, preostali zobje - z aktivnostjo srčnih ventriklov. Oblika zob v različnih odvodih je različna. Snemanje EKG-ja pri različnih osebah se izvaja s standardnimi pogoji snemanja: z nanosom elektrod na kožo okončin in prsnega koša (običajno se uporablja 12 odvodov), določeno z občutljivostjo aparata (1 mm = 0,1 mv) in hitrostjo papirja. gibanje (25 ali 50 mm / sek.) ... Preiskovanec je v ležečem položaju, v mirovanju. Pri analizi EKG ocenjujejo prisotnost, velikost, obliko in širino zob ter intervale med njimi ter na podlagi tega presojajo značilnosti električnih procesov v srcu kot celoti in do neke mere električna aktivnost bolj omejenih predelov srčne mišice.
V medicini ima EKG največja vrednost za prepoznavanje srčnih aritmij, pa tudi za odkrivanje miokardnega infarkta in nekaterih drugih bolezni. Vendar spremembe EKG odražajo le naravo motenj v električnih procesih in niso strogo specifične za določeno bolezen. Spremembe EKG se lahko pojavijo ne le kot posledica bolezni, temveč tudi pod vplivom normalne dnevne aktivnosti, vnosa hrane, zdravljenja z zdravili in drugih razlogov. Zato zdravnik postavi diagnozo ne po EKG, temveč po celotni kliničnih in laboratorijskih znakih bolezni. Diagnostične zmogljivosti se povečajo, če primerjamo številne zaporedno posnete EKG z intervalom nekaj dni ali tednov. Elektrokardiograf se uporablja tudi v srčnih monitorjih - napravah za 24-urno avtomatsko spremljanje hudo bolnih - in za telemetrični nadzor nad stanjem delovne osebe - v klinični, športni, vesoljski medicini, kar zagotavljajo posebne metode uporaba elektrod in radijska komunikacija med galvanometrom in snemalno napravo.
Bioelektrično aktivnost srca lahko zabeležimo na drug način. Za potencialno razliko je značilna vrednost in smer, značilna za dani trenutek, torej je vektor in jo lahko konvencionalno predstavimo s puščico, ki zaseda določen položaj v prostoru. Značilnosti tega vektorja se med srčnim ciklom spreminjajo, tako da njegova izhodiščna točka ostane nepremična, končna pa opisuje kompleksno zaprto krivuljo. V projekciji na ravnino je ta krivulja videti kot niz zank in se imenuje vektorski kardiogram (VKG). Približno ga je mogoče zgraditi grafično na podlagi EKG v različnih odvodih. Dobimo ga lahko tudi neposredno s pomočjo posebnega aparata – vektorskega kardiografa, katerega snemalna naprava je katodna cev, za odvzem pa se uporabljata dva para elektrod, ki sta nameščena na bolnika v ustrezni ravnini.
S spreminjanjem položaja elektrod je mogoče pridobiti VCG v različnih ravninah in oblikovati popolnejše prostorsko razumevanje narave električnih procesov. V nekaterih primerih vektorkardiografija kot diagnostična metoda dopolnjuje elektrofiziološke študije. Proučevanje elektrofizioloških osnov in klinična uporaba elektrofizioloških študij in vektorske kardiografije, izboljšanje naprav in metod registracije so predmet posebnega znanstvenega oddelka medicine - elektrokardiologije.
V veterini se elektrokardiografija uporablja pri velikih in malih živalih za diagnosticiranje sprememb v srcu, ki so posledica nekaterih nenalezljivih ali nalezljivih bolezni. S pomočjo elektrokardiografije pri živalih ugotavljamo kršitve srčnega ritma, povečanje srca in druge spremembe v srcu. Elektrokardiografija vam omogoča spremljanje učinka uporabljenih ali testiranih zdravil na srčno mišico živali.
1. Oddajniki in sprejemniki ultrazvoka.
2. Absorpcija ultrazvoka v snovi. Akustični tokovi in kavitacija.
3. Odsev ultrazvoka. Zvočna slika.
4. Biofizični učinek ultrazvoka.
5. Uporaba ultrazvoka v medicini: terapija, kirurgija, diagnostika.
6. Infrazvok in njegovi viri.
7. Vpliv infrazvoka na človeka. Uporaba infrazvoka v medicini.
8. Osnovni pojmi in formule. mize.
9. Naloge.
ultrazvok - elastične vibracije in valovi s frekvencami od približno 20x10 3 Hz (20 kHz) do 10 9 Hz (1 GHz). Običajno se imenuje frekvenčno območje ultrazvoka od 1 do 1000 GHz hiperzvok. Ultrazvočne frekvence so razdeljene v tri razpone:
ULF - nizkofrekvenčni ultrazvok (20-100 kHz);
USCH - ultrazvok srednje frekvence (0,1-10 MHz);
UZVCH - visokofrekvenčni ultrazvok (10-1000 MHz).
Vsak obseg ima svoje značilnosti za medicinsko uporabo.
5.1. Oddajniki in sprejemniki ultrazvoka
Elektromehanski oddajniki in ultrazvočni sprejemniki uporabite pojav piezoelektričnega učinka, katerega bistvo je razloženo na sl. 5.1.
Izrazite piezoelektrične lastnosti imajo kristalni dielektriki, kot so kremen, Rochelleova sol itd.
Ultrazvočni oddajniki
Elektromehanski Ultrazvočni oddajnik uporablja pojav inverznega piezoelektričnega učinka in je sestavljen iz naslednjih elementov (slika 5.2):
riž. 5.1. a - neposredni piezoelektrični učinek: stiskanje in raztezanje piezoelektrične plošče vodi do pojava potencialne razlike ustreznega znaka;
b - povratni piezoelektrični učinek: odvisno od znaka potencialne razlike, ki se nanaša na piezoelektrično ploščo, se ta stisne ali raztegne
riž. 5.2. Ultrazvočni oddajnik
1 - plošče iz snovi s piezoelektričnimi lastnostmi;
2 - elektrode, nanesene na njeno površino v obliki prevodnih plasti;
3 - generator, ki napaja izmenično napetost zahtevane frekvence na elektrode.
Ko se na elektrode (2) iz generatorja (3) dovaja izmenična napetost, se plošča (1) občasno raztegne in stisne. Pojavijo se prisilna nihanja, katerih frekvenca je enaka frekvenci spremembe napetosti. Te vibracije se prenašajo na delce okolja in ustvarjajo mehanski val z ustrezno frekvenco. Amplituda tresljajev delcev medija v bližini radiatorja je enaka amplitudi vibracij plošče.
Posebnosti ultrazvoka vključujejo možnost pridobivanja visokointenzivnih valov tudi pri sorazmerno majhnih amplitudah nihanja, saj je pri določeni amplitudi gostota
riž. 5.3. Fokusiranje ultrazvočnega žarka v vodi z ravno konkavno lečo iz pleksi stekla (ultrazvočna frekvenca 8 MHz)
pretok energije je sorazmeren z kvadrat frekvence(glej formulo 2.6). Omejitev jakosti ultrazvočnega sevanja je določena z lastnostmi materiala oddajnikov, pa tudi s posebnostmi pogojev njihove uporabe. Razpon intenzivnosti med generiranjem ultrazvoka na področju ultrazvočne frekvence je izjemno širok: od 10 -14 W / cm 2 do 0,1 W / cm 2.
Za številne namene so potrebne veliko višje intenzivnosti od tistih, ki jih je mogoče dobiti s površine oddajnika. V teh primerih lahko uporabite fokus. Slika 5.3 prikazuje fokusiranje ultrazvoka z lečo iz pleksi stekla. Prejeti zelo veliko intenzivnosti ZDA uporabljajo bolj izpopolnjene metode ostrenja. Torej, v žarišču paraboloida, katerega notranje stene so izdelane iz mozaika kremenčevih plošč ali piezoelektričnega barijevega titanita, je pri frekvenci 0,5 MHz mogoče pridobiti ultrazvočne jakosti v vodi do 10 5 W / cm 2 .
Ultrazvočni sprejemniki
Elektromehanski Ultrazvočni sprejemniki(slika 5.4) uporabi fenomen neposrednega piezoelektričnega učinka. V tem primeru pod vplivom ultrazvočnega vala nastanejo vibracije kristalne plošče (1),
riž. 5.4. Ultrazvočni sprejemnik
zaradi česar na elektrodah (2) nastane izmenična napetost, ki jo fiksira snemalni sistem (3).
V večini medicinskih pripomočkov se kot sprejemnik hkrati uporablja tudi ultrazvočni generator valov.
5.2. Absorpcija ultrazvoka v snovi. Akustični tokovi in kavitacija
Ultrazvok se po svoji fizični naravi ne razlikuje od zvoka in je mehanski val. Med njegovim širjenjem nastanejo izmenična območja zgoščevanja in redčenja delcev medija. Hitrost širjenja ultrazvoka in zvoka v medijih sta enaka (v zraku ~ 340 m/s, v vodi in mehkih tkivih ~ 1500 m/s). Vendar pa visoka intenzivnost in kratke ultrazvočne valovne dolžine povzročajo številne posebne značilnosti.
Pri širjenju ultrazvoka v snovi pride do nepovratnega prehoda energije zvočnega vala v druge vrste energije, predvsem v toploto. Ta pojav se imenuje absorpcija zvoka. Zmanjšanje amplitude vibracij delcev in jakosti ultrazvoka zaradi absorpcije je eksponentno:
kjer sta A, A 0 amplitude nihanja delcev medija na površini snovi in na globini h; I, I 0 - ustrezne jakosti ultrazvočnega valovanja; α - absorpcijski koeficient, odvisno od frekvence ultrazvočnega vala, temperature in lastnosti medija.
Absorpcijski koeficient - recipročna razdalja, pri kateri se amplituda zvočnega vala zmanjša za faktor "e".
Višji kot je absorpcijski koeficient, bolj medij absorbira ultrazvok.
Absorpcijski koeficient (α) narašča s povečanjem frekvence ultrazvoka. Zato je dušenje ultrazvoka v mediju mnogokrat večje od dušenja slišnega zvoka.
Tako dobro, kot absorpcijski koeficient, kot značilnost absorpcije ultrazvoka uporaba in globina polovične absorpcije(H), ki je z njim povezan obratno (H = 0,347 / α).
Globina polovične absorpcije(H) je globina, pri kateri se intenzivnost ultrazvočnega vala prepolovi.
Vrednosti absorpcijskega koeficienta in globine polovične absorpcije v različnih tkivih so predstavljene v tabeli. 5.1.
V plinih in zlasti v zraku se ultrazvok širi z veliko dušenjem. Tekočine in trdne snovi (zlasti monokristali) so praviloma dobri prevodniki ultrazvoka, slabljenje v njih pa je veliko manjše. Tako je na primer v vodi slabljenje ultrazvoka, če so vse druge enake, približno 1000-krat manjše kot v zraku. Zato so področja uporabe ultrazvočnih frekvenc in ultrazvočnih frekvenc skoraj izključno povezana s tekočinami in trdnimi snovmi, v zraku in plinih pa se uporabljajo samo ULF.
Sprostitev toplote in kemične reakcije
Absorpcijo ultrazvoka s snovjo spremlja prehod mehanske energije v notranjo energijo snovi, kar vodi do njenega segrevanja. Najbolj intenzivno segrevanje se pojavi na območjih, ki mejijo na vmesnike med mediji, ko je koeficient odboja blizu enote (100%). To je posledica dejstva, da se zaradi odboja intenzivnost vala v bližini meje poveča in s tem poveča količina absorbirane energije. To je mogoče eksperimentalno preveriti. Na vlažno roko je treba nanesti ultrazvočni oddajnik. Kmalu se na nasprotni strani dlani pojavi občutek (podobno kot bolečina zaradi opekline), ki ga povzroči ultrazvok, ki se odbija od vmesnika koža-zrak.
Kompleksna tkiva (pljuča) so bolj občutljiva na segrevanje z ultrazvokom kot homogena tkiva (jetra). Na meji mehkih tkiv in kosti nastane razmeroma veliko toplote.
Lokalno segrevanje tkiv za delčke stopinj prispeva k vitalni aktivnosti bioloških predmetov, poveča intenzivnost presnovnih procesov. Vendar pa lahko dolgotrajna izpostavljenost povzroči pregrevanje.
V nekaterih primerih se usmerjen ultrazvok uporablja za lokalni vpliv na posamezne strukture telesa. Ta učinek omogoča doseganje nadzorovane hipertermije, t.j. segrevanje do 41-44 ° C brez pregrevanja sosednjih tkiv.
Povišanje temperature in veliki padci tlaka, ki spremljajo prehod ultrazvoka, lahko povzročijo nastanek ionov in radikalov, ki lahko medsebojno delujejo z molekulami. V tem primeru lahko pride do takšnih kemičnih reakcij, ki v normalnih pogojih niso izvedljive. Kemično delovanje ultrazvoka se kaže zlasti v cepljenju molekule vode na radikala H + in OH - s kasnejšim nastankom vodikovega peroksida H 2 O 2.
Akustični tokovi in kavitacija
Visoko intenzivne ultrazvočne valove spremljajo številni specifični učinki. Torej, širjenje ultrazvočnih valov v plinih in tekočinah spremlja gibanje medija, ki se imenuje akustični tok (slika 5.5, a). Pri frekvencah ultrazvočnega frekvenčnega območja v ultrazvočnem polju z intenzivnostjo nekaj W / cm 2 lahko pride do brizganja tekočine (slika 5.5, b) in ga razpršite, da nastane zelo fina meglica. Ta lastnost širjenja ultrazvoka se uporablja v ultrazvočnih inhalatorjih.
Med pomembne pojave, ki nastanejo pri širjenju intenzivnega ultrazvoka v tekočinah, je kavitacija - rast v ultrazvočnem polju mehurčkov iz na voljo
riž. 5.5. a) akustični tok, ki nastane pri širjenju ultrazvoka s frekvenco 5 MHz v benzenu; b) vodnjak tekočine, ki nastane, ko ultrazvočni žarek pade iz notranjosti tekočine na njeno površino (ultrazvočna frekvenca 1,5 MHz, jakost 15 W/cm 2)
submikroskopska jedra plina ali hlapov v tekočinah velikosti do frakcij milimetra, ki začnejo utripati z ultrazvočno frekvenco in se zrušijo v fazi pozitivnega tlaka. Ko se mehurčki plina zrušijo, se pojavijo veliki lokalni tlaki reda tisoč atmosfer, sferična udarni valovi. Tako intenziven mehanski učinek na delce, ki jih vsebuje tekočina, lahko privede do različnih učinkov, tudi destruktivnih, tudi brez vpliva toplotnega delovanja ultrazvoka. Mehanski učinki so še posebej pomembni pri izpostavljenosti fokusiranemu ultrazvoku.
Druga posledica kolapsa kavitacijskih mehurčkov je močno segrevanje njihove vsebine (do temperature reda 10.000 ° C), ki jo spremlja ionizacija in disociacija molekul.
Pojav kavitacije spremlja erozija delovnih površin oddajnikov, poškodbe celic itd. Vendar pa ta pojav vodi tudi do številnih koristnih učinkov. Tako na primer na področju kavitacije pride do okrepljenega mešanja snovi, ki se uporablja za pripravo emulzij.
5.3. Odsev ultrazvoka. Zvočna slika
Kot pri vseh vrstah valov sta tudi pri ultrazvoku neločljivo povezana pojava refleksije in loma. Vendar so ti pojavi opazni le, če so dimenzije nehomogenosti primerljive z valovno dolžino. Dolžina ultrazvočnega vala je bistveno manjša od dolžine zvočnega vala (λ = v / ν). Torej sta dolžini zvočnih in ultrazvočnih valov v mehkih tkivih pri frekvencah 1 kHz in 1 MHz enaki: λ = 1500/1000 = 1,5 m;
1500/1000000 = 1,5x10 -3 m = 1,5 mm. V skladu z navedenim telo velikosti 10 cm praktično ne odbija zvoka z valovno dolžino λ = 1,5 m, ampak je reflektor ultrazvočnega valovanja z λ = 1,5 mm.
Učinkovitost odboja ni določena le z geometrijskimi razmerji, temveč tudi z odbojnim koeficientom r, ki je odvisen od razmerja valovne impedance medijev x(glej formule 3.8, 3.9):
Za vrednosti x blizu 0 je odsev skoraj popoln. To je ovira za prehod ultrazvoka iz zraka v mehka tkiva (x = 3x10 -4, r= 99,88 %). Če se ultrazvočni oddajnik nanese neposredno na kožo osebe, potem ultrazvok ne bo prodrl v notranjost, ampak se bo odbil od tanke plasti zraka med oddajnikom in kožo. V tem primeru majhne vrednosti NS igrajo negativno vlogo. Za odstranitev zračne plasti površino kože premažemo s plastjo ustreznega lubrikanta (vodni žele), ki deluje kot prehodni medij za zmanjšanje odboja. Nasprotno, za odkrivanje nehomogenosti v srednji, majhne vrednosti NS so pozitiven dejavnik.
Vrednosti koeficienta odboja na mejah različnih tkiv so podane v tabeli. 5.2.
Intenzivnost prejetega odbitega signala ni odvisna le od vrednosti odbojnega koeficienta, temveč tudi od stopnje absorpcije ultrazvoka s strani medija, v katerem se širi. Absorpcija ultrazvočnega vala vodi v dejstvo, da je odmev, ki se odbija od strukture, ki se nahaja v globini, veliko šibkejši od tistega, ki nastane, ko se odbije od podobne strukture, ki se nahaja blizu površine.
Odboj ultrazvočnih valov od nehomogenosti temelji na zvočna slika, uporablja se v medicinskem ultrazvoku (ultrazvoku). Pri tem se ultrazvok, ki se odbija od nehomogenosti (posameznih organov, tumorjev), pretvori v električna nihanja, slednja pa v svetlobo, ki omogoča, da na zaslonu vidimo določene predmete v okolju, ki je neprozorno za svetlobo. Slika 5.6 prikazuje sliko
riž. 5.6. 5 MHz ultrazvočna slika 17 tednov starega človeškega ploda
človeški plod, star 17 tednov, pridobljen z ultrazvokom.
Na frekvencah ultrazvočnega frekvenčnega območja je bil ustvarjen ultrazvočni mikroskop - naprava, podobna običajnemu mikroskopu, katere prednost pred optičnim je v tem, da biološke raziskave ne zahtevajo predhodnega obarvanja predmeta. Slika 5.7 prikazuje fotografije rdečih krvnih celic, posnete z optičnim in ultrazvočnim mikroskopom.
riž. 5.7. Fotografije rdečih krvnih celic, pridobljene z optičnim (a) in ultrazvočnim (b) mikroskopom
S povečanjem frekvence ultrazvočnih valov se ločljivostna moč poveča (zaznamo lahko manjše nepravilnosti), zmanjša pa se njihova prodorna moč, t.j. globina, na kateri je mogoče raziskati zanimive strukture, se zmanjša. Zato je frekvenca ultrazvoka izbrana tako, da združuje zadostno ločljivost z zahtevano globino preiskave. Torej, za ultrazvočni pregled ščitnice, ki se nahaja neposredno pod kožo, se uporabljajo valovi frekvence 7,5 MHz, za pregled trebušnih organov pa frekvenca 3,5-5,5 MHz. Poleg tega se upošteva tudi debelina maščobne plasti: za tanke otroke je frekvenca 5,5 MHz, za otroke in odrasle s prekomerno telesno težo pa frekvenca 3,5 MHz.
5.4. Biofizični učinek ultrazvoka
Pod vplivom ultrazvoka na biološke predmete v obsevanih organih in tkivih na razdaljah, ki so enake polovici valovne dolžine, lahko pride do razlik v tlaku od enot do deset atmosfer. Tako intenzivni vplivi vodijo do različnih bioloških učinkov, katerih fizikalna narava je določena s kombiniranim delovanjem mehanskih, toplotnih in fizikalno-kemijskih pojavov, ki spremljajo širjenje ultrazvoka v okolju.
Splošni učinek ultrazvoka na tkiva in telo kot celoto
Biološki učinek ultrazvoka, tj. Spremembe, ki nastanejo v vitalni aktivnosti in strukturah bioloških objektov ob izpostavljenosti ultrazvoku, so v glavnem odvisne od njegove intenzivnosti in trajanja obsevanja ter imajo lahko tako pozitivne kot negativne učinke na vitalno aktivnost organizmov. Tako mehanske vibracije delcev, ki nastanejo pri relativno nizki jakosti ultrazvoka (do 1,5 W/cm 2), povzročijo nekakšno mikromasažo tkiv, kar prispeva k boljši presnovi in boljši oskrbi tkiv s krvjo in limfo. Lokalno segrevanje tkiv po frakcijah in enotah stopinj praviloma spodbuja vitalno aktivnost bioloških predmetov, povečuje intenzivnost presnovnih procesov. Ultrazvočni valovi majhna in sredina intenzivnosti povzročajo pozitivne biološke učinke v živih tkivih, ki spodbujajo potek normalnih fizioloških procesov.
Uspešna uporaba ultrazvoka navedenih intenzivnosti se v nevrologiji uporablja za rehabilitacijo bolezni, kot so kronični išias, poliartritis, nevritis in nevralgija. Ultrazvok se uporablja pri zdravljenju bolezni hrbtenice, sklepov (uničenje usedlin soli v sklepih in votlinah); pri zdravljenju različnih zapletov po poškodbah sklepov, vezi, kit itd.
Ultrazvok visoke intenzivnosti (3-10 W/cm 2) škodljivo vpliva na posamezne organe in človeško telo kot celoto. Visoko intenzivni ultrazvok lahko povzroči
v biološka okolja akustična kavitacija, ki jo spremlja mehansko uničenje celic in tkiv. Dolgotrajna intenzivna izpostavljenost ultrazvoku lahko povzroči pregrevanje bioloških struktur in njihovo uničenje (denaturacija beljakovin itd.). Izpostavljenost intenzivnemu ultrazvoku ima lahko dolgoročne posledice. Na primer, pri dolgotrajni izpostavljenosti ultrazvoku s frekvenco 20-30 kHz, ki nastane v nekaterih delovnih pogojih, oseba razvije motnje živčni sistem, utrujenost se poveča, temperatura se močno dvigne, pojavijo se motnje sluha.
Zelo intenziven ultrazvok je za človeka usoden. Na primer, v Španiji je bilo 80 prostovoljcev izpostavljenih ultrazvočnim turbulentnim motorjem. Rezultati tega barbarskega eksperimenta so bili obžalovanja vredni: umrlo je 28 ljudi, ostali so bili popolnoma ali delno paralizirani.
Toplotni učinek, ki ga povzroči ultrazvok visoke intenzivnosti, je lahko zelo pomemben: z ultrazvočnim obsevanjem z močjo 4 W / cm 2 za 20 s se temperatura telesnih tkiv na globini 2-5 cm dvigne za 5-6 ° C. .
Za preprečevanje poklicnih bolezni pri osebah, ki delajo na ultrazvočnih napravah, kadar je možen stik z viri ultrazvočnih vibracij, je za zaščito rok nujno uporabiti 2 para rokavic: zunanje gumijaste rokavice in notranje - bombažne.
Delovanje ultrazvoka na celični ravni
Biološki učinek ultrazvoka lahko temelji tudi na sekundarnih fizikalno-kemijskih učinkih. Torej, med nastajanjem akustičnih tokov lahko pride do mešanja znotrajceličnih struktur. Kavitacija vodi do pretrganja molekularnih vezi v biopolimerih in drugih vitalnih spojinah ter do razvoja redoks reakcij. Ultrazvok poveča prepustnost bioloških membran, zaradi česar pride do pospeševanja presnovnih procesov zaradi difuzije. Sprememba pretoka različnih snovi skozi citoplazemsko membrano vodi v spremembo sestave znotrajceličnega okolja in mikrookolja celice. To vpliva na hitrost biokemičnih reakcij s sodelovanjem encimov, ki so občutljivi na vsebnost v okolju tistih oz.
drugi ioni. V nekaterih primerih lahko sprememba sestave medija znotraj celice povzroči pospeševanje encimskih reakcij, kar opazimo, ko so celice izpostavljene nizko intenzivnemu ultrazvoku.
Veliko znotrajceličnih encimov aktivirajo kalijevi ioni. Zato je s povečanjem intenzivnosti ultrazvoka bolj verjeten učinek zatiranja encimskih reakcij v celici, saj se zaradi depolarizacije celičnih membran zmanjša koncentracija kalijevih ionov v znotrajceličnem okolju.
Učinek ultrazvoka na celice lahko spremljajo naslednji pojavi:
Kršitev mikrookolja celičnih membran v obliki spremembe koncentracijskih gradientov različnih snovi v bližini membran, sprememba viskoznosti medija znotraj in zunaj celice;
Sprememba prepustnosti celičnih membran v obliki pospeševanja normalne in olajšane difuzije, sprememba učinkovitosti aktivni promet, kršitev strukture membran;
Kršitev sestave znotrajceličnega okolja v obliki spremembe koncentracije različnih snovi v celici, spremembe viskoznosti;
Spremembe hitrosti encimskih reakcij v celici zaradi sprememb v optimalnih koncentracijah snovi, ki so potrebne za delovanje encimov.
Sprememba prepustnosti celičnih membran je univerzalni odziv na ultrazvočno izpostavljenost, ne glede na to, kateri od ultrazvočnih dejavnikov, ki delujejo na celico, v tem ali drugem primeru prevladuje.
Pri dovolj visoki jakosti ultrazvoka pride do uničenja membran. Vendar imajo različne celice različno odpornost: nekatere celice se uničijo z intenzivnostjo 0,1 W / cm 2, druge - pri 25 W / cm 2.
V določenem razponu intenzivnosti so opaženi biološki učinki ultrazvoka reverzibilni. Za prag se vzame zgornja meja tega intervala 0,1 W / cm 2 pri frekvenci 0,8-2 MHz. Preseganje te meje vodi do izrazitih destruktivnih sprememb v celicah.
Uničenje mikroorganizmov
Obsevanje z ultrazvokom z intenzivnostjo, ki presega kavitacijski prag, se uporablja za uničenje bakterij in virusov, ki so prisotni v tekočini.
5.5. Uporaba ultrazvoka v medicini: terapija, kirurgija, diagnostika
Ultrazvočne deformacije se uporabljajo za mletje ali dispergiranje medijev.
Pojav kavitacije se uporablja za pridobivanje emulzij tekočin, ki se ne mešajo, za čiščenje kovin iz vodnega kamna in maščobnih filmov.
Ultrazvočna terapija
Terapevtski učinek ultrazvoka je posledica mehanskih, toplotnih, kemičnih dejavnikov. Njihovo kombinirano delovanje izboljša prepustnost membrane, razširi krvne žile, izboljša presnovo, kar pripomore k ponovni vzpostavitvi ravnotežnega stanja telesa. Z doziranim ultrazvočnim žarkom lahko nežno masirate srce, pljuča ter druge organe in tkiva.
V otorinolaringologiji ultrazvok vpliva na bobnič, nosno sluznico. Na ta način se izvaja rehabilitacija kroničnega rinitisa, bolezni maksilarnih votlin.
FONOFOREZA - vnos zdravilnih snovi v tkiva skozi pore kože s pomočjo ultrazvoka. Ta metoda je podobna elektroforezi, vendar za razliko od električnega polja ultrazvočno polje premika ne le ione, ampak tudi nezaračunan delci. Pod vplivom ultrazvoka se poveča prepustnost celičnih membran, kar spodbuja prodiranje zdravil v celico, medtem ko med elektroforezo zdravilne snovi so koncentrirani predvsem med celicami.
AVTEMOTERAPIJA - intramuskularno dajanje lastne krvi osebe, odvzete iz vene. Ta postopek se izkaže za učinkovitejšega, če odvzeto kri pred infuzijo obsevamo z ultrazvokom.
Ultrazvočno obsevanje poveča občutljivost celice na učinke kemične snovi... To vam omogoča ustvarjanje manj škodljivih
cepiva, saj se pri njihovi izdelavi lahko uporabijo nižje koncentracije kemikalij.
Preliminarni učinek ultrazvoka poveča učinek γ- in mikrovalovnega obsevanja na tumorje.
V farmacevtski industriji se ultrazvok uporablja za pridobivanje emulzij in aerosolov nekaterih zdravilnih snovi.
V fizioterapiji se ultrazvok uporablja za lokalno izpostavljenost, ki se izvaja s pomočjo ustreznega oddajnika, ki se nanese skozi mazilo na določeno področje telesa.
Ultrazvočna kirurgija
Ultrazvočna kirurgija je razdeljena na dve vrsti, od katerih je ena povezana z učinkom zvočnih vibracij na sama tkiva, druga - z nanosom ultrazvočnih vibracij na kirurški instrument.
Uničenje tumorjev. Več oddajnikov, nameščenih na pacientovo telo, oddaja ultrazvočne žarke, ki so usmerjeni na tumor. Intenzivnost posameznega žarka je nezadostna, da bi poškodovala zdravo tkivo, vendar se na mestu, kjer se žarki zbližajo, intenzivnost poveča in tumor se uniči s kavitacijo in toploto.
V urologiji se z mehanskim delovanjem ultrazvoka zdrobijo kamni v sečilih in s tem bolnike prihranijo pred operacijami.
Varjenje mehkih tkiv.Če dve prerezani krvni žili zložite in stisnete skupaj, nastane zvar po obsevanju.
Varjenje kosti(ultrazvočna osteosinteza). Območje zloma je napolnjeno z zdrobljenim kostnim tkivom, pomešanim s tekočim polimerom (ciakrin), ki pod vplivom ultrazvoka hitro polimerizira. Po obsevanju nastane močan zvar, ki se postopoma absorbira in nadomesti s kostnim tkivom.
Superpozicija ultrazvočnih vibracij na kirurških instrumentih(skalpeli, pilice, igle) znatno zmanjša rezalne sile, zmanjša bolečino, ima hemostatski in sterilizacijski učinek. Amplituda vibracij rezalnega orodja pri frekvenci 20-50 kHz je 10-50 mikronov. Ultrazvočni skalpeli omogočajo operacije na dihalnih organih brez odpiranja prsnega koša,
operacije na požiralniku in krvnih žilah. Z vstavitvijo dolgega in tankega ultrazvočnega skalpela v veno lahko uničite zadebelitev holesterola v žili.
Sterilizacija. Uničujoči učinek ultrazvoka na mikroorganizme se uporablja za sterilizacijo kirurških instrumentov.
V nekaterih primerih se ultrazvok uporablja v kombinaciji z drugimi fizičnimi vplivi, na primer z kriogena, pri kirurškem zdravljenju hemangiomov in brazgotin.
Ultrazvočna diagnostika
Ultrazvočna diagnostika je skupek metod za preučevanje zdravega in bolnega človeškega telesa, ki temelji na uporabi ultrazvoka. Fizična osnova ultrazvočne diagnostike je odvisnost parametrov širjenja zvoka v bioloških tkivih (hitrost zvoka, koeficient dušenja, valovna impedanca) od vrste tkiva in njegovega stanja. Ultrazvočne metode omogočajo vizualizacijo notranje strukture organizma, pa tudi za raziskovanje gibanja bioloških predmetov znotraj organizma. Glavna značilnost ultrazvočne diagnostike je zmožnost pridobivanja informacij o mehkih tkivih, ki se nekoliko razlikujejo po gostoti ali elastičnosti. Ultrazvočna metoda raziskovanja ima visoko občutljivost, se lahko uporablja za odkrivanje formacij, ki jih rentgenski žarki ne odkrijejo, ne zahteva uporabe kontrastnih sredstev, je neboleča in nima kontraindikacij.
Za diagnostične namene se uporablja ultrazvok s frekvenco od 0,8 do 15 MHz. Nizke frekvence se uporabljajo pri pregledu globoko lociranih predmetov ali pri pregledu skozi kostno tkivo, visoke frekvence se uporabljajo za vizualizacijo predmetov blizu telesne površine, za diagnostiko v oftalmologiji, pri pregledu površinsko lociranih žil.
V ultrazvočni diagnostiki so najbolj razširjene eholokacijske metode, ki temeljijo na odboju ali razprševanju impulznih ultrazvočnih signalov. Glede na način pridobivanja in naravo podajanja informacij so naprave za ultrazvočno diagnostiko razdeljene v 3 skupine: enodimenzionalne naprave z indikacijo tipa A; enodimenzionalni instrumenti z indikacijo tipa M; dvodimenzionalni instrumenti z oznako tipa B.
Pri ultrazvočni diagnostiki z napravo tipa A se oddajnik, ki oddaja kratke (s trajanjem približno 10-6 s) ultrazvočne impulze, nanese na preiskovano področje telesa skozi kontaktno snov. V pavzah med impulzi naprava sprejema impulze, ki se odbijajo od različnih nehomogenosti v tkivih. Po ojačanju se ti impulzi opazijo na zaslonu katodne cevi v obliki odstopanj žarka od vodoravne črte. Celotna slika odbitih impulzov se imenuje enodimenzionalni ehogram tipa A. Slika 5.8 prikazuje ehogram, pridobljen z očesno ehoskopijo.
riž. 5.8. Ehoskopija očesa po A-metodi:
1 - odmev s sprednje površine roženice; 2, 3 - odmevi s sprednje in zadnje površine leče; 4 - odmev iz mrežnice in struktur zadnjega pola zrkla
Ehogrami tkiv različnih vrst se med seboj razlikujejo po številu impulzov in njihovi amplitudi. Analiza ehograma tipa A v mnogih primerih omogoča pridobitev dodatnih informacij o stanju, globini in dolžini patološkega mesta.
Enodimenzionalne naprave z indikacijo tipa A se uporabljajo v nevrologiji, nevrokirurgiji, onkologiji, porodništvu, oftalmologiji in drugih področjih medicine.
V napravah z indikacijo tipa M se odbiti impulzi po ojačanju dovajajo na modulacijsko elektrodo katodne cevi in so predstavljeni v obliki črtic, katerih svetlost je povezana z amplitudo impulza, širina pa - na njegovo trajanje. Premik teh linij v času daje sliko posameznih odsevnih struktur. Ta vrsta indikacije se pogosto uporablja v kardiografiji. Ultrazvočni kardiogram lahko posnamete s katodno cevjo s pomnilnikom ali na papirni magnetofon. Ta metoda beleži gibanje elementov srca, kar omogoča določitev stenoze mitralne zaklopke, prirojenih srčnih napak itd.
Pri uporabi metod registracije tipov A in M je pretvornik v fiksnem položaju na pacientovem telesu.
V primeru indikacije tipa B se pretvornik premika (izvaja skeniranje) po površini telesa, na zaslonu katodne cevi pa se posname dvodimenzionalni ehogram, ki reproducira presek preiskovanega območja telo.
Različica metode B je več skeniranje, pri katerem se mehansko premikanje senzorja nadomesti z zaporednim električnim preklapljanjem številnih elementov, ki se nahajajo na isti liniji. Večkratno skeniranje vam omogoča, da opazujete raziskane odseke v skoraj realnem času. Druga različica metode B je sektorsko skeniranje, pri katerem ni premika eho sonde, spreminja pa se kot vnosa ultrazvočnega žarka.
Ultrazvočni aparati z indikacijo tipa B se uporabljajo v onkologiji, porodništvu in ginekologiji, urologiji, otorinolaringologiji, oftalmologiji itd. V kardiologiji se uporabljajo modifikacije aparatov tipa B z multiscanning in sektorskim skeniranjem.
Vse eholokacijske metode ultrazvočne diagnostike omogočajo tako ali drugače registracijo meja območij z različnimi valovnimi impedancami znotraj telesa.
Nova metoda ultrazvočne diagnostike - rekonstruktivna (ali računalniška) tomografija - daje prostorsko porazdelitev parametrov širjenja zvoka: koeficient dušenja (slabitev metode) ali hitrost zvoka (refrakcijska modifikacija). Pri tej metodi se preiskovani del predmeta večkrat oglaša v različnih smereh. Informacije o koordinatah sondiranja in o odzivnih signalih se obdelujejo na računalniku, zaradi česar se na zaslonu prikaže rekonstruirani tomogram.
Pred kratkim se je metoda začela uvajati elastometrija za preučevanje jetrnega tkiva tako v normalnih pogojih kot na različnih stopnjah mikrooze. Bistvo metode je naslednje. Senzor je nameščen pravokotno na površino telesa. S pomočjo vibratorja, vgrajenega v senzor, se generira nizkofrekvenčni zvočni mehanski val (ν = 50 Hz, A = 1 mm), katerega hitrost širjenja skozi osnovna jetrna tkiva se oceni z ultrazvokom s frekvenco ν = 3,5 MHz (pravzaprav se izvaja eholokacija). Uporaba
modul E (elastičnost) tkanine. Za bolnika se opravi serija meritev (najmanj 10) v medrebrnih prostorih v projekciji položaja jeter. Vsi podatki se avtomatsko analizirajo, naprava poda kvantitativno oceno elastičnosti (gostote), ki je predstavljena tako v številčni kot v barvni obliki.
Za pridobitev informacij o gibljivih strukturah telesa se uporabljajo metode in naprave, katerih delo temelji na Dopplerjevem učinku. Takšne naprave praviloma vsebujejo dva piezoelektrična elementa: ultrazvočni oddajnik, ki deluje v neprekinjenem načinu, in sprejemnik odbitih signalov. Z merjenjem Dopplerjevega frekvenčnega premika ultrazvočnega vala, ki se odbija od premikajočega se predmeta (na primer od stene posode), se določi hitrost odsevnega predmeta (glej formulo 2.9). V najnaprednejših napravah te vrste se uporablja pulzno-doplerjeva (koherentna) metoda lokacije, ki omogoča izolacijo signala iz določene točke v prostoru.
Naprave z Dopplerjevim učinkom se uporabljajo za diagnosticiranje bolezni srčno-žilnega sistema (definicija
gibanje delov srca in žilnih sten), v porodništvu (pregled plodovega srčnega utripa), za preučevanje krvnega pretoka itd.
Študija organov se izvaja skozi požiralnik, s katerim mejijo.
Primerjava ultrazvočnega in rentgenskega "prenosa"
V nekaterih primerih ima ultrazvočni prenos prednost pred rentgenskim žarkom. To je posledica dejstva, da rentgenski žarki dajejo jasno sliko "trdih" tkiv v ozadju "mehkih". Tako so na primer kosti jasno vidne na ozadju mehkih tkiv. Za pridobitev rentgenske slike mehkih tkiv na ozadju drugih mehkih tkiv (na primer krvne žile na ozadju mišic) je treba posodo napolniti s snovjo, ki dobro absorbira rentgensko sevanje (kontrastno sredstvo) . Ultrazvočni prenos zaradi že navedenih lastnosti daje v tem primeru sliko brez uporabe kontrastnih sredstev.
Z rentgenskim pregledom se razlika v gostoti razlikuje do 10%, z ultrazvokom - do 1%.
5.6. Infrazvok in njegovi viri
Infrazvok- elastične vibracije in valovi s frekvencami, ki so pod območjem frekvenc, ki jih sliši človek. Običajno se za zgornjo mejo infrazvočnega razpona vzame 16-20 Hz. Ta definicija je pogojna, saj se z zadostno intenzivnostjo slušna percepcija pojavlja tudi pri frekvencah nekaj Hz, čeprav tonska narava občutka izgine in postanejo razločljivi le posamezni cikli nihanja. Spodnja frekvenčna meja infrazvoka je negotova; trenutno se območje njegove študije razteza do približno 0,001 Hz.
Infrazvočni valovi se širijo v zračnem in vodnem okolju, pa tudi v zemeljski skorji (potresni valovi). Glavna značilnost infrazvoka zaradi nizke frekvence je nizka absorpcija. Pri širjenju v globokem morju in v atmosferi na tleh se infrazvočni valovi s frekvenco 10-20 Hz na razdalji 1000 km oslabijo za največ nekaj decibelov. Znano je, da zveni
vulkanski izbruhi in atomske eksplozije lahko večkrat obkrožijo svet. Zaradi dolge valovne dolžine je tudi razpršitev infrazvoka majhna. V naravnih okoljih opazno razpršenost ustvarjajo le zelo veliki predmeti – hribi, gore, visoke zgradbe.
Naravni viri infrazvoka so meteorološki, potresni in vulkanski pojavi. Infrazvok nastajajo zaradi atmosferskih in oceanskih turbulentnih nihanj tlaka, vetra, morskih valov (vključno s plimskimi valovi), slapov, potresov, zemeljskih plazov.
Viri infrazvoka, povezani s človeško dejavnostjo, so eksplozije, streli pištole, udarni valovi nadzvočnih letal, udarci žarometov, delovanje reaktivnih motorjev itd. Infrazvok je vsebovan v hrupu motorjev in tehnološke opreme. Vibracije zgradb, ki jih povzročajo industrijski in domači vzbujevalniki, praviloma vsebujejo infrazvočne komponente. Prometni hrup pomembno prispeva k infrazvočnemu onesnaževanju okolja. Na primer, avtomobili s hitrostjo 100 km / h ustvarjajo infrazvok s stopnjo intenzivnosti do 100 dB. V motornem prostoru velikih plovil so bile zabeležene infrazvočne vibracije, ki jih povzročajo delujoči motorji, s frekvenco 7-13 Hz in stopnjo intenzivnosti 115 dB. V zgornjih nadstropjih stolpnic, zlasti ob močnem vetru, stopnja intenzivnosti infrazvoka doseže
Infrazvoka je skoraj nemogoče izolirati - pri nizkih frekvencah vsi materiali, ki absorbirajo zvok, skoraj popolnoma izgubijo svojo učinkovitost.
5.7. Vpliv infrazvoka na človeka. Uporaba infrazvoka v medicini
Infrazvok praviloma negativno vpliva na človeka: povzroča depresivno razpoloženje, utrujenost, glavobol, draženje. Oseba, ki je izpostavljena infrazvoku nizke intenzivnosti, razvije simptome gibalne slabosti, slabosti in omotice. Pojavi se glavobol, utrujenost se poveča, sluh oslabi. Pri frekvenci 2-5 Hz
in stopnjo intenzivnosti 100-125 dB, se subjektivna reakcija zmanjša na občutek pritiska v ušesu, težave pri požiranju, prisilno modulacijo glasu in težave pri govoru. Vpliv infrazvoka negativno vpliva na vid: vidne funkcije se poslabšajo, ostrina vida se zmanjša, vidno polje se zoži, akomodacijska sposobnost je oslabljena, motena je stabilnost fiksacije z očesom opazovanega predmeta.
Hrup pri frekvenci 2-15 Hz pri stopnji intenzivnosti 100 dB vodi do povečanja napake sledenja merilnikov številčnice. Pojavi se konvulzivno trzanje zrkla, kršitev delovanja organov ravnotežja.
Piloti in kozmonavti, ki so bili na treningu izpostavljeni infrazvoku, so počasneje reševali celo preproste aritmetične probleme.
Obstaja domneva, da so različne anomalije v stanju ljudi v slabem vremenu, ki jih pojasnjujejo podnebne razmere, v resnici posledica vpliva infrazvočnih valov.
Pri povprečni jakosti (140-155 dB) lahko pride do omedlevice, začasne izgube vida. Pri visoki intenzivnosti (približno 180 dB) lahko pride do usodne paralize.
Domneva se, da je negativni vpliv infrazvoka posledica dejstva, da frekvence naravnih nihanj nekaterih organov in delov človeškega telesa ležijo v infrazvočnem območju. To povzroča neželene resonančne pojave. Naj navedemo nekaj frekvenc naravnih vibracij za osebo:
Človeško telo v ležečem položaju - (3-4) Hz;
Prsni koš - (5-8) Hz;
Trebušna votlina - (3-4) Hz;
Oči - (12-27) Hz.
Še posebej škodljiv je vpliv infrazvoka na srce. Z zadostno močjo se pojavijo prisilne vibracije srčne mišice. Pri resonanci (6-7 Hz) se njihova amplituda poveča, kar lahko privede do krvavitve.
Uporaba infrazvoka v medicini
V zadnjih letih se infrazvok pogosto uporablja v medicinski praksi. Torej, v oftalmologiji, infrazvočni valovi
s frekvencami do 12 Hz se uporabljajo pri zdravljenju kratkovidnosti. Pri zdravljenju bolezni vek se infrazvok uporablja za fonoforezo (slika 5.9), pa tudi za čiščenje površin ran, za izboljšanje hemodinamike in regeneracije v vekah, masažo (slika 5.10) itd.
Slika 5.9 prikazuje uporabo infrazvoka za zdravljenje nepravilnosti v razvoju solznega kanala pri novorojenčkih.
Na eni od stopenj zdravljenja se izvaja masaža solznega vrečka. V tem primeru infrazvočni generator ustvari presežek tlaka v solzni vrečki, kar prispeva k rupturi embrionalnega tkiva v solznem kanalu.
riž. 5.9. Shema infrazvočne fonoforeze
riž. 5.10. Masaža solznih vrečk
5.8. Osnovni pojmi in formule. mize
Tabela 5.1. Absorpcijski koeficient in globina polovice absorpcije pri 1 MHz
Tabela 5.2. Odsev na mejah različnih tkanin
5.9. Naloge
1. Odboj valov od majhnih nepravilnosti postane opazen, ko njihove velikosti presegajo valovno dolžino. Ocenite najmanjšo velikost d ledvičnega kamna, ki jo je mogoče odkriti z ultrazvočno diagnostiko pri frekvenci ν = 5 MHz. Hitrost ultrazvočnega valovanja v= 1500 m/s.
Rešitev
Najdimo valovno dolžino: λ = v / ν = 1500 / (5 * 10 6) = 0,0003 m = 0,3 mm. d> λ.
odgovor: d> 0,3 mm.
2. Pri nekaterih fizioterapevtskih posegih se uporablja ultrazvok frekvence ν = 800 kHz in jakosti I = 1 W / cm 2. Poiščite amplitudo vibracij molekul mehkih tkiv.
Rešitev
Intenzivnost mehanskih valov je določena s formulo (2.6)
Gostota mehkih tkiv ρ "1000 kg / m 3.
krožna frekvenca ω = 2πν ≈ 2х3,14х800х10 3 ≈ 5х10 6 s -1;
hitrost ultrazvoka v mehkih tkivih ν ≈ 1500 m/s.
Intenzivnost je treba pretvoriti v SI: I = 1 W / cm 2 = 10 4 W / m 2.
Če zamenjamo številčne vrednosti v zadnji formuli, najdemo:
Tako majhen premik molekul med prehodom ultrazvoka kaže, da se njegov učinek kaže na celični ravni. odgovor: A = 0,023 μm.
3. Kakovost jeklenih delov se preverja z ultrazvočnim detektorjem napak. Na kateri globini h v delu je bila zaznana razpoka in kakšna je debelina dela d, če sta bila po oddaji ultrazvočnega signala sprejeta dva odbita signala v 0,1 ms in 0,2 ms? Hitrost širjenja ultrazvočnega vala v jeklu je v= 5200 m/s.
Rešitev
2h = tv → h = tv / 2. odgovor: v = 26 cm; d = 52 cm.
