Использовние УЗ в медицине

Звуковые методы исследования.

Звук может быть источником информации о состоянии органов человека.

- методика, которым непосредственно производят выслушивание звуков, возникающих внутри организма, называют аускультацией. Прибором для выслушивания является: стетоскоп, фонендоскоп.

- в клиниках имеются установки, в которых выслушивание осуществляется при помощи микрофона, динамика, ЭКГ, перкуссия.

- графическая регистрация тонов и шумов сердца и их диагностическая интерпретация называется фонокардиография.

Перкуссия - метод исследования внутренних органов посредством постукивания.

 

Ультразвук (УЗ) и инфразвук

УЗ, как и звук, является механической упругой волной с длиной волны существенно меньше, чем длины звуковой волны. Область частот ультразвука от 1-1000Гц.

Ультразвуковые частоты делят на 3 диапазона:

- УНЧ - ультразвук низких частот (20-100 кГц)

- УСЧ- ультразвук средних частот (0,1 – 10 МГЦ)

- УЗВЧ – ультразвук высоких частот (10 – 1000 МГЦ)

Каждый диапазон имеет свои особенности медицинского применения.

Ультразвук – упругие колебания и волны с частотами приблизительно от 20*10³ Гц (20 кГц) и до 10 ⁹ Гц (1 ГГЦ)

Инфразву́к - звуковые волны, имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. Поскольку обычно человеческое ухо способно слышать звуки в диапазоне частот 16—20'000 Гц, за верхнюю границу частотного диапазона инфразвука обычно принимают 16 Гц. Нижняя же граница инфразвукового диапазона условно определена как 0,001 Гц. Практический интерес могут представлять колебания от десятых и даже сотых долей герц, то есть с периодами в десятки секунд.

Инфразвук подчиняется общим закономерностям, характерным для звуковых волн, однако обладает целым рядом особенностей, связанных с низкой частотой колебаний упругой среды:

- инфразвук имеет гораздо большие амплитуды колебаний в сравнении с равномощным слышимым человеком звуком;

- инфразвук гораздо дальше распространяется в воздухе, поскольку поглощение инфразвука атмосферой незначительно;

- благодаря большой длине волны для инфразвука характерно явление дифракции, вследствие чего он легко проникает в помещения и огибает преграды, задерживающие слышимые звуки;

- инфразвук вызывает вибрацию крупных объектов, так как входит в резонанс с ними.

 

Поглощение УЗ в веществе.

При распространении УЗ в веществе происходит необратимый переход энергии звуковой волны в другие виды энергии, в основном в теплоту. Это явление называется поглощением звука. Уменьшение амплитуды колебания частиц и интенсивности УЗ вследствие поглощения носит экспоненциальный характер:

 

Коэффициент поглощения - обратная величина того расстояния, на котором амплитуда звуковой волны спадает в «е» раз.

Глубина полу поглощения (Н) - это глубина, на которой интенсивность УЗ-волны уменьшается вдвое.

 

Отражение УЗ

Как и всем видам волн, ультразвуку присущи явления отражения и преломления. Однако эти явления заметны лишь в том случае, когда размеры неоднородностей сравнимы с длиной волны. Длина УЗ-волны существенно меньше длины звуковой волны (λ = v/ν).

Так, длины звуковой и ультразвуковой волн в мягких тканях на частотах 1 кГц и 1 МГц соответственно равны: λ = 1500/1000 = 1,5 м;

= 1500/1 000 000 = 1,5х10^-3 м = 1,5 мм. В соответствии со сказанным, тело размером 10 см практически не отражает звук с длиной волны с λ = 1,5 м, но является отражателем для УЗ-волны с λ = 1,5 мм.

Эффективность отражения определяется не только геометрическими соотношениями, но и коэффициентом отражения r, который зависит от отношения волновых сопротивлений сред х

 

 

Звуковидение

ЗВУКОВИДЕНИЕ - получение оптически видимых изображений предметов с помощью акустич. волн.

Для акустооптич. преобразования широко применяются методы поверхностного рельефа, а в последнее время - жидкокристаллич. преобразователи. Акустооптич. эффект в жидких кристаллах основан на способности их молекул изменять заданную ориентацию под воздействием УЗ-поля. Изменение ориентации молекул вызывает либо поглощение проходящего света, либо его рассеяние (при работе на отражение), благодаря чему и получается видимое изображение предмета.

 

Биологическое действие УЗ

Биологическое действие ультразвука, т.е. изменения, вызываемые в жизнедеятельности и структурах биологических объектов при воздействии на них ультразвука, определяется, главным образом, его интенсивностью и длительностью облучения и может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на жизнедеятельность организмов. Так, возникающие при сравнительно небольших интенсивностях УЗ (до 1,5 Вт/см2) механические колебания частиц производят своеобразный микро массаж тканей, способствующий лучшему обмену веществ и лучшему снабжению тканей кровью и лимфой. Локальный нагрев тканей на доли и единицы градусов, как правило, способствует жизнедеятельности биологических объектов, повышая интенсивность процессов обмена веществ. Ультразвуковые волны малой и средней интенсивности вызывают в живых тканях положительные биологические эффекты, стимулирующие протекание нормальных физиологических процессов.

 

Использовние УЗ в медицине

Помимо широкого использования в диагностических целях ультразвук применяется в медицине (в том числе регенеративной) в качестве инструмента лечения.

Ультразвук обладает следующими эффектами:

- противовоспалительным, рассасывающим действиями;

- анальгезирующим, эспазмолитическим действиями;

- кавитационным усилением проницаемости кожи.

Фонофорез — комбинированный метод лечения, при котором на ткани вместо обычного геля для ультразвуковой эмиссии (применяемого, например, при УЗИ) наносится лечебное вещество (как медикаменты, так и вещества природного происхождения). Предполагается, что ультразвук помогает лечебному веществу глубже проникать в ткани.

 

Инфразвук и его источники

Инфразву́к (от лат. infra — ниже, под) — звуковые волны, имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. Поскольку обычно человеческое ухо способно слышать звуки в диапазоне частот 16—20'000 Гц, за верхнюю границу частотного диапазона инфразвука обычно принимают 16 Гц. Нижняя же граница инфразвукового диапазона условно определена как 0,001 Гц. Практический интерес могут представлять колебания от десятых и даже сотых долей герц, то есть с периодами в десятки секунд.

Источники

Природные источники

Инфразвук генерируется планетарной корой при землетрясениях, ударах молний, при сильном ветре (инфразвуковой аэродинамический шум) во время бурь и ураганов (в последнем случае регистрация инфразвука, в том числе нарастание инфразвукового фона, — верный признак приближения шторма. В частности прибрежные сухопутные и морские животные уходят в глубь суши и воды соответственно, заслышав нарастающий инфразвуковой шум и следовательно ожидая приближение шторма). При помощи инфразвука общаются между собой киты и слоны.

Техногенные источники

Техногенный инфразвук генерируется разнообразным оборудованием при колебаниях поверхностей больших размеров, мощными турбулентными потоками жидкостей и газов, при ударном возбуждении конструкций, вращательном и возвратно-поступательном движении больших масс. Основными техногенными источниками инфразвука являются тяжёлые станки, ветро-генераторы, вентиляторы, электродуговые печи, поршневые компрессоры, турбины, вибро-площадки, сабвуферы, водосливные плотины, реактивные двигатели, судовые двигатели. Кроме того, инфразвук возникает при наземных, подводных и подземных взрывах.