Взаимодействие ультразвука различной частоты и интенсивности с веществом. Применение ультразвука в медицине

УЗ характеризуется следующими видами действия на вещество:

- механическое действие. Оно связано с деформацией микроструктуры вещества вследствие периодического сближения и отдаления составляющих вещество микрочастиц. Например, в жидкости УЗ-волна вызывает разрывы её целостности с образованием полостей – кавитаций. Это энергетически невыгодное состояние жидкостей, поэтому полости быстро закрываются с выделением большого количества энергии.

- тепловое действие. Связано с тем, что энергия, заключённая в УЗ-волне и выделяющаяся при закрытии кавитаций, частично рассеивается в тканях в виде тепла, что приводит к их нагреванию.

- физико-химическое действие. Проявляется в ионизации и диссоциации молекул веществ, ускорении химических реакций (например, окисления и восстановления) и т.д.

На комплексном действии механических, тепловых и физико-химических факторов основано биологическое действие УЗ. Это действие будет определяться интенсивностью УЗ-волны.

УЗ малой и средней интенсивности (соответственно 1,5 Вт на кв. см. и 3 Вт на кв.см) вызывают в живых организмах позитивные эффекты, стимулирует протекание нормальных физиологических процессов. Это основа использования УЗ в физиотерапии. УЗ улучшает проницаемость клеточных мембран, активизирует все виды транспорта через мембрану, влияет на скорость протекания биохимических реакций.

Увеличение интенсивности УЗ-волны приводит к разрушающему его действию на клетки. Это используется для стерилизации медицинских помещений путём уничтожения ультразвуком вирусов и клеток бактерий и грибков.

УЗ высокой интенсивности широко используется в хирургии. Некоторые операции проводятся с помощью ультразвукового скальпеля. Они безболезненны, сопровождаются малыми кровотечениями, раны быстрее заживают, в том числе вследствие стерилизации раны УЗ.

Широкое использование имеет УЗ в ортопедии: для проведения некоторых операций на кости применяется УЗ-пилка, УЗ применяется для соединения костей между собой и скрепления с ними костных имплантантов.

Литотрипсия – методика разрушения камней в почках и жёлчном пузыре с помощью направленного действия УЗ волн большой интенсивности.

Широкое использование в диагностических целях.

Ультразвук обладает действием:

§ противовоспалительным, рассасывающим

§ анальгезирующим, спазмолитическим

кавитационным усилением проницаемости кожи

№9. Ультразвуковые методы исследования (УЗИ) в медицинской диагностике

Ультразвуковое исследование (УЗИ) — неинвазивное исследование организма человека или животного с помощью ультразвуковых волн.

Эхоэнцефалография - определение опухолей и отеков.

Ультразвуковая кардиография-измерение размеров в динамике.

В офтальмологии-У/звуковая локация - для определения размеров и форм глазных сред, диагностики опухолей, отслойки сетчатки и сосудистой оболочки, обнаружения инородных тел. С помощью УЗ эффекта Доплера изучают характер движения сердечных клапанов и измеряют скорость кровотока.

При операциях УЗ применяют как «скальпель», способный рассекать и мягкие, и костные ткани.

Исполь-ют в фармацевтической практике для изготовления лекарств, при дроблении тел, поглощенных в жид-ти.

Метод «сваривании» поврежденных или травмируемых костных тканей с помощью УЗ(ультразвуковой остеосинтез)

Применяется УЗ для стерилизации.

Ульразвуковые сканеры - прибоы, предназначенные для получения изображения практически любых внутренних органов. Сканер состоит из датчика, компьютерного блока обработки и запоминания изображений и монитора. Основными режимами сканера явл-ся: В-сканирование-двухмерное изображение органа; М-сканирование - одномерное изображение, развернутое во времени, с яркостно-контрастным представлением внутренних структур органов.

Эхокардиография (ЭхоКГ) — это ультразвуковая диагностика заболеваний сердца. В этом исследовании оцениваются размеры сердца и его отдельных структур (желудочки, предсердия, межжелудочковая перегородка, толщина миокарда желудочков, предсердий и т. д.), наличие и объем жидкости в перикарде — «сердечной сорочке», состояние клапанов сердца. С помощью специальных расчетов и измерений Эхокардиография позволяет определить массу сердца, сократительную способность сердца — фракцию выброса и т. д. Существуют зонды, которые помогают во время операций на сердце следить за работой митрального клапана, расположенного между желудочком и предсердием.

______________________________________________________________________________________________

№10. Эффект Доплера; его применение для измерения скорости кровотока.

Эффект Доплера – изменение частоты волн, которые воспринимаются приёмником вследствие относительного движения источника волн и приёмника. Возникает когда источник звука и приемник движутся, сближаясь или удаляясь; частота колебаний, регистр-ых наблюдателем отличаются от частоты колебаний, создаваемых источником звука. Для измерения скорости кровотока испол-ют компактные источники УЗ колебаний, которые по совместительству явл-ся и приемниками отражаемых УЗ волн. Источник приближается к сердцу и работает в режиме излучение-прием-излучение- и т.д.

Частота излучаемого УЗ строго постоянна. Она равна собственной частоте пьезоэлектрического кристалла-основного электролита УЗ головки. Импульс УЗ излучения отражается от эритроцитов и они становятся движущимися источниками У/зв, а неподвижныая УЗ головка его регистрирует чем > скорость кровотока, тем > отличаются частоты излученного и отраженного УЗ ν`или ν ``.

1. Если наблюдатель движется в сторону неподвижного источника звука, то частота колебаний, регистр-ых им:

ν`=(1+ʋ/ ν)ʋ (ν`> ν)

1. Если наблюдатель удаляется от источника(или наоборот), то частота колебаний, регистр-ых наблюдателем, будет:

ν ``=(1- ʋ/ ν)ʋ (ν``>ν)

Для вычисления частоты волн, которые воспринимаются приемником, пользуются формулой:

, где vприемн – частота волн, воспринимаемых приемником, vист – частота волн, испускаемых источником, v0 – скорость волны, u0 – скорость движения приемника волн, uист – скорость движения источника волн.

Эходоплерография – методика исследования скорости кровотока и движения подвижных структур организма (сердце и сосуды), основанная на применении эффекта Доплера.

В мягкие ткани с помощью неподвижного датчика излучается УЗ-волна определённой частоты ν, после чего регистрируют эхосигналы, отражённые от подвижных элементов (главным образом, от эритроцитов крови) и имеющие вследствие эффекта Доплера частоту ν``.

Доплеровский эффект наблюдается дважды:

- сначала датчик является источником волн частотой ν, а эритроцит – приёмником. Вследствие движения эритроцит воспримет волну частотой ν`.

- эритроцит отразит попавшую на него УЗ-волну частотой ν`, но датчик, к которому вернётся эхосигнал, вследствие подвижности эритроцита воспримет его частотой ν``.

№11. Ударная волна. Получение и использование ударных волн в медицине.

Ударная волна - тонкая область среды, распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью. Она всегда возникает при быстром выведении большого кол-ва энергии в ограниченном объеме. При взрыве высоко нагретые продукты, обладающие большой плотностью, расширяются, и слои окружающего воздуха сжимаются. Со временем объем сжатого воздуха возрастает. Перемещающуюся в пространстве тонкую переходную область, которая отделяет сжатый воздух от невозмущенного, называют ударной волной.

Ударная волна может обладать значительной Е. Так, при ядерном взрыве на образование ударной волны в окружающей среде затрачивается около 50% энергии взрыва, поэтому ударная волна, достигая биологических и технических объектов, способна вызвать серьезные разрушения.

р, Р

Фронт повышенного давления и плотности воздуха при распространении ударной волны.

V_{уд. волны}

р₀,Р₀

X

Характеристики:

• Наличие пауз разряжения
• Избыточное давление велико (500бар)
• Малая амплитуда (<10 мкс).

Ударная волна представляет собой механическую волну, которая может распространяться только в среде, например, в газе, жидкости или твердом теле. Ударные волны, используемые в медицине, генерируются в воде и подводятся к пациенту, который большей частью состоит из воды. Для подвода ударной волны необходима контактная среда (ультразвуковой гель или другие аналогичные материалы). Сегодня в терапии обычно используются амплитуды давления в диапазоне от 10 МПа и более чем 100 МПа (мега паскаль, 1 МПа = 10 бар, т.е. почти 10-кратное атмосферное давление).

Ударная волна является звуковой волной. По фронту волны в течение очень короткого интервала времени положительное давление возрастает от давления окружающей среды до максимального значения. Затем следует небольшая пауза разрежения.

Использование ударных волн в медицине:

· Ударно-волновая терапия при ишемии, сердечной болезни.

· Применение в урологии при мочекаменных болезнях.

· В ортопедии и травматологии для удаления остеофитов (при пяточной шпоре).

_______________________________________________________________________________________

Дата добавления: 2014-11-20