Давно известно, что ультразвуковоеизлучение можно сделать узконаправленным. Французский физик Поль Ланжевенвпервые заметил повреждающее действие ультразвукового излучения на живыеорганизмы. Результаты его наблюдений, атакже сведения о том, что ультразвуковые волны могут проникать сквозь мягкиеткани человеческого организма, привели к тому, что с начала 1930-х гг. возникбольшой интерес к проблеме применения ультразвука для терапии различныхзаболеваний. Этот интерес не ослабевал и в дальнейшем, причем развитиемедицинских приложений шло по самым различным направлениям; особенно широко ультразвук стал применяться вфизиотерапии. Тем не менее, лишь сравнительно недавно стал намечаться истиннонаучный подход к анализу явлений, возникающих при взаимодействииультразвукового излучения с биологической средой.
С применением ультразвука в медицине связаномножество разных аспектов. Однако, при этом физика явления должна включать следующие процессы: распространениеультразвука в «биологической среде», такой как тело человека, взаимодействиеультразвука с компонентами этой среды и измерения и регистрация акустическогоизлучения, как падающего на объект, так и возникающего в результатевзаимодействия с ними.
Проблема интерпретации взаимодействияакустического излучения с биологической средой существенно упрощается, еслипоследнюю рассматривать не как твердое тело, а как жидкость. В такой среде нетсдвиговых волн, поэтому теория распространения волн проще, чем для твердого тела. В диапазонеультразвуковых частот, применяемых в медицинской акустике, это предположениесправедливо почти для всех тканей тела, хотя имеются и исключения, напримеркость. То, что взаимодействие ультразвука с тканью можно смоделировать еговзаимодействием с жидкостями, — важный фактор, повышающий практическую ценностьмедицинской ультразвуковой диагностики.
Прием и измерение ультразвука
В медицинских или биологических приложениях необходимостьв приеме и измерении ультразвука возникает в трех обширных областях. Этополучение диагностической информации от пациента, измерение акустическихполей, которыми могут облучаться живые клетки и ткани, в том числеи ткани пациентов.
Ультразвук по определению не воспринимаетсянепосредствен-но органами чувств человека, и поэтому необходимо использоватькакой-то физический эффект илипоследовате-льность таких эффектов, чтобы действие ультразвука моглопроявиться, причем главным образомколичественно. Таким образом, выбор метода для конкретной задачи производитсясточки зрения удобства его применения, а также точности измерения интересующегопараметра акустического поля.
Эхо-имульсивные методы визуализации
и измерений
Методыультразвуковой эхо-импульсной визуализации уже нашли широкое и разнообразноеприменение в медицине.
Основнымэлементом любой системы визуализации является электроакустическийпреобразователь, который служит для излучения зондирующего акустическогоимпульса в объект и для приема акустических эхо-сигналов, переизлучаемыхмишенью.
Приемник представляет собой своего родасистему сопряжения между преобразователем и дисплеем или системой записи,которые применяются для передачи наблюдателю информации, полученной с помощьюультразвука. В хороших системах эхо-сигналы на выходе преобразователя имеютбольшой динамический диапазон.
Областиприменения эхо-импульсных методов
Эхо-импульсные методы в настоящее время сталишироко применятся во многих областях медицины.
АКУШЕРСТВО
Акушерство – та область медицины, где эхо-импульсивныеультразвуковые методы наиболее прочно укоренились как составная частьмедицинской практики. Рассматриваемые здесь четыре основных задачи иллюстрируютценность многих полезных свойств ультразвуковых методов.
·<span Times New Roman"">
Надежное определение положения плаценты –задача первостепенной важности в акушерской практике. С развитием техники,обеспечивающее высокое расширение по контрасту, эта процедура стала ужерутинной. Приборы, работающие в реальном времени, эргономически более выгодны,так как позволяют определять положения плаценты быстрее, чем статическиесканеры.·<span Times New Roman"">
Второй вид процедур, ставшихуже привычными, — оценка развития плода по измерению одного или более егоразмеров, таких как диаметр головки, окружность головки, площадь грудной клеткиили живота. Так как даже очень малые изменения этих размеров могут иметьдиагностическое значение, эти методы требуют высокой точности самой аппаратуры и методик ееприменения.·<span Times New Roman"">
Третий вид процедур, появившийсяне так давно и не столь еще укоренившийся в практике, — раннее обнаружениеаномалий плода. Это приложение требует особенно хорошего пространственногоразрешения и разрешения по контрасту, предпочтительно в сочетании с режимомреального времени и быстрым сканированием. Хорошие методики и качественная аппаратурапозволяют обнаруживать такие дефекты, как недоразвитие (гибель) яйца,анэнцефалия (полное или почти полное отсутствие мозга), гидроцефалия (избыток жидкостив мозге, наблюдаемый в виде уширения желудочков), спинальные (позвоночные)дефекты, зачастую необнаружимые биохимическими методами, и дефектыжелудочно-кишечного тракта. Вспомогательную, но очень важную роль играетультразвук в процедуре амниоцентеза (пункции плодного пузыря) – взятии околоплодныхвод для цитологических исследований и выявления возможных генетическихнарушений. Ввод иглы при амниоцентезе под контролем ультразвуковойвизуализации, обеспечивает значительно большую безопасность этой процедуры.·<span Times New Roman"">
Наконец, необходимо отметитьультразвуковое исследование движения плода. Это явление лишь недавно сталопредметом подробного исследования. Сейчаспроисходит накопление большого количества информации как по движениюконечностей плода и псевдодыханию, так и по динамике сердца и сосудов. Здесь основнойинтерес представляет исследования физиологии и развития плода; до обнаруженияаномалий плода пока еще далеко. ОФТАЛЬМОЛОГИЯМожет быть, из-за относительно малыхразмеров глаза офтальмология несколько выделилась из прочих областей примененияультразвука.
Ультразвук особенно удобен для точного определенияразмеров глаза, а также для исследования патологии и аномалий структур глаза вслучае их непрозрачности и, следовательно, недоступности для обычного оптическогоисследования. Здесь также важна точность работы и калибровки аппаратуры,необходимо также уделить особое внимание эффектам, связанным с преломлением ультразвука в хрусталике ироговице.
Область позади глаза – орбита – доступна ультразвуковомуобследованию через глаз, поэтому ультразвук вместе с компьютерной томографиейстал одним из основных методов неинвазивного исследования патологий этойобласти. Структуры орбиты имеют малые размеры и требуют хорошего пространственногоразрешения и разрешения по контрасту, что достижимо на высоких частотах. Практическиесложности могут возникать, однако, если пытаться использовать аппаратуру,характеристики которой заимствованы из телевизионной техники, а полосапропускания соответственно ограничена.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВПод таким заголовком можно рассмотретьмножество разнообразных задач, в основном связанных с исследованием брюшнойполости, где ультразвук используется для обнаружения и распознавания аномалийанатомических структур и тканей. Зачастую задача такова: есть подозрение назлокачественное образование и необходимо отличить его от доброкачественных илиинфекционных по своей природе образований.
При исследовании печени кроме важной задачиобнаружения вторичных злокачественных образований ультразвук полезен длярешения других задач, включая обнаружение заболеваний и непроходимости желчныхпротоков, исследования желчного пузыря с целью обнаружения камней и другихпатологий, исследование цирроза и других доброкачественных диффузных заболеванийпечени, а также паразитарных заболеваний, таких как шистосоматоз. Почки – еще один орган, в котором необходимоисследовать различные злокачественные и доброкачественные состояния (включаяжизнеспособность после трансплантации) с помощью ультразвука. Гинекологические исследования,в том числе исследования матки и яичников, в течение долгого времени являютсяглавным направлением успешного применения ультразвука. Здесь зачастую такженеобходима дифференциация злокачественных и доброкачественных образований, чтообычно требует наилучшего пространственного и контрастного разрешения. Аналогичныезаключения применимы и к исследованию многих других внутренних органов иобластей. Возрастает интерес к применению ультразвуковых эндоскопическихзондов. Эти устройства, которые можно вводить в естественные полости тела приобследовании или применять при хирургическом вмешательстве, позволяют улучшитькачество изображения из-за более высокой рабочей частоты и/или отсутствия напути ультразвука таких неблагоприятных акустических сред, как газ или кость.
ПРИПОВЕРХНОСНЫЕ И НАРУЖНЫЕ ОРГАНЫ
Щитовидная и молочная железы, хотя и легкодоступны ультразвуковому обследованию, часто требуют использования водяного иионного буфера, чтобы на изображение не повлияли аномалии ближней зоны поля. Приисследовании щитовидной и паращитовидной железе основное применение ультразвука– различение кистозных и твердых образований, что возможно при хорошемподавлении шума и артефактов, вызванных реверберацией и боковыми лепестками излучения.
Захватывающая перспектива – скрининг длявыявления самых разных признаков рака молочной железы при отсутствии выраженныхсимптомов, особенно у женщин с аномально высоким фактором риска. Технически здесьнеобходимо обнаружить аномалию размеров около 2мм в диаметре, когда этааномалия относительно редко встречается в заданной группе, например, будеттолько у одной пациентке.
Методы визуализации молочной и щитовиднойжелез, часто использующие акустическую задержку распространения, применимытакже к обследованию других приповерхностных тканей, например, при измерениитолщины кожи, необходимо в радиационной терапии для облучения электронами, при обследовании приповерхностных кровеносныхсосудов, таких как сонная артерия, а также при исследовании реакции опухолей натерапевтические воздействия.
КАРДИОЛОГИЯ
Ультразвуковые методы широкоприменяются при обследовании сердца и прилегающих магистральных сосудов. Это связано,в частности, с возможностью быстрого получения пространственной информации, атакже возможностью ее объединения с томографической визуализацией. Так, дляобнаружения и распознавания аномалий движения клапанов сердца, в частностимитрального, очень широко используется М-режим. При этом важно регистрироватьдвижение клапанов вплоть до частот порядка 50Гц и, следовательно, с частотойповторения около 100Гц. Эта цифра, оставаясь значительно ниже упомянутого вышепридела для эхо-импульсных приборов (около 5кГц), в сущности, недостижима при любыхдругих методах исследования.
НЕВРОЛОГИЯ
До появления рентгеновской компьютернойтомографии мозг было особенно сложно исследовать. Начиная с 1951г., вЛондонском королевском онкологическом госпитале предпринимались значительныеусилия для применения ультразвука к этой задаче. К сожалению, этому мешаютфизические свойства черепа взрослого человека, поскольку череп представляетсобой сильно поглощающую трехслойною структуру переменной толщины. Хотя былосделано несколько интересных попыток преодолеть эти трудности, в том числе сиспользованием управляемых многоэлементных решеток, когда датчик прилегает кограниченной области черепа, а также с частичной автоматической компенсациейфазовой задержки для учета изменений толщины черепа, такое применение невстретило одобрения диагностов. Однако еще не затвердевший череп плода илиноворожденного в акустическом плане не представляет значительных преград, связанныхс возникновением затухания или преломления, и поэтому ультразвуковоеобследование здесь применяется все чаще.
Применение ультразвука втерапии и хирургии
Давно известно, что ультразвук, действуя наткани, вызывает в них биологические изменения. Интерес к изучению этой проблемыобусловлен, с одной стороны, естественным опасением, связанным с возможнымриском применения ультразвуковых диагностических систем для визуализации, а сдругой – возможностью вызвать изменения в тканях для достижениятерапевтического эффекта.
Терапевтический ультразвук может бытьусловно разделен на ультразвук низких и высоких интенсивностей. Основная задачаприменения ультразвука низких интенсивностей – не повреждающей нагрев иликакие-либо нетепловые эффекты, а также стимуляция и ускорение нормальных физиологическихреакций при лечении повреждений. При более высоких интенсивностях основная цель– вызвать управляемое избирательное разрушение в тканях.
Первое направление включает в себя большинствоприменений ультразвука в физиотерапии и некоторые виды терапии рака, второе –ультразвуковую хирургию.
НАГРЕВ
Распределение температуры в тканяхмлекопитающих при ультразвуковом нагреве, уже подробно обсуждались. Управляемыйнагрев глубоко расположенных тканей может дать продолжительный терапевтическийэффект в ряде случаев.
Высокий коэффициент поглощения ультразвукав тканях с большими молекулами обусловливает заметное нагревание коллагенсодержащихтканей, на которые чаще всего и воздействуют ультразвуком прифизиотерапевтических процедурах.
Увеличениерастяжимости коллагенсодержащих тканей
Основнойфактор, который часто препятствует восстановлению мягкой ткани после ее повреждения,- это контрактура, возникающая в результате повреждения и ограничивающаянормальное движение. Слабое прогревание ткани может повысить ее эластичность.при дополнительном прогревании во время растягивающих упражнений улучшается гибкостьколлагенсодержащих структур. Ультразвуковой нагрев приводит к увеличению растяжимостисухожилий. Рубцовая ткань также может стать более эластичной под воздействиемультразвука.
Повышениеподвижности суставов
Амплитуда движений суставов в случае контрактуры может быть увеличена путем их нагрева. Для нагрева сустава, окруженногозначительным слоем мягких тканей, ультразвуковой способ наиболее предпочтителен,поскольку ультразвук лучше других форм диатермической энергии проникает вмышечную ткань.
Болеутоляющее действие
Многиепациенты отмечают ослабление болей при тепловом воздействии на пораженныеобласти. Обезболивающий эффект может быть как кратковременным, так ипродолжительным. При некоторых заболеваниях применение ультразвука дляуменьшения болей дает наилучшие результаты. Ультразвук ослабляет фантомныеболи после ампутации конечностей, а также боли, вызванные образованием рубцови невром. Механизмы болеутоляющего действия пока неясны; возможно, в них вносят вклади нетепловые эффекты.
Изменения кровотока
При локальном нагреве ткани часто отмечаютсясосудистые реакции, проявляющиеся даже на некотором расстоянии от меставоздействия.
При нагревеультразвуком или электромагнитном излучением наблюдаются сходные эффекты. При импульсномоблучении (когда тепловые эффекты не велики) также изменяется кровоток. Эти изменениясохраняются около получаса после окончания процедуры.
Местное расширение сосудов увеличиваетпоступления кислорода в ткань и, следовательно, улучшает условия, в которыхнаходятся клетки. Возможно, именно этим объясняется терапевтический эффект, атакже нередко наблюдаемое усиление воспалительной реакции.
Уменьшениемышечного спазма
Прогревание можетуменьшить мышечный спазм. По-видимому, это обусловлено седативным(успокаивающим) действием повышения температуры на периферические нервныеокончания. Ультразвук также может быть использован для этой цели.
Степень физиологической реакции напрогревание зависит от большого числа факторов, включающих достигаемуютемпературу, время прогревания, размер прогреваемой зоны и скорость увеличениятемпературы. Ультразвук позволяет быстро нагреть строго определенную область. Канатомическим структурам, которые избирательно нагреваются ультразвуком,относятся богатые на коллаген поверхностныеслои кости, надкостница, суставные мениски, синовиальная жидкость, суставныесумки, соединительные ткани, внутримышечные рубцы, мышечные волокна, оболочки сухожилийи главные нервные стволы.
В ряде случаев ультразвук может быть болееэффективной формой диатермии, чем коротковолновые излучения, парафиновыеаппликации и инфракрасное излучение.
Оценка безопасности примененияультразвукав медицине
Как научные,так и профессиональные интересы обязывают ученых выяснить, какую опасность дляпациента и оператора представляет использование ультразвука.
В настоящее время невозможно выделить один или даже несколькофизических параметров, которые служили бы в качестве адекватных количественныххарактеристик, позволяющих предсказать конечный биологический эффект.
В отсутствии адекватной информации, наоснове которой должны быть установлены максимально допустимые дозы приприменении ультразвука в медицине, было бы полезным выдвинуть некоторыекритерии для правильного применения ультразвука. Ряд таких критериев может бытьобобщен следующим образом:
1.<span Times New Roman"">
Оператор должен использоватьминимальные интенсивности и экспозиции, позволяющие получить у пациентажелаемый клинический эффект;2.<span Times New Roman"">
Обслуживающий персонал недолжен облучатся без необходимости;3.<span Times New Roman"">
Все процедуры должнывыполнятся хорошо обученным персоналом или под его руководством.Если следовать этим рекомендациям, то ультразвук можноэффективно использовать в медицине с большой уверенностью в его безопасности.
План реферата
1.<span Times New Roman"">
Введение2.<span Times New Roman"">
Прием и измерениеультразвука3.<span Times New Roman"">
Эхо-импульсивные методы визуализациии измерений4.<span Times New Roman"">
Области примененияэхо-импульсных методов5.<span Times New Roman"">
Применение ультразвука втерапии и хирургии6.<span Times New Roman"">
Оценка безопасности примененияультразвука в медицинеИспользованная литература
1.<span Times New Roman"">
Хилл К. – «Применение ультразвука в медицине»- 1989г.2.<span Times New Roman"">
Ремизов А.Н. – «Медицинскаяи биологическая физика» – 1987г3.<span Times New Roman"">
Крылов Н.П. и РокитянскийВ.И. – «Ультразвук и его применение» — 1958гwww.ronl.ru
Реферат на тему:
Ультразвук — упругие звуковые колебания высокой частоты. Человеческое ухо воспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительно до 16-20 кГц; колебания с более высокой частотой представляют собой ультразвук (за пределом слышимости). Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до миллиарда Гц. Звуковые колебания с более высокой частотой называют гиперзвуком. В жидкостях и твердых телах звуковые колебания могут достигать 1000 ГГц
Хотя о существовании ультразвука ученым было известно давно, практическое использование его в науке, технике и промышленности началось сравнительно недавно. Сейчас ультразвук широко применяется в различных областях физики, технологии, химии и медицины.
Частота сверхвысокочастотных ультразвуковых волн, применяемых в промышленности и биологии, лежит в диапазоне порядка нескольких МГц. Фокусировка таких пучков обычно осуществляется с помощью специальных звуковых линз и зеркал. Ультразвуковой пучок с необходимыми параметрами можно получить с помощью соответствующего преобразователя. Наиболее распространены керамические преобразователи из титанита бария. В тех случаях, когда основное значение имеет мощность ультразвукового пучка, обычно используются механические источники ультразвука. Первоначально все ультразвуковые волны получали механическим путем (камертоны, свистки, сирены).
В природе УЗ встречается как в качестве компоненты многих естественных шумов (в шуме ветра, водопада, дождя, в шуме гальки, перекатываемой морским прибоем, в звуках, сопровождающих грозовые разряды, и т. д.), так и среди звуков животного мира. Некоторые животные пользуются ультразвуковыми волнами для обнаружения препятствий, ориентировки в пространстве.
Излучатели ультразвука можно подразделить на две большие группы. К первой относятся излучатели-генераторы; колебания в них возбуждаются из-за наличия препятствий на пути постоянного потока — струи газа или жидкости. Вторая группа излучателей — электроакустические преобразователи; они преобразуют уже заданные колебания электрического напряжения или тока в механическое колебание твердого тела, которое и излучает в окружающую среду акустические волны.
Первый ультразвуковой свисток сделал в 1883 году англичанин Гальтон. Ультразвук здесь создается подобно звуку высокого тона на острие ножа, когда на него попадает поток воздуха. Роль такого острия в свистке Гальтона играет «губа» в маленькой цилиндрической резонансной полости. Газ, пропускаемый под высоким давлением через полый цилиндр, ударяется об эту «губу»; возникают колебания, частота которых (она составляет около 170 кГц) определяется размерами сопла и губы. Мощность свистка Гальтона невелика. В основном его применяют для подачи команд при дрессировке собак и кошек.
Большинство ультразвуковых свистков можно приспособить для работы в жидкой среде. По сравнению с электрическими источниками ультразвука жидкостные ультразвуковые свистки маломощны, но иногда, например, для ультразвуковой гомогенизации, они обладают существенным преимуществом. Так как ультразвуковые волны возникают непосредственно в жидкой среде, то не происходит потери энергии ультразвуковых волн при переходе из одной среды в другую. Пожалуй, наиболее удачной является конструкция жидкостного ультразвукового свистка, изготовленного английскими учеными Коттелем и Гудменом в начале 50-х годов 20 века. В нем поток жидкости под высоким давлением выходит из эллиптического сопла и направляется на стальную пластинку. Различные модификации этой конструкции получили довольно широкое распространение для получения однородных сред. Благодаря простоте и устойчивости своей конструкции (разрушается только колеблющаяся пластинка) такие системы долговечны и недороги.
Другая разновидность механических источников ультразвука — сирена. Она обладает относительно большой мощностью и применяется в милицейских и пожарных машинах. Все ротационные сирены состоят из камеры, закрытой сверху диском (статором), в котором сделано большое количество отверстий. Столько же отверстий имеется и на вращающемся внутри камеры диске — роторе. При вращении ротора положение отверстий в нём периодически совпадает с положением отверстий на статоре. В камеру непрерывно подаётся сжатый воздух, который вырывается из неё в те короткие мгновения, когда отверстия на роторе и статоре совпадают.
Основная задача при изготовлении сирен — это, во-первых, сделать как можно больше отверстий в роторе и, во-вторых, достичь большой скорости его вращения. Однако практически выполнить оба эти требования очень трудно.
Летучие мыши, использующие при ночном ориентировании эхолокацию, испускают при этом ртом (кожановые — Vespertilionidae) или имеющим форму параболического зеркала носовым отверстием (подковоносые — Rhinolophidae) сигналы чрезвычайно высокой интенсивности. На расстоянии 1 — 5 см от головы животного давление ультразвука достигает 60 мбар, то есть соответствует в слышимой нами частотной области давлению звука, создаваемого отбойным молотком. Эхо своих сигналов летучие мыши способны воспринимать при давлении всего 0,001 мбар, то есть в 10000 раз меньше, чем у испускаемых сигналов. При этом летучие мыши могут обходить при полете препятствия даже в том случае, когда на эхолокационные сигналы накладываются ультразвуковые помехи с давлением 20 мбар. Механизм этой высокой помехоустойчивости еще неизвестен. При локализации летучими мышами предметов, например, вертикально натянутых нитей с диаметром всего 0,005 — 0,008 мм на расстоянии 20см (половина размаха крыльев), решающую роль играют сдвиг во времени и разница в интенсивности между испускаемым и отраженным сигналами. Подковоносы могут ориентироваться и с помощью только одного уха (моноурально), что существенно облегчается крупными непрерывно движущимися ушными раковинами. Они способны компенсировать даже частотный сдвиг между испускаемыми и отражёнными сигналами, обусловленный эффектом Доплера (при приближении к предмету эхо является более высокочастотным, чем посылаемый сигнал). Понижая во время полёта эхолокационную частоту таким образом, чтобы частота отражённого ультразвука оставалась в области максимальной чувствительности их «слуховых» центров, они могут определить скорость собственного перемещения.
У ночных бабочек из семейства медведиц развился генератор ультразвуковых помех, «сбивающий со следа» летучих мышей, преследующих этих насекомых.
Эхолокацию используют для навигации и птицы — жирные козодои, или гуахаро. Населяют они горные пещеры Латинской Америки — от Панамы на северо-западе до Перу на юге и Суринама на востоке. Живя в кромешной тьме, жирные козодои, тем не менее, приспособились виртуозно летать по пещерам. Они издают негромкие щёлкающие звуки, воспринимаемые и человеческим ухом (их частота примерно 7 000 Герц). Каждый щелчок длится одну-две миллисекунды. Звук щелчка отражается от стен подземелья, разных выступов и препятствий и воспринимается чутким слухом птицы.
Ультразвуковую эхолокацией в воде пользуются китообразные.
Благодаря хорошему распространению ультразвука в мягких тканях человека, его относительной безвредности по сравнению с рентгеновскими лучами и простотой использования в сравнении с магнитно-резонансной томографией ультразвук широко применяется для визуализации состояния внутренних органов человека, особенно в брюшной полости и полости таза.
Помимо широкого использования в диагностических целях (см. Ультразвуковое исследование), ультразвук применяется в медицине как лечебное средство.
Ультразвук обладает действием:
Фонофорез — сочетанный метод, при котором на ткани действуют ультразвуком и вводимыми с его помощью лечебными веществами (как медикаментами, так и природного происхождения). Проведение веществ под действием ультразвука обусловлено повышением проницаемости эпидермиса и кожных желез, клеточных мембран и стенок сосудов для веществ небольшой молекулярной массы, особенно — ионов минералов бишофита. [1] Удобство ультрафонофореза медикаментов и природных веществ:
Показания к ультрафонофорезу бишофита: остеоартроз, остеохондроз, артриты, бурситы, эпикондилиты, пяточная шпора, состояния после травм опорно-двигательного аппарата; Невриты, нейропатии, радикулиты, невралгии, травмы нервов.
Наносится бишофит-гель и рабочей поверхностью излучателя проводится микро-массаж зоны воздействия. Методика лабильная, обычная для ультрафонофореза (при УФФ суставов, позвоночника интенсивность в области шейного отдела — 0,2-0,4 Вт/см2., в области грудного и поясничного отдела — 0,4-0,6 Вт/см2).
На обычных металлорежущих станках нельзя просверлить в металлической детали узкое отверстие сложной формы, например в виде пятиконечной звезды. С помощью ультразвука это возможно, магнитострикционный вибратор может просверлить отверстие любой формы. Ультразвуковое долото вполне заменяет фрезерный станок. При этом такое долото намного проще фрезерного станка и обрабатывать им металлические детали дешевле и быстрее, чем фрезерным станком.
Ультразвуком можно даже делать винтовую нарезку в металлических деталях, в стекле, в рубине, в алмазе. Обычно резьба сначала делается в мягком металле, а потом уже деталь подвергают закалке. На ультразвуковом станке резьбу можно делать в уже закалённом металле и в самых твёрдых сплавах. То же и со штампами. Обычно штамп закаляют уже после его тщательной отделки. На ультразвуковом станке сложнейшую обработку производит абразив (наждак, корундовый порошок) в поле ультразвуковой волны. Беспрерывно колеблясь в поле ультразвука, частицы твёрдого порошка врезаются в обрабатываемый сплав и вырезают отверстие такой же формы, как и у долота.
Широко применяется ультразвук для приготовления однородных смесей (гомогенизации). Еще в 1927 году американские ученые Лимус и Вуд обнаружили, что если две несмешивающиеся жидкости (например, масло и воду) слить в одну мензурку и подвергнуть облучению ультразвуком, то в мензурке образуется эмульсия, то есть мелкая взвесь масла в воде. Подобные эмульсии играют большую роль в промышленности: это лаки, краски, фармацевтические изделия, косметика.
Способность ультразвука разрывать оболочки клеток нашла применение в биологических исследованиях, например, при необходимости отделить клетку от ферментов. Ультразвук используется также для разрушения таких внутриклеточных структур, как митохондрии и хлоропласты с целью изучения взаимосвязи между их структурой и функциями. Другое применение ультразвука в биологии связано с его способностью вызывать мутации. Исследования, проведённые в Оксфорде, показали, что ультразвук даже малой интенсивности может повредить молекулу ДНК.[источник не указан 107 дней] Искусственное целенаправленное создание мутаций играет большую роль в селекции растений. Главное преимущество ультразвука перед другими мутагенами (рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи) заключается в том, что с ним чрезвычайно легко работать.
В лабораториях и на производстве применяются ультразвуковые ванны для очистки лабораторной посуды и деталей от мелких частиц. В ювелирной промышленности ювелирные изделия очищают от мелких частиц полировальной пасты в ультразвуковых ваннах. В девяностые годы XX века на Томском заводе НПО «РЕТОН» был получен патент на изобретение и выпущено ультразвуковое стирающее устройство «Ретона», в основе действия которого лежит ультразвук низкой частоты. Позже появилось множество ультразвуковых устройств для стирки текстильных изделий. Общим для них является принцип действия: упругие волны ультразвука действуют на загрязнения, «выбивая» грязь с помощью поверхностно-активных веществ из волокон ткани.
В некоторых производствах применяют ультразвуковые ванны для очистки корнеплодов (картофеля, моркови, свеклы и др.) от частиц земли.
В рыбной промышленности применяют ультразвуковую эхолокацию для обнаружения косяков рыб. Ультразвуковые волны отражаются от косяков рыб и приходят в приёмник ультразвука раньше, чем ультразвуковая волна, отразившаяся от дна.
Для контроля расхода и учета воды и теплоносителя с 60-х годов прошлого века в промышленности применяются ультразвуковые расходомеры.
Ультразвук хорошо распространяется в некоторых материалах, что позволяет использовать его для ультразвуковой дефектоскопии изделий из этих материалов. В последнее время получает развитие направление ультразвуковой микроскопии, позволяющее исследовать подповерхностный слой материала с хорошей разрешающей способностью.
Ультразвуковая сварка — сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний. Такой вид сварки применяется для соединения деталей, нагрев которых затруднен, или при соединении разнородных металлов или металлов с прочными окисными пленками (алюминий, нержавеющие стали, магнитопроводы из пермаллоя и т. п.). Так ультразвуковая сварка применяется при производстве интегральных микросхем.
Существуют три способа отвода тепла — излучение, конвекция и теплопроводность. И на их основе было разработано множество устройств для отвода тепла от электронных компонентов и систем. Наиболее эффективным способом является, прежде всего, передача тепла через границы раздела двух материалов, которые находятся в тесном контакте. Радиаторы и теплорассеиватели применяют для отвода тепла путем теплопроводности. 1
Производители электроники, ориентируясь на требования сегодняшнего потребителя, стремятся к повышению эффективности своих устройств и уменьшению их габаритов и веса. Одна из главных задач, которые необходимо решить конструкторам для достижения поставленных целей, — это разработка эффективной системы отвода тепла для предотвращения перегрева изделий, что отрицательно сказывается на их характеристиках и надежности.
Для эффективного отвода тепла необходим тесный контакт между материалами. Крайне важно, чтобы не было пустот в слое клея, который обычно представляет собой хорошо проводящий тепло материал или термопасту. Образование расслоений или иных воздушных образований ухудшает отвод тепла и приводит к перегреву изделия. Поэтому очень важно вовремя выявлять эти дефекты.
Ультразвук применяют для интенсификации гальванических процессов и улучшения качества покрытий, получаемых электрохимическим способом.
wreferat.baza-referat.ru
Ультразвук в медицине.
Выполнила:
студентка 1 курса
группы л/ф
Колпаков В.П.
Я Р О С Л А В Л Ь 2 0 0 0
Физиологические основы ультразвуковой терапии.
Тепловые эффекты.
Управляемый нагрев глубоко расположенных тканей может дать в ряде случаев положительный терапевтический эффект. Высокий коэффициент поглощения ультразвука в тканях с большими молекулами обусловливает заметное нагревание коллагеносодержащих тканей, на которые чаще всего и воздействуют ультразвуком при физиотерапевтических процедурах. Основной фактор, который часто препятствует восстановлению мягкой ткани после ее повреждения это контрактура (ограничение подвижности в суставе, вызванное рубцовым стягиванием кожи, сухожилий, заболеваниями мышц, сустава, болевым рефлексом),возникающая в результате повреждения и ограничивающая нормальное движение. Слабое подогревание ткани может повысить ее эластичность. Амплитуда движений суставов в случае контрактуры может быть увеличена путем их нагрева. Для нагрева сустава, окруженного значительным слоем мягких тканей, ультразвуковой способ наиболее предпочтителен, поскольку ультразвук лучше других форм диатермической энергии (диатермия - метод электротерапии; глубокое прогревание тканей токами высокой частоты и большой силы) проникает в мышечную ткань. Лемман сравнивал коротковолновую, микроволновую и ультразвуковую диатермию тазобедренного сустава. Было показано, что нагрев при максимально переносимых дозах коротковолнового и микроволнового облучения приводит к ожогам первой степени на коже и в подкожных тканях без заметного повышения температуры самого тазобедренного сустава. В то же время ультразвук дает адекватное увеличение температуры на кости без перегрева кожи.
Многие пациенты отмечают ослабление болей пи тепловом воздействии на пораженные области. Обезболивающий эффект может быть как кратковременным, так и продолжительным. Рубин и Куитерт обнаружили, что ультразвук ослабляет фантомные боли после ампутации конечностей, а также боли, вызванные образованием рубцов и невром.
При локальном нагреве ткани часто отмечаются сосудистые реакции. Тер Хаар и Хоупвелл показали, что кровоток в мышечной ткани увеличивается в 2-3 раза при ультразвуковом прогревании до температуры 40 - 45оС. В работах Имига изменение кровотока связывается с местным расширением сосудов. Местное расширение сосудов увеличивает поступление кислорода в ткань и, следовательно, улучшает условия, в которых находятся клетки.
Прогревание может уменьшить мышечный спазм. Это обусловлено седативным (успокаивающим) действием повышения температуры на периферические нервные окончания. Ультразвук позволяет быстро нагреть строго определенную область. К анатомическим структурам, которые избирательно нагреваются ультразвуком, относятся богатые коллагеном поверхностные слои кости, надкостница, суставные мениски, синовиальная жидкость, суставные сумки, соединительные ткани, внутримышечные рубцы, мышечные волокна, оболочки сухожилий и главные нервные стволы.
^
Нетепловые механизмы, с помощью которых ультразвук может воздействовать на ткани, можно разделить на два класса: периодические и непериодические.
Периодические эффекты возникают из самой колебательной природы звукового поля и могут рассматриваться в качестве своего рода микромассажа, способствующему, например, рассасыванию спаек, образующихся в мягких тканях при их повреждениях.
Главным непериодическим эффектом, приводящим к лечебному действию ультразвука, являются акустичекие течения. Они могут быть вызваны устойчивыми осциллирующими полостями или радиационными силами как внутри, так и вне клеток. Акустические течения могут влиять на среду около мембран, изменяя градиенты концентраций, воздействуя тем самым на диффузию ионов и молекул через мембраны. Чемпен показал, что ультразвук in vitro может уменьшать содержание калия в некоторых клетках. Увеличение силы сокращения матки мышей при воздействии ультразвука может объясняться изменением содержания кальция в клетках гладких мышц.
Некоторые из нетепловых эффектов ультразвука могут нанести вред. В облучаемом объеме, содержащем отражающие поверхности, возможно образование стоячей волны, и эритроциты в кровеносных сосудах, попадающих в этот объем, могут собираться в сгустки. Продолжительное воздействие ультразвука в этих условиях может привести к значительному ухудшению снабжения кислородом тканей, питаемых данными сосудами.
Использование ультразвука в физиотерапии.
Ускорение регенерации тканей.
Одно из наиболее распространенных применений ультразвука в физиотерапии - это ускорение регенерации тканей и заживления ран. Восстановление тканей можно описать с помощью трех перекрывающихся фаз. В течение воспалительной фазы фагоцитарная активность макрофагов и полиморфонуклеарных лейкоцитов ведет к удалению клеточных фрагментов и патогенных частиц. Переработка этого материала происходит главным образом при помощи лизосомальных ферментов макрофагов. Известно, что ультразвук терапевтических интенсивностей может вызвать изменения в лизосомальных мембранах, тем самым ускоряя прохождение этой фазы.
Вторая фаза в залечивании ран - пролиферация или фаза разрастания. Клетки мигрируют в область поражения и начинают делиться. Фибробласты начинают синтезировать коллаген. Интенсивность заживления начинает увеличиваться, и специальные клетки, миофибробласты, заставляют рану стягиваться. Показано, что ультразвук значительно ускоряет синтез коллагена фибробластами как in vitro, так и in vivo. Если диплоидные фибробласты человека облучить ультразвуком частотой 3 МГц и интенсивностью 0,5 Вт/см2 in vitro, то количество синтезированного белка увеличится. Исследование таких клеток в электронном микроскопе показало, что по сравнению с контрольными клетками в них содержится больше свободных рибосом, шероховатого эндоплазматической сети.
Третья фаза - восстановление. Эластичность нормальной соединительной ткани обусловлена упорядоченной структурой коллагеновой сетки, позволяющей ткани напрягаться и расслабляться без особых деформаций. В рубцовой ткани волокна часто располагаются нерегулярно и запутанно, что не позволяет ей растягиваться без разрывов. Рубцовая ткань, формировавшаяся при воздействии ультразвука, прочнее и эластичнее по сравнению с "нормальной" рубцовой тканью.
^
При облучении хронических варикозных язв на ногах ультразвуком частотой 3 МГц и интенсивностью 1 Вт/см2 в импульсном режиме 2 мс : 8 мс были получены следующие результаты: после 12 сеансов лечения средняя площадь язв составляла примерно 66,4 % от их первоначальной площади, в то время как площадь контрольных язв уменьшилась всего до 91,6 %. Ультразвук может также способствовать приживлению пересаженных лоскутов кожи на края трофических язв.
^
Ультразвук может ускорить рассасывание отеков, вызванных повреждениями мягких тканей, что скорее всего обусловлено увеличением кровотока или местными изменениями в тканях под действием акустических микропотоков.
^
При экспериментальном исследовании переломов малой берцовой кости у крыс было обнаружено, что ультразвуковое облучение во время воспалительной и ранней пролиферативной фаз ускоряет и улучшает выздоровление. Костная мозоль у таких животных содержала больше костной ткани и меньше хрящей. Однако в поздней пролиферативной фазе приводило к негативным эффектам - усиливался рост хрящей и задерживалось образование костной ткани.
Использование ультразвука в хирургии.
Применение фокусированного ультразвука.
Воздействие фокусированным ультразвуком применялось в экспериментальной нейрохирургии для изучения функций мозга и для перерезки мозолистого тела при изучении поведенческих реакций. Использование этой методики для лечения людей частично лимитировано необходимостью удалять часть черепа для создания акустически прозрачного "окна", через которое можно было бы пропускать ультразвуковой пучок.
^ .
Взамен традиционной хирургии ультразвук может применяться и при лечении болезни Меньера. Сущность болезни состоит в нарушениях во внутреннем ухе, что приводит к приступам головокружения. Тонкий ультразвуковой пучок большой интенсивности направляется на латеральный полукружный канал уха для разрушения нейроэпителия кристы и макулы в лабиринте. Для этого метода лечения очень важна точная дозиметрия, поскольку вблизи полукружного канала проходит лицевой нерв и разрушение этого нерва ведет к лицевому параличу. При методике, описанной Арсланом, в сосцевидном отростке височной кости проделывается желобок в который вводится ультразвуковой излучатель. Это позволяет облучить лабиринт. Нервные окончания в нем разрушаются, пациенты на длительное время избавляются от головокружений. Процент вылечившихся высок и составляет от 67 до 95%, при этом слух не изменяется.
^ .
Неконтролируемые подергивания головы и конечностей, которые являются симптомами этой болезни, можно ликвидировать, нарушив деятельность некоторых глубинных участков мозга.
Инструментальная ультразвуковая хирургия.
Ультразвуковые хирургические инструменты состоят обычно из полуволнового магнитострикционного или пьезокерамического преобразователя, связанного с волноводом, имеющим рабочий наконечник, форма которого соответствует выполняемым операциям. Амплитуда колебания наконечника может составлять от 15 до 350 мкм, а рабочая частот выбирается из диапазона до 30 кГц.
Поскольку трение между двумя поверхностями уменьшается, если одна из поверхностей колеблется, то применение ультразвуковых инструментов для разреза требует меньших усилий по сравнению с традиционными скальпелями. Высокая температура, достигаемая на конце ультразвукового скальпеля, может прижигать сосуд до 2 мм в диаметре. Это уменьшает кровотечение в операционной зоне, и таким образом, облегчает проведение операции.
Преимущество ультразвуковой техники по сравнению с криохирургической состоит в том, что кончик скальпеля не прилипает к ткани, и поверхности разреза не испытывают дополнительных травм. Преимущество ультразвукового скальпеля по сравнению с лазерной хирургией заключается в том, что хирург чувствует сопротивление ткани при ее разрезе и поэтому разрушение ткани лучше контролируется.
Ультразвуковые инструменты нашли множество применений в клинике, среди которых можно выделить две большие области. К первой относится аспирация (удаление) тканей. Здесь наиболее распространенным случаем использования ультразвука является удаление катаракты из хрусталика глаза (факоэмульсификация).Кончик инструмента делается в форме полой трубочки, которая вставляется в небольшое отверстие в глазу. Кончик вибрирует, разрушая хрусталик, и небольшие его фрагменты всасываются через трубочку. Аналогичная методика может быть использована и для уменьшения объема твердой опухоли, например, ректальной.
Ко второй области применения ультразвуковых инструментов относится резание тканей. Достоинством здесь являются малые потери крови. Метод успешно применяется на таких богатых сосудами органах, как печень и селезенка. Он используется также при трахеотомии, тонзиллэктомии, при операциях на легких, бронхах, грудной клетке и глазе. Для резания кости может применяться ультразвуковая пила. При сравнительном исследовании было найдено, что поверхность разреза, произведенного ультразвуковой пилой, была шероховатее, чем сделанная обычной пилой, однако она не содержала видимых микротрещин. Ультразвуковая пила работает плавнее, и с ее помощью легче осуществлять точную остеотомию.
Использование ультразвука в лечении рака.
Ультразвук достаточной интенсивности может нагреть любую локализованную область ткани до используемых в гипертермии температур (больше 42о С). С технической точки зрения преимущество ультразвука пред электромагнитным нагревом состоит в том, что выделение энергии в среде может быть лучше локализовано, при необходимости можно использовать фокусировку. Задача состоит в том, чтобы равномерно нагреть весь объем опухоли до некоторой постоянной температуры при условии, чтобы температура нормальной ткани поддерживалась на физиологически приемлемом уровне. Есть указания на то, что кроме чисто температурного действия ультразвук может обладать и некоторым цитотоксическим эффектом.
Ли, облучая ультразвуком in vitro клетки, показал, что процент клеток, потерявших репродуктивную способность при нагревании ультразвуком больший, по сравнению с клетками, нагретыми другим способом.
Имеются данные, что использование рентгеновского облучения в комбинации с использованием ультразвука при лечении рака дает больший эффект, по сравнению с теми случаями, когда эти методы использовались по отдельности.
Использование ультразвука в диагностике.
Ультразвуковые колебания при распространении подчиняются законам геометрической оптики. В однородной среде они распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью. На границе различных сред с неодинаковой акустической плотностью часть лучей отражается, а часть преломляется, продолжая прямолинейное распространение. Чем выше градиент перепада акустической плотности граничных сред, тем большая часть ультразвуковых колебаний отражается. Так как на границе перехода ультразвука из воздуха на кожу происходит отражение 99,99 % колебаний, то при ультразвуковом сканировании больного необходимо смазывание поверхности кожи водным желе, которое выполняет роль переходной среды. Отражение зависит от угла падения луча (наибольшее при перпендикулярном направлении) и частоты ультразвуковых колебаний (при более высокой частоте большая часть отражается).
Для исследования органов брюшной полости и забрюшинного пространства, а также полости малого таза используется частота 2,5 - 3,5 МГц, для исследования щитовидной железы используется частота 7,5 МГц.
Генератором ультразвуковых волн является пьезодатчик, который одновременно играет роль приемника отраженных эхосигналов. Генератор работает в импульсном режиме, посылая около 1000 импульсов в секунду. В промежутках между генерированием ультразвуковых волн пьезодатчик фиксирует отраженные сигналы.
В качестве детектора или трансдюсора применяется сложный датчик, состоящий из нескольких сотен мелких пьезокристаллов, работающих в одинаковом режиме. В датчик вмонтирована фокусирующая линза, что дает возможность создать фокус на определенной глубине.
Используются три типа ультразвукового сканирования: линейное (параллельное), конвексное и секторное. Соответственно датчики или трансдюсоры ультразвуковых аппаратов называются линейные, конвексные и секторные. Выбор датчика для каждого исследования проводится с учетом глубины и характера положения органа. Для щитовидной железы используются конвексные трансдюсоры на 7,5 МГц, для исследования почек и печени в равной степени пригодны как линейные, так и конвексные датчики.
Преимуществом линейного датчика является полное соответствие исследуемого органа положению самого трансдюсора на поверхности тела. Недостатком линейных датчиков является сложность обеспечения во всех случаях равномерного прилегания поверхности трансдюсора к коже пациента, что приводит к искажениям получаемого изображения по краям.
Конвексный датчик имеет меньшую длину, поэтому добиться равномерности его прилегания к коже пациента более просто. Однако при использовании конвексных датчиков получаемое изображение по ширине на несколько сантиметров больше размеров самого датчика. Для уточнения анатомических ориентиров врач обязан учитывать это несоответствие.
Секторный датчик имеет еще большее несоответствие между размерами трансдюсора и получаемым изображением, поэтому используется преимущественно в тех случаях, когда необходимо с маленького участка тела получить большой обзор на глубине. Наиболее целесообразно использование секторного сканирования при исследовании, например, через межреберные промежутки.
Способы введения ультразвуковой энергии.
Существует несколько способов введения ультразвуковой энергии в обрабатываемую область. Наиболее распространенный способ - контактный, когда преобразователь прикладывается непосредственно к коже. В этом случае передача акустической энергии осуществляется через тонкий слой контактного вещества, акустический импеданс (полное сопротивление) которого близок к импедансу кожи.
При лечении частей тела неудобных конфигураций, например, колен или локтей, облучение можно проводить при погружении тела в ванну с водой. Также могут использоваться акустически прозрачные мешки с водой. Мешок может принимать форму облучаемой части тела, а акустический контакт с кожей осуществляется через слой контактного вещества.
Обычно в качестве контактных веществ используются легко стерилизуемые жидкости с подходящим акустическим импедансом, такие как минеральное или парафиновое масла. Используются и тиксотропные вещества (типа гелей). Их удобно использовать, поскольку в обычном состоянии они достаточно вязки, но под действием ультразвука разжижаются. Количество энергии, передаваемое через различные жидкости, практически одно и тоже, если слой достаточно тонок, и зависит скорее от давления преобразователя на контактное вещество, чем от его состава.
Во время процедуры преобразователь может удерживаться в одном положении (режим стационарного излучателя) или непрерывно перемещаться над обрабатываемой областью (режим движущегося излучателя). При любой возможности необходимо избегать режима стационарного излучателя, поскольку возможно образование стоячих волн и "горячих точек", которые могут привести к локальным повреждениям.
Ультрафонофорез.
Ультрафонофорез - это одновременное воздействие на организм ультразвуком и лекарственными препаратами. Ультразвуковые колебания увеличивают проницаемость кожи для частиц лекарственного вещества: они легко проникают в организм и накапливаются, образуя "кожное депо", потом лекарство постепенно из депо поступает в кровь. Важно правильно выбрать дозировку препарата, частоту и режим работы. Физиотерапевтический аппарат "Ультразвук Т - 5" снабжен 10-ступенчатым клавишным регулятором мощности, что позволяет непосредственно без дополнительных измерений устанавливать необходимую дозу ультразвука. Процедурные часы, встроенные в аппарат, автоматически выключают его по истечении заданного времени и выдают звуковой сигнал об окончании процедуры.
Скачать файл (57.5 kb.)gendocs.ru
