ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА В ДИАГНОСТИКЕ И ТЕРАПИИ
Мотивационная характеристика темы. Медико-биологическое применение ультразвука в основном делят на два направления: методы диагностики и исследования, и методы воздействия. К первому направлению относятся локационные методы с использованием главным образом импульсного излучения. Это эхоэнцефалография - определение опухолей и отеков головного мозга, ультразвуковая кардиография - измерение размеров сердца в динамике, ультразвуковая локация в офтальмологии для определения размеров глазных сред. С помощью ультразвукового эффекта Доплера изучают характер движения сердечных клапанов и измеряют скорость кровотока. С диагностической целью по скорости ультразвука определяют плотность сросшейся или поврежденной кости. В настоящее время для диагностических целей применяются аппараты ультразвуковой голографии. Ко второму направлению относится ультразвуковая физиотерапия. Первичным механизмом ультразвуковой терапии является механическое и тепловое действие на ткань. Ультразвук применяют как "ультразвуковой скальпель", способный рассекать мягкую и твердую ткани, и для "сваривания" костных тканей. Способность ультразвука дробить тела, помещенные в жидкость используется для приготовления эмульсий и аэрозолей в фармацевтической промышленности Цель лабораторной работы: Изучить физические свойства ультразвукового излучения, лежащие в основе ультразвуковых методов терапии и диагностики. К работе необходимо:
Литература: 1.А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика. М., 1999, Гл. 7,8. 2.А.Н.Ремизов «Медицинская и биологическая физика», 1987г., Гл.7,8. 3.А.Н.Ремизов «Курс физики, электроники и кибернетики», 1982г., Гл.6,7. 4.И.А.Эссаулова и др. «Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике» М., 1987, Лб.12.
Контрольные вопросы для определения исходного уровня знаний 1.Дайте определение механической волны, виды механических волн. 2.В чем отличие волнового движения от колебательного? 3.Составте уравнение волны, перечислите параметры волны. 4.Сформулируйте условия возникновения стоячих волн и их параметры. 5.Что такое ультразвук? Какие особенности позволяют использовать его в медицине?
Краткая теория Механические колебания частиц и волны в упругой среде с частотами свыше 20 кГц называются ультразвуковыми. Верхний предел ультразвуковых частот определяется межмолекулярными расстояниями он зависит от агрегатного состояния вещества и примерно равен 109 - 1010 Гц. Источником ультразвуковых волн может быть твердое тело, находящееся в колебательном движении с соответствующей частотой. Для получения ультразвука частотой в несколько десятков килогерц обычно используется явление магнитострикции, которое заключается в том, что под действием переменного магнитного поля несколько изменяется длина расположенного вдоль поля стержня из ферромагнитного материала. Это периодическое удлинение и укорочение стержня приводит в колебательное движение прилежащие к концам стержня частицы среды, в которой образуется ультразвуковая волна. В медицине для целей терапии применяется ультразвук относительно высокой частоты порядка 800-3000 кГц, который получается с помощью так называемого обратного пьезоэлектрического эффекта. Обратный пьезоэлектрический эффект состоит в том, что во многих кристаллах (кварц, сегнетова соль, титанат бария и др.) под действием электрического поля происходит некоторое взаимное смещение полярных групп атомов, составляющих основную структуру вещества, что вызывает соответствующее изменение размеров кристаллов. Если к торцевым поверхностям пластинки, вырезанной определенным образом из кристалла кварца, с помощью электродов приложить переменное электрическое напряжение, то толщина пластинки будет поочередно уменьшаться и увеличиваться с частотой приложенного напряжения. При уменьшении толщины пластинки в прилегающих слоях окружающей среды образуется разряжение, а при увеличении - сгущение частиц среды. Таким образом, в результате периодического изменения толщины пластинки, называемой пьезоэлектрическим преобразователем, в среде возникает ультразвуковая волна, распространяющаяся в направлении, перпендикулярном поверхности пластинки (Рис.1). Ультразвуковые волны подчиняются тем же законом, что и звуковые волны. В связи с более высокой частотой и соответственно меньшей длиной волны ультразвуковые волны легче фокусируются и сильнее поглощаются средой, чем звуковые.
|
