Читати далі: Фізичні основи застосування ультразвукових хвиль в медицині Ультразвукова діагностика. Хірургічне та терапевтичне застосування ультразвуку
ультразвук доплер кровотік вібрація
1. Фізичні основи дії ультразвукових хвиль на речовину. Низькочастотний і високочастотний ультразвук
2. Фізичні основи застосування ультразвукових хвиль в медицині Ультразвукова діагностика. Хірургічне та терапевтичне застосування ультразвуку
3. Ефект Доплера і його застосування для неінвазивного вимірювання швидкості кровотоку
4. Інфразвук, особливості його поширення. Фізичні основи дії інфразвуку на біологічні системи
5. Вібрації, їх фізичні характеристики
Список використаних джерел
1. Фізичні основи дії ультразвукових хвиль на речовину. Низькочастотний і високочастотний ультразвук
Ультразвуком називають пружні механічні коливання і хвилі, частота яких перевищує 20 кГц, що поширюються в формі поздовжніх хвиль в різних середовищах. Верхньою межею УЗ частот вважають 106 - 107 кГц. Ця межа визначається міжмолекулярними відстанями і тому залежить, від агрегатного стану речовини, в якому поширюється УЗ хвиля.
Джерела і приймачі акустичних коливань і ультразвуку (рис. 1).
Ультразвук виходить за допомогою апаратів, заснованих на використанні явищ магнітострикції (при низьких частотах) або зворотного п'єзоелектричного ефекту (при високих). Магнітострикція полягає в зміні довжини (подовження і укорочення) феромагнітного стрижня, вміщеного в високочастотне магнітне поле, з частотою зміни напряму поля.
Мал. 1 - Магнітострикційний випромінювач УЗ: 1 - хвилевід, 2 - концентратор звукової хвилі, 3 - сердечник, 4 - обмотка магнитострикционного перетворювача, 5 - проводи до генератора електричних коливань
Зворотний п'єзоелектричний ефект полягає в зміні розміру (подовження і укорочення) кристалічної пластинки (кварц, сегнетова сіль, титанат барію) під дією високочастотного електричного поля (до 3 мГц).
Мал. 2 - П'єзоелектричний випромінювач УЗ
Електромагнітні випромінювачі - отримання коливань рухомої механічною системою під дією електромагніта, що збуджується змінним струмом 10 # 184; 200 Гц - 1 # 184; 2кГц (рис. 2).
Електродинамічні випромінювачі - взаємодія магнітних полів нерухомого постійного магніту і звукової котушки (або стрижня), що живиться змінним струмом (50 - 5000 Гц).
Існують також і аеро- і гідродинамічні випромінювачі низькочастотного ультразвуку.
Приймачі УЗ - електроакустичні перетворювачі. До них відносяться в першу чергу п'єзоелектричні перетворювачі, магнітострикційні, напівпровідникові і пьезополупроводніковие, електростатичні приймачі та електродинамічні.
Термічні приймачі - для вимірювання інтенсивності УЗ.
Коливання розмірів тіла, посилені шляхом використання явища резонансу (тобто коли частота прикладеної змінної напруги збігається із власною частотою коливань пластинки), викликають у навколишньому тіло рідкому або газоподібному середовищі поздовжню пружну УЗ хвилю.
УЗ хвиля, як і звукова, складається з чергуються ділянок згущення і розрідження частинок середовища. Швидкості поширення звукових та УЗ хвиль приблизно однакові. Довжина УЗ хвиль значно менше довжини звукових хвиль. У зв'язку з цим УЗ хвилі від плоского джерела поширюються спрямованим потоком (УЗ промінь) і легко фокусуються. УЗ хвиля має значно більшу інтенсивність, ніж звукова. Вона може досягати декілька ват на квадратний сантиметр, а при фокусуванні хвилі в невеликому обсязі середовища - сотень і тисяч Вт / см 3. Якщо I = 10 Вт / см 3. то це в 10000 разів більше сили звуку в повітрі від великого оркестру при його максимальному звучанні (10 -3 Вт / см 2).
Залежно від частоти прийнято ділити ультразвук на 3 діапазони: низькою (1.5.104 - 105 Гц), середньої (105 - 107 Гц) і високої (107 - 109 Гц) частоти.
Біологічна дія ультразвуку багато в чому визначається частотою ультразвукової хвилі, а тому розрізняється для низькочастотних і високочастотних ультразвукових коливань.
При поширенні ультразвукових коливань в середовищі їх інтенсивність слабшає (для багатьох середовищ обернено пропорційно квадрату відстані від джерела). Втрата енергії відбувається внаслідок поглинання ультразвукових коливань середовищем, яке залежить від в'язкості і теплопровідності середовища. УЗ хвилі особливо високої частоти, порядку сотень кілогерц, сильно поглинаються повітрям, а також відбиваються від поверхні розділу твердої або рідкої середовища і газу. Тому контакт між джерелом УЗ і опромінюється середовищем не повинен містити повітряного прошарку. З біологічних середовищ найменше поглинання ультразвукових хвиль характерно для жирових тканин. У м'язової тканини поглинання ультразвуку вдвічі вище, а в сірій речовині мозку - в 2 рази більше, ніж в білому. Поглинання ультразвуку тканинами істотно залежить від частоти ультразвукових коливань - зростає зі збільшенням частоти. Тому низькочастотний ультразвук поглинається тканинами слабкіше, ніж високо- і среднечастотний, а проникає на значно більшу глибину. В середньому, ультразвук частотою 22-44 кГц може проникати на глибину до 16-24 см, в той час як ультразвук частотою 800 кГц - на 7-9 см.
Поширення ультразвукових коливань в середовищі супроводжується виникненням ряду механічних, фізичних (а також і теплових) і хімічних ефектів. До первинних фізичним ефектів відносять змінне рух частинок в напрямку поширення ультразвуку, на частинки діє змінне акустичне тиск.
Для ультразвуку великої інтенсивності (
10 вт / см2) амплітуди зміщення частинок і амплітуди їх швидкостей відносно невеликі, але надзвичайно велика амплітуда прискорень. Амплітуда прискорень може в десятки тисяч і в сотні тисяч разів перевершувати прискорення сили тяжіння. Амплітуда тисків може мати величину кількох атмосфер.
Поширення ультразвуку високої потужності низької і середньої частоти супроводжується явищем, названим кавитацией. Зі збільшенням частоти ультразвукових коливань ймовірність виникнення кавітації різко зменшується, у зв'язку з цим високочастотний ультразвук виявляється менш небезпечний для біологічних об'єктів (використовується в основному для ультразвукової діагностики).
При поширенні УЗ хвиль великої інтенсивності в рідини в місцях розрідження відбувається розрив суцільності середовища - виникає кавітаційний бульбашка. Утворений в фазі розрідження газова бульбашка досить швидко зачиняються під впливом подальшого стискання. Це явище називають акустичної кавітацією. Вона досить ефективно трансформує відносно низьку середню щільність енергії звукового поля в високу щільність енергії, концентрується в малих обсягах всередині і поблизу від захлопували бульбашки. Цим обумовлена роль кавітації у виникненні цілого ряду УЗ ефектів (порушення люмінесценції, ініціювання хімічних реакцій, деградація полімерів і біомакромолекул, бактерицидну дію, руйнування тваринних і рослинних клітин і їх органел і т.д.), які спостерігаються в інтенсивних УЗ полях.
За сучасними уявленнями механізм біологічної дії ультразвуку протікає по 3 шляхами:
1. поглинання УЗ на молекулярному рівні і перетворення його енергії в тепло, що викликає незворотні зміни;
2. розсіювання - процес, який залежить від співвідношення розміру об'єкта і довжини хвилі УЗ;
3. кавітація, яка веде до механічних розривів в структурах, розщепленню молекул води (Н2О ® Н + ОН) з утворенням реакційно-здатних продуктів, які взаємодіють з речовинами, що входять до складу клітинних оболонок або мембран.
Важливо, що результатом кавітаційних процесів є порушення структури і повне руйнування структури біологічних об'єктів: порушення структури біомакромолекул веде до порушення або втрати функції більших біооб'єктів - клітин, органів або організмів. Так, УЗ руйнує багато мікроорганізмів, проявляючи бактерицидну дію. Оскільки спостерігається біологічний ефект є результат взаємодії фізичних і біологічних факторів, спостерігається залежність ефективності УЗ від структурних особливостей біологічного об'єкта. Так, при дії УЗ на клітини переважають механічні зміни, а при дії на тканини - основним фактором, що ушкоджує є теплова енергія. У розчинах макромолекул шкідливу дію визначається резонансними факторами і механічним стресом, які з'являтимуться в результаті відносного переміщення молекул і середовища, а також завдяки електрохімічним змін в самому середовищі.
Читати далі: Фізичні основи застосування ультразвукових хвиль в медицині Ультразвукова діагностика. Хірургічне та терапевтичне застосування ультразвуку
Інформація про роботу «Методи отримання і реєстрації ультразвуку»
ніж структурні реверберації, що дозволяє його зареєструвати на тлі шумів. Тіньовий метод дозволяють виявляти великі дефекти в матеріалах, де контроль іншими акустичними методами важко або взагалі неможливо: крупнозернистою аустенітної сталі, сірому чавуні, бетоні, вогнетривкому цеглі. Однак є серйозні недоліки: необхідність двостороннього доступу і мала точність оцінки.
граматик пропозиції, що описують кордон даного об'єкта. Даний метод позитивно працює при описі скелета області в базі даних еталонних об'єктів у вигляді одного або декількох пропозицій. Наведені методи розпізнавання та ідентифікації знаходять своє застосування в різних системах технічного зору. Вони надають можливості створювати гнучкі перепрограмовані або самонавчального.
ультразвукових коливань. Теоретично, поглинання пропорційно квадрату частоти. Величину поглинання можна характеризувати коефіцієнтом поглинання, який показує, як змінюється інтенсивність ультразвуку в опромінюється середовищі. З ростом частоти він збільшується. Інтенсивність ультразвукових коливань в середовищі зменшується за експоненціальним законом. Цей процес обумовлений внутрішнім тертям.