Реферат - Акустичні випромінювання - файл n1.doc

Реферат - Акустичні випромінювання
скачать (141.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc142kb.31.05.2012 20:05скачать

n1.doc



Чорноморський державний університет

імені Петра Могили

Факультет еколого-медичних наук

Спеціальність: «Приладобудування»
Кафедра медичних приладів і систем

«Акустичні випромінювання»

Виконав: студент 371 групи

Григор’єв Роман

Перевірив: професор, д.т.н.

Чуйко Геннадій Петрович

Миколаїв - 2011

План

Вступ 4

Параметри, які характеризують звук і шум 6

Акустичні явища 10

Ультразвук 10

Дія ультразвуку від потужних установок на людину: 11

Профілактичні заходи: 11

Інфразвук 12

Заходи боротьби з несприятливим впливом: 13

Використання УЗ-випромінювання 14

Ехо-імульсивні методи візуалізації та вимірів 14

Області застосування ехо-імпульсних методів 14

Оцінка безпеки застосування ультразвуку в медицині 21

Вступ


Стрімко зростає енергонасиченість побуту людей. Електроніка підступає все ближче та ближче до людини. Комп’ютер, телевізор, відео система, мікрохвильова піч, радіотелефон - ось далеко не повній перелік технічних пристроїв, з якими людина постійно взаємодіє. Павутина проводів електропостачання в домах та в службових приміщеннях оточує людину. Людина вже поставлена в такі умови, за яких вона більшість часу знаходиться під впливом штучних полів, створених електронними системами та системами електропостачання. Особливо інтенсивно входять до нашого життя комп’ютери та телевізійні системи. Без них вже дуже важко уявити сучасний світ, а тим більше завтрашній.

Людина живе в світі звуків від самого народження протягом всього життя. Трапляються два поняття: звук і шум. Вони, в принципі, рівнозначні, але поняття „звук" більш широке. Це музика, шелестіння листя, шум прибою. Крім того, це жива мова, яка відводить людині особливе місце в природі. Поняття шум трохи вужче. Існує два визначення шуму:

Шум - це неритмічне звукоутворення, безладна мішанина звуків.

Шум - це будь-який звук, що заважає людині.

Статистика стверджує, що останніми роками шум як у побуті, так і на робочих місцях постійно збільшується десь на 1-3 дБ в рік. Як приклад збільшення шумності в побуті можна пригадати майже всі побутові пристрої, прилади і пристосування: пральні машини, пилососи, електродрилі та інший електроінструмент.

З іншого боку, акустичні хвилі здатні приносити користь людині. Вченими було винайдено багато методів діагностики й лікування великої кількості захворювань завдяки електромагнітним, акустичним полям. Фахівці цієї галузі зорієнтовані на використання сучасних комп'ютерних технологій при розробці та проектуванні медичних ультразвукових приладів інтраскопії, томографії та діагностики. Вони отримують знання, які дозволяють їм працювати у різноманітних галузях господарства, пов'язаних з проектуванням, експлуатацією та ремонтом ультразвукових медичних приладів для діагностики стану здоров'я людини, а також ультразвукових терапевтичних приладів. Це, звичайно, приносить людям, і людству взагалі, велику користь.
Електромагнітне поле — це поле, яке описує електромагнітну взаємодію між фізичними тілами.

Розділ фізики, який вивчає електромагнітне поле, називається електродинамікою. Постійні електричні поля вивчаються електростатикою, а галузь фізики, яка досліджує постійні магнітні поля називається магнетизмом.

Живий організм є високоорганізованою системою зі складною ієрархією його складових. Органи та тканини в нормальному стані характеризуються певними властивостями: механічними, електромагнітними, оптичними, які можуть бути використані з метою діагностики, а вплив зовнішніх чинників різної фізичної природи – з лікувальною метою. Процеси, які відбуваються у живому організмі, є причиною виникнення фізичних полів: акустичних і електромагнітних.
Акустичне випромінювання людини має два частотні діапазони:

низько- (частоти менші 1кГц) та високочастотне (ультразвукове).

Низькочастотне випромінювання виникає при різних фізіологічних процесах – биття серця, рух легень, крові, перистальтика шлунка тощо. Це випромінювання легко реєструється різними контактними методами, але його практично неможливо вимірювати дистанційно, оскільки акустичні хвилі майже повністю відбиваються від межі поділу «тіло людини – повітря». Добре акустичне узгодження між цими середовищами здійснюється за допомогою спеціального органу – вуха, яке практично без втрат здійснює передачу звукових коливань повітря до рецепторів внутрішнього вуха.

Існує також і зворотний процес – передача механічних коливань звукової частоти з вуха в навколишнє середовище (кохлеарна емісія).

Джерелом високочастотного акустичного випромінювання є тепловий хаотичний рух молекул та інших найдрібніших частинок. Інтенсивність таких акустичних хвиль визначається температурою тіла. Досліджуючи таке випромінювання (його називають акустотермальним), можна отримати інформацію про розподіл температури всередині організму. У медицині з діагностичною метою використовують ультразвукові хвилі: на тіло пацієнта спрямовують із зовні ультразвуковий сигнал, який відбивається (частково) від межі контакту різних шарів біологічних тканин. За часом затримки відбитого променя визначають відстань до перешкоди. При УЗД використовують механічні коливання, частота яких знаходиться в діапазоні 2-10 МГц і залежить від глибини розташування досліджуваної тканини. При збільшені частоти покращується роздільна здатність, але зменшується глибина проникнення.

Параметри, які характеризують звук і шум


1. Амплітуда коливання - максимальне відхилення від початкового положення частинок середовища, що проводить звук, в результаті залучення їх в коливальний процес джерелом коливання

2. Звуковий тиск - це змінний тиск, що виникає додатково до атмосферного тиску, в тому середовищі, через яке поширюються звукові хвилі. Він вимірюється в ньютонах на квадратний метр, Н/м2, або динах на квадратний сантиметр, дин/см2. У фазі стиснення звуковий тиск позитивний, у фазі розрідження - негативний. Позначається буквою р (малою).

3. Швидкість звуку - це відстань, на яку за одну секунду може поширитися хвильовий процес. В повітрі при t = 20 оС і нормальному атмосферному тиску вона дорівнює 334 м/с, при підвищенні температури швидкість звуку збільшується приблизно на 0,71 м/с на кожний градус. Для порівняння:

в сталі - 5000 м/с, в гумі - 40-60 м/с.

4. Довжина хвилі - це відстань між двома сусідніми згущеннями або розрідженнями в звуковій хвилі:

=С/f, (1) , де C - швидкість звуку, м/с; f - частота, герц.

5. Сила звуку (інтенсивність) - це кількість енергії, що проходить в результаті поширення звуку через площу 1м2, розміщену перпендикулярно до напряму поширення звукової хвилі за одиницю часу. Інтенсивність звуку, Вт/м2, пов'язана із звуковим тиском залежністю

, (2) , де p - звуковий тиск, Н/м2 ; ? - густина середовища, Н/м3;

c - швидкість поширення звуку, м/с.

6. Частотний склад шуму - це сукупність частот звуків, що входять до нього. За широтою спектра шуми поділяються на:

а) вузькочастотні - такі, що складаються з обмеженої кількості суміжних частот;

б) широкочастотні - включають майже всі частоти звукового діапазону.

За частотою звуків, що переважають, шум поділяється на: низькочастотний - до 400 Гц; средньочастотний - від 400 до 1000 Гц; високочастотний - понад 1000 Гц.

У процесі еволюції людина звикла до звуків середньої частоти, оскільки ці частоти в природі найпоширеніші (спів птахів, шум лісу і моря). Тому на людину шум такої частоти діє більш сприятливо, ніж такої самої сили, але більш високої частоти. Цю обставину потрібно враховувати при проектуванні нових машин при виборі кількості оборотів або частоти коливань робочих органів (вібросита,, ущільнення формувальних сумішей і т.п.).

За характером зміни загальної інтенсивності в часі розрізняють:

а) стабільні звуки - енергія звуку в часі змінюється не на багато;

б) переривчасті звуки - швидке періодичне наростання і спад енергії з паузами (ткацькі, швейні цехи).

При вимірюванні виробничих шумів спектр визначається в діапазоні від 22,5 до 11200 Гц. Цей інтервал розбитий на смуги, які назвали октавами.

Октава - це така смуга звукового спектра, в якій верхня гранична частота відрізняється від нижньої граничної частоти в 2 рази. Тоді весь спектр набуде вигляду:

22,5-45 (31,5), 45-90 (63), 90-180 (125), 180-355 (250), 355-710 (500), 710-1400 (1000), 1400-2800 (2000), 2800-5600 (4000), 5600-11200 (8000).

В дужках зазначені середньогеометричні частоти дев’яти октав, за якими здійснюється нормування шуму.

У понятті „шум” в акустиці наявне не тільки фізичне, але і фізіологічне значення.

З фізіологічної точки зору не кожний коливальний рух середовища, що проводить звук, сприймається організмом людини як звукове роздратування. Вухо людини здатне уловлювати механічні коливальні рухи середовища з частотою від 20 до 20000 Гц. Нижче 20 Гц і вище 20 тис.Гц знаходяться відповідно області нечутних людиною інфразвуків і ультразвуків.

У частотному діапазоні, що чує людина (20-20000 Гц), виділяють дві межі звукової енергії, яку сприймає людина як звук.

Мінімальна величина звукової енергії, що сприймає людина як звук, називається слуховим порогом (поріг чутності).

Поріг чутності складає Iо = 10-12 Вт/м2. Звуковий тиск, що відповідає цій величині, дорівнює Ро = 2*10-5 Н/м2.

Звукова енергія, при якій звук викликає вже больові відчуття називається больовим порогом, вона відповідає силі I = 102 Вт/м2 і звуковому тиску більше Р = 20 Н/м2. Діапазон великий: за силою (інтенсивності) - 1014; за тиском - 106.

Оперувати такими цифрами незручно, крім того, вухо людини здатне реагувати на відносні зміни інтенсивності в часі, а не на абсолютне значення параметра.

Для органів слуху важливий не сам параметр звуку, а зміна фактичного параметра звуку відносно попереднього значення, або умовно взятого за граничний відлік. Тому в акустиці введено поняття рівень параметра як відношення фактичного значення параметра до граничного значення.

Міжнародною угодою за граничний відлік прийнятий звуковий тиск

Р=2*10-5 Н/м2 (це поріг чутності). Тоді рівень параметра за звуковим тиском (рівень звукового тиску Lp) можна подати у вигляді

Lр= lg (рфакгр),

де рфак - фактичне значення звукового тиску;

ргр - граничне значення звукового тиску;

lg - символ, який введений для того, щоб не оперувати великими числами: lg1014 = 14.

Логарифм відношення фактичного параметра звуку над прийнятим граничним значенням в акустиці називається белом (Б).

Але користуватися показником "Б" незручно, оскільки діапазон дуже малий, тому користуються величиною в 10 разів меншою - децибел (дБ). Тоді весь діапазон від слухового порогу до больового укладається в 14 Б або 140 дБ.

Декілька цифр для порівняння: вибух атомної бомби 200 дБ - смертельний поріг, хід годинника - 30 дБ, тиха розмова - 30 дБ, для наших навчальних приміщень нормальні умови роботи - 60 дБ, гучна музика - 110 дБ, токарний верстат до 100 дБ.

7. Гучність.

Звуки однієї інтенсивності на різних частотах суб'єктивно людина сприймає по-різному (з різною гучністю). Тому вводиться поняття „гучність звуку", „шуму". Одиниця гучності - фон.

Тільки на частотах 1000 Гц одиниці у фонах і дБ збігаються.

8. Звукова потужність.

Звукова потужність джерела звуку Р - це загальна кількість звукової енергії, що випромінюється джерелом шуму в навколишнє середовище за одиницю часу, Вт:

, (4), де iн - нормальна до поверхні інтенсивність звуку, Вт/м2;

S - площа замкнутої поверхні, на яку розповсюджується звук, м2.

Рівень звукової потужності, дБ, визначається за формулою

’ (5), де Pфак - фактична звукова потужність джерела, Вт;

Pгр - гранична звукова потужність, яка береться такою, що дорівнює 10-12 Вт.

Акустичні явища


Поширення звукових хвиль супроводжується появою ряду акустичних явищ.

Накладення звукових хвиль однакової частоти називається інтерференцією.

Процес огинання звуковою хвилею перешкод кінцевих розмірів називається дифракцією.

Виникаючі всередині замкнутих приміщень звукові хвилі, поширюючись від джерела, багато разів відбиваються від будівельних конструкцій, створюють умови для появи відлуння. Цей процес називається реверберацією.

Якщо звукова частота збігається з власною частотою коливання будь якої системи, амплітуда різко зростає. Це явище називається резонансом.

Ультразвук


До ультразвуку відносять коливання з частотою вище 16 - 20 тис. Гц, які не сприймаються вухом людини. Із збільшенням частоти ультразвукових коливань збільшується їх поглинання середовищем і, як наслідок, його нагрівання.

В промисловості ультразвуки використовуються:

а) для аналізу і контролю (дефектоскопія, структурний аналіз речовин, визначення фізико-хімічних властивостей матеріалів);

б) в медицині для лікування суглобів, нервової системи. Для цих цілей використовують ультразвукові коливання великої частоти від 500 кГц до 5 Мгц і малої потужності - 0,1; 0,2 Вт/см2.

Внаслідок малої довжини хвилі в повітрі високо частотний ультразвук не поширюється, а може впливати при контакті джерела з поверхнею тіла людини

в) очищення і знежирення деталей;

г) механічна обробка твердих матеріалів;

д) зварювання, паяння, лудіння.

Тут використовують коливання низьких частот 18-30 кГц і високої потужності до 6-7 кВт/см2.

Низькочастотний ультразвук разом з високочастотним шумом (реактивні двигуни, газові турбіни) поширюється через повітря, але на відміну від шуму затухає у міру віддалення від джерела.

Дія ультразвуку від потужних установок на людину:


ураження нервового периферичного і судинного апарату в місцях контакту. Це дуже небезпечно у момент вивантаження деталей з ультразвукових ванн. У працівника на низькочастотних ультразвукових установках при систематичній дії можуть спостерігатися функціональні зміни нервової системи, серцево-судинної системи, слухового і вестибулярного апарату, головні болі, порушення сну.

Профілактичні заходи:


а) створення автоматичного ультразвукового устаткування і установок з дистанційним керуванням;

б) використання малопотужного устаткування;

в) установка звукоізолюючих пристроїв з листової сталі, дюралюмінію, покритих гумою;

г) застосування робочого інструменту з віброізолюючими рукоятками і гумових рукавичок;

д) застосування ультразвуку більш високих частот, як більш безпечного.

Інфразвук


Інфразвук - це механічні коливання, що поширюються в пружному середовищі з частотою менше 20 Гц, які не чує людина. Він відрізняється від чутних звуків значно більшою довжиною хвилі. Поширення інфразвуку від джерела може відбуватися на великі відстані. Чим більша амплітуда, тим більший інфразвуковий тиск і відповідно сила звуку.

Впливу інфразвуку людина може піддаватися під час роботи, в період відпочинку. Багато явищ природи (виверження вулканів, землетруси, морські бурі) генерують інфразвукові хвилі. На виробництві вони утворюються при роботі потужних компресорних машин, дизельних двигунів, вентиляторів та інших великогабаритних машин. Вони можуть бути механічного і аеродинамічного походження.

Інфразвук несприятливо впливає на весь організм людини, в т. ч. і на органи слуху, знижуючи слухову чутність на всіх частотах. Інфразвукові коливання сприймаються як фізичне навантаження, в результаті якого виникає втома, головний біль, запаморочення, порушується діяльність вестибулярного апарату, знижується гострота зору та слуху, порушується периферійний кровообіг, виникає відчуття страху і т. ін. Крім того, вони призводять до струсу грудної клітки, явища морської хвороби. Важкість впливу залежить від діапазону частот, рівня звукового тиску та тривалості дії.

Низькочастотні коливання з рівнем інфразвукового тиску, що перевищує 150 дБ, людина перенести не в змозі.

Частота коливань від 1-15 Гц є особливо небажаною через резонансні явища в організмі.

Частота 1-3 Гц - киснева недостатність, порушення ритму серця.

Частота 5-9 Гц - хворобливе відчуття в грудній клітці і в нижній частині живота.

Частота 8-12 Гц - біль в ділянці попереку, гортані та інших органах. Особливо небезпечною є частота 7 Гц, тому що вона може збігатися з ?-ритмом біострумів мозку.

За даними деяких авторів, дії інфразвуку рівнем більше 170 дБ протягом 10 хвилин є смертельним. При рівні понад 150 дБ починаються багато небажаних процесів: подразнення шкіри, її почервоніння, кашель, задуха, болі при ковтанні і ряд інших хворобливих симптомів. Деякі люди при рівні інфразвуку 140-150 дБ і експозиції 2 хвилин відчувають сильне нездужання, інші переносять таку дію безболісно. Межа розладів починається при дії інфразвуку з рівня близько 120 дБ. Інфразвук рівнем 110 дБ не надає явно виражених стресових дій на людський організм, але тривала дія ідентична звуковому навантаженню чутного спектру частот.

Короткочасна (15 хвилин) дія інфразвуку рівнем 135 дБ призводить до розвитку процесу гальмування в центральній нервовій системі (ЦНС), зниженню працездатності, змінам з боку серцево-судинної дихальної та інших систем, рівень 110 дБ - до зниження лабільності ЦНС.

У відповідності до санітарних норм рівні звукового тиску інфразвуку в октавних смугах із середньо геометричними частотами 2; 4; 8 та 16Гц не повинні перевищувати 105 дБ, а в діапазоні частот 32Гц - 102дБ.

На окремих промислових підприємствах встановлено, що в 30% обстежених приміщень без джерел шуму рівень інфразвуку був вище, ніж в приміщеннях з його джерелами. Подібні явища спостерігалися як в приміщеннях, відокремлених тільки стіною від приміщень з джерелом інфразвуку, так і в кімнатах будівель, що знаходяться на відстані десятків метрів від будівлі з джерелом. Інфразвук може огинати великі екрани і при проходженні однакової відстані має менше загасання, ніж чутний звук.

Заходи боротьби з несприятливим впливом:




Використання УЗ-випромінювання


У медичних або біологічних галузях необхідність у використанні для лікування і вимірювання ультразвуковими хвилями виникає у трьох великих областях. Це отримання діагностичної інформації від пацієнта, вимірювання акустичних полів, якими можуть опромінюється живі клітини і тканини, в тому числі і тканини пацієнтів.

Ультразвук по визначенням не сприймається безпосередньо органами чуттів людини, і тому необхідно використовувати якийсь фізичний ефект або послідоності таких ефектів, щоб дія ультразвуку могла проявитися, причому головним чином кількісно. Таким чином, вибір методу для конкретного завдання робиться з точки зору зручності його застосування, а також точності вимірювання параметра акустичного поля, котрий саме цікавить.

Ехо-імульсивні методи візуалізації та вимірів


Методи ультразвукової луна-імпульсної візуалізації вже знайшли широке і різноманітне застосування в медицині. Основним елементом будь-якої системи візуалізації є електроакустичний перетворювач, який служить для випромінювання зондуючого акустичного імпульсу в об'єкт і для прийому акустичних ехо-сигналів, перевипромінюють мішенню. Приймач представляє собою свого роду систему сполучення між перетворювачем і дисплеєм або системою запису, яку застосовують для передачі спостерігачеві інформації, отриманої за допомогою ультразвуку. У хороших системах ехо-сигнали на виході перетворювача мають великий динамічний діапазон.

Області застосування ехо-імпульсних методів


Ехо-імпульсні методи в даний час стали широко застосовуватися в багатьох областях медицини.

Акушерство - та галузь медицини, де луна-імпульсивні ультразвукові методи найбільш міцно вкоренилися як складова частина медичної практики. Надійне визначення положення плаценти - завдання першорядної важливості в акушерській практиці. З розвитком техніки, що забезпечує високе розширення за контрастом, ця процедура стала вже рутинною. Прилади, що працюють в реальному часі, ергономічно більш вигідні тому, що дозволяють визначати положення плаценти швидше, ніж статичні сканери.

Другий вид процедур, які вже стали звичними, - оцінка розвитку плоду через вимірювання одного або кількох його розмірів, таких як діаметр головки, окружність головки, площа грудної клітки або живота. Тому що навіть дуже малі зміни цих розмірів можуть мати діагностичне значення, ці методи вимагають високої точності самої апаратури і методик її застосування.

Третій вид процедур, що з'явився не так давно і не настільки ще укорінений в практиці, - раннє виявлення аномалій плоду. Ця програма потребує особливо хорошого просторового дозволу та дозволу за контрастом, переважно в поєднанні з режимом реального часу і швидким скануванням. Гарні методики і якісна апаратура дозволяють виявляти такі дефекти, як недорозвинення (загибель) яйця, аненцефалія (повна або майже повна відсутність мозку), гідроцефалія (надлишок рідини в мозку, що спостерігається у вигляді уширення шлуночків), спинальні (хребетні) дефекти, часто необстежувані біохімічними методами, і дефекти шлунково-кишкового тракту. Допоміжну, але дуже важливу роль грає ультразвук у процедурі амніоцентеза (пункції плодового міхура) - взяття навколоплідних вод для цитологічних досліджень та виявлення можливих генетичних порушень. Введення голки при амниоцентезі під контролем ультразвукової візуалізації, забезпечує значно більшу безпеку цієї процедури.

Нарешті, необхідно відзначити ультразвукове дослідження руху плоду.

Може бути, через відносно малі розміри очей офтальмологія дещо виділилася з інших областей застосування ультразвуку. Ультразвук особливо зручний для точного визначення розмірів очі, а також для дослідження патології та аномалій структур ока в разі їх непрозорості і, отже, недоступності для звичайного оптичного дослідження. Тут також важлива точність роботи та калібрування апаратури, необхідно також приділити особливу увагу ефектам, пов'язаним із заломленням ультразвуку в кришталику та рогівці.

Область позаду ока - орбіта - доступна ультразвуковому обстеженню через око, тому ультразвук разом з комп'ютерною томографією став одним з основних методів неінвазивного дослідження патологій у цій галузі. Структури орбіти мають малі розміри і вимагають гарного просторового розширення та розширення по контрасту, що можна досягти на високих частотах. Практичні складності можуть виникати, однак, якщо намагатися використовувати апаратуру, характеристики якої запозичені з телевізійної техніки, а смуга пропускання відповідно обмежена.

Дослідження внутрішніх органів

Під таким заголовком можна розглянути безліч різноманітних завдань, в основному пов'язаних з дослідженням черевної порожнини, де ультразвук використовується для виявлення і розпізнавання аномалій анатомічних структур і тканин. Найчастіше задача така: є підозра на злоякісне утворення і необхідно відрізнити його від доброякісних або інфекційних за своєю природою утворень.

При дослідженні печінки крім важливого завдання виявлення вторинних злоякісних утворень ультразвук корисний для вирішення інших завдань, включаючи виявлення захворювань і непрохідності жовчних проток, дослідження жовчного міхура з метою виявлення каменів та інших патологій, дослідження цирозу та інших доброякісних дифузних захворювань печінки, а також паразитарних захворювань, таких як шістосоматоз. Нирки - ще один орган, в якому необхідно досліджувати різні злоякісні і доброякісні стани (включаючи життєздатність після трансплантації) за допомогою ультразвуку. Гінекологічні дослідження, у тому числі дослідження матки і яєчників, протягом довгого часу є головним напрямом успішного застосування ультразвуку. Тут часто також необхідна диференціація злоякісних та доброякісних утворень, що зазвичай вимагає найкращого просторової і контрастної розподільної здатності. Аналогічні висновки можна застосувати й до дослідження багатьох інших внутрішніх органів і областей. Зростає інтерес до застосування ультразвукових ендоскопічних зондів. Ці пристрої, які можна вводити в природні порожнини тіла при обстеженні або застосовувати при хірургічному втручанні, дозволяють поліпшити якість зображення із-за більш високою робочої частоти та/або відсутності на шляху ультразвуку таких несприятливих акустичних середовищ, як газ або кістка.

Приповерхневі та зовнішні органи

Щитовидна і молочна залози, хоча і легкодоступні для ультразвукового обстеження, часто вимагають використання водяного і іонного буфера, щоб на зображення не вплинули аномалії ближньої зони поля. При дослідженні щитоподібної та паращитовидної залози основне застосування ультразвуку - розрізнення кистозних і твердих утворень, що можливо при хорошому придушенні шуму і артефактів, викликаних реверберацією і боковими пелюстками випромінювання.

Захоплююча перспектива - скринінг для виявлення найрізноманітніших ознак раку молочної залози при відсутності виражених симптомів, особливо у жінок з аномально високим фактором ризику. Технічно тут необхідно виявити аномалію розмірів близько 2 мм в діаметрі, коли ця аномалія відносно рідко зустрічається в заданій групі, наприклад, буде тільки в однієї пацієнтки.

Методи візуалізації молочної та щитовидної залоз, часто використовуючі акустичну затримку розповсюдження, застосовуються також для обстеження інших приповерхневих тканин, наприклад, при вимірюванні товщини шкіри, в радіаційнії терапії для опромінення електронами, при обстеженні приповерхневих кровоносних судин, таких як сонна артерія, а також при дослідженні реакції пухлин на терапевтичні впливу.

Ультразвукові методи широко застосовуються при обстеженні серця і прилеглих магістральних судин - кардіологія. Це пов'язано, зокрема, з можливістю швидкого отримання просторової інформації, а також можливістю її об'єднання з томографічної візуалізацією. Так, для виявлення і розпізнавання аномалій руху клапанів серця, зокрема мітрального, дуже широко використовується М-режим. При цьому важливо реєструвати рух клапанів аж до частот порядку 50Гц і, отже, з частотою повторення близько 100Гц. Ця цифра, залишаючись значно нижче згаданої вище межі для луна-імпульсних приладів (близько 5кГц), по суті, є недосяжною за будь-яких інших методах дослідження.

Також УЗ застосовують у неврологіі. До появи рентгенівської комп'ютерної томографії мозок було особливо складно досліджувати. Починаючи з 1951р., в Лондонському королівському онкологічному госпіталі робилися значні зусилля для застосування ультразвуку до цього завдання. До жаль, цьому заважають фізичні властивості черепа дорослої людини, оскільки череп сильно поглинає тришарову структуру змінної товщини. Хоча було зроблено кілька цікавих спроб подолати ці труднощі, у тому числі з використанням керованих багатоелементних грат, коли датчик прилягає до обмеженої області черепа, а також з частковою компенсацією автоматичної фазової затримки для урахування змін товщини черепа, таке застосування не зустріло схвалення діагностів. Однак ще не затверділий череп плоду або новонародженого в акустичному плані не представляє значних перешкод, пов'язаних з виникненням загасання або заломлення, і тому ультразвукове обстеження тут застосовується все частіше.

Застосування ультразвуку в терапії та хірургії

Інтерес до вивчення проблеми, викликаної біологічними змінами тканин під дією УЗ, обумовлений, з одного боку, природним побоюванням, пов'язаним з можливим ризиком застосування ультразвукових діагностичних систем для візуалізації, а з іншого - можливістю викликати зміни в тканинах для досягнення терапевтичного ефекту.

Терапевтичний ультразвук може бути умовно розділений на ультразвук низьких і високих інтенсивностей. Основне завдання застосування ультразвуку низьких інтенсивностей - не порушувати нагрів або які-небудь нетеплові ефекти, а також стимуляція і прискорення нормальних фізіологічних реакцій при лікуванні ушкоджень. При більш високій інтенсивності основна мета - викликати кероване виборче руйнування в тканинах.

Перший напрям включає в себе більшість застосувань ультразвуку у фізіотерапії та деякі види терапії раку, другий - ультразвукову хірургію.

Нагрівання

Керований нагрів глибоко розташованих тканин може дати тривалий терапевтичний ефект у ряді випадків.

Високий коефіцієнт поглинання ультразвуку в тканинах з великими молекулами обумовлює помітне нагрівання коллагенсодержащіх тканин, на які найчастіше і впливають ультразвуком при фізіотерапевтичних процедурах.

Збільшення розтяжності колагеновмісних тканин

Основний фактор, який часто перешкоджає відновленню м'якої тканини після її ушкодження, - це контрактура, що виникає в результаті пошкодження і обмежує нормальний рух. Слабке прогрівання тканини може підвищити її еластичність, при додатковому прогріванні під час розтягуючих вправ поліпшується гнучкість коллагенсодержащіх структур. Ультразвуковий нагрів приводить до збільшення розтяжності сухожиль. Рубцова тканина також може стати більше еластичною під впливом ультразвуку.

Підвищення рухливості суглобів

Амплітуда рухів суглобів, в разі контрактури може бути збільшена шляхом їх нагрівання. Для нагрівання суглоба, оточеного значним шаром м'яких тканин, ультразвуковий спосіб найкращий, оскільки ультразвук краще інших форм діатермічної енергії проникає в м'язову тканину.

Болезаспокійлива, знеболювальна дія

Знеболюючий ефект може бути як короткочасним, так і тривалим. При деяких захворюваннях застосування ультразвуку для зменшення болю дає добрі результати. Ультразвук послаблює фантомні болі після ампутації кінцівок, а також болі, викликані утворенням рубців і неврит. Механізми болезаспокійливої дії поки неясні, можливо, у них вносять вклад і нетеплові ефекти.

Зміни кровотоку

При локальному нагріванні тканини часто відзначаються судинні реакції, що виявляються навіть на деякій відстані від місця дії.

При нагріванні ультразвуком або електромагнітному випромінюванням спостерігаються подібні ефекти. При імпульсному опроміненні (коли теплові ефекти не великі) також змінюється кровотік. Ці зміни зберігаються близько півгодини після закінчення процедури.

Зменшення м'язового спазму

Прогрівання може зменшити м'язовий спазм. Мабуть, це обумовлено седативною (заспокійливою) дією підвищення температури на периферичні нервові закінчення. Ультразвук також може бути використаний для досягнення цієї мети.

Ступінь фізіологічної реакції на прогрівання залежить від великої кількості факторів. До анатомічних структур, які вибірково нагріваються ультразвуком, відносяться багаті на колаген поверхневі шари кістки, окістя, суглобові меніски, синовіальна рідина, суглобові сумки, сполучні тканини, внутрішньом'язові рубці, м'язові волокна, оболонки сухожиль і головні нервові стовбури.

У ряді випадків ультразвук може бути більш ефективною формою діатермії, ніж короткохвильові випромінювання, парафінові аплікації і інфрачервоне випромінювання.

Створена у 2003 році для боротьби з раком система CEFUS (кероване електромагнітне поле та ультразвук) виявилася перспективною. Вона неінвазивна, має слабо виражені побічні ефекти, і можливості для вдосконалення. У 2007 році повідомили про ще більш значний прогрес.
Вчені вивчили різні типи електромагнітних полів. Вони виявилися біологічно інертними, але очевидно, що це не зовсім так. Про те, що існує вплив, якого ми не бачимо, свідчить той факт, що під впливом складних полів і надвисокої інтенсивності ультразвуку ракові клітини руйнуються.
Досс і МакКейб (1976) продемонстрували локальне нагрівання, яке вбиває ракові клітини. На сьогоднішній момент, Чень із співробітниками відпрацювали метод знищення ракових клітин за допомогою імпульсного електромагнітного поля.

У 2007 році без гучних заголовків лікар Йорам Палті та інші вчені з Національної академії наук Ізраїлю виявили, що опромінення шкіри голови електромагнітними полями стримує ріст пухлини головного мозку протягом більше п'яти років. Очевидно, що рак молочної залози повинен стати першою мішенню для проведення випробувань.

Оцінка безпеки застосування ультразвуку в медицині


Як наукові, так і професійні інтереси зобов'язують вчених з'ясувати, яку небезпеку для пацієнта і оператора представляє використання ультразвуку.

В даний час неможливо виділити один або навіть декілька фізичних параметрів, які служили б як адекватних кількісних характеристик, що дозволяють передбачити кінцевий біологічний ефект.

У відсутності адекватної інформації, на основі якої повинні бути встановлені максимально допустимі дози при застосуванні ультразвуку в медицині, було б корисним висунути деякі критерії для правильного застосування ультразвуку. Ряд таких критеріїв може бути узагальнений наступним чином:

Оператор повинен використовувати мінімальні інтенсивності та експозиції, що дозволяють отримати у пацієнта бажаний клінічний ефект;

Обслуговуючий персонал не повинен опромінюватись без необхідності;

Всі процедури повинні виконуватися добре навчений персонал або під його керівництвом.

Якщо слідувати цих рекомендацій, то ультразвук можна ефективно використовувати у медицині з великою впевненістю в його безпеці.
Список літератури

1. Хілл К. - «Застосування ультразвуку в медицині» - 1989р.

2. Ремізов А.Н. - «Медична та біологічна фізика» - 1987

3. Крилов Н.П. і Рокітянскій В.І. - «Ультразвук та його застосування» - 1958р

4. Велика Епоха (The Epoch Times), Росія, http://www.epochtimes.ru/content/view/41551/7/

5. ГОСТ 12.1 003-83* ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.



Чорноморський державний університет
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации