Huolimatta siitä, että ultraäänia altojen tutkimus aloitettiin yli sata vuotta sitten, niitä on vasta viimeisen puolen vuosisadan aikana alettu käyttää laaj alti ihmisen toiminnan eri aloilla. Tämä johtuu sekä akustiikan kvantti- että epälineaarisen osion sekä kvanttielektroniikan ja solid-state fysiikan aktiivisesta kehittämisestä. Nykyään ultraääni ei ole vain akustisten a altojen suurtaajuisen alueen nimitys, vaan koko nykyaikainen fysiikan ja biologian tieteellinen suunta, joka liittyy teolliseen, tieto- ja mittaustekniikkaan sekä diagnostisiin, kirurgisiin ja terapeuttisiin menetelmiin. nykyaikainen lääketiede.
Mikä tämä on?
Kaikki ääniaallot voidaan jakaa ihmisille kuuluviin - nämä ovat taajuuksia 16-18 tuhatta Hz, ja niihin, jotka ovat ihmisen havainnointialueen ulkopuolella - infrapuna- ja ultraääni. Infraäänellä tarkoitetaan äänen k altaisia a altoja, joiden taajuudet ovat alhaisemmat kuin ihmiskorvan havaitsemat. Infraäänialueen yläraja on 16 Hz ja alaraja 0,001 Hz.
Ultraääni- Nämä ovat myös äänia altoja, mutta vain niiden taajuus on suurempi kuin ihmisen kuulokoje pystyy havaitsemaan. Yleensä ne tarkoittavat taajuuksia 20 - 106 kHz. Niiden yläraja riippuu väliaineesta, jossa nämä aallot etenevät. Joten kaasumaisessa väliaineessa raja on 106 kHz, ja kiinteissä aineissa ja nesteissä se saavuttaa 1010 kHz. Ultraäänikomponentteja on sateen, tuulen tai vesiputousten melussa, salamapurkauksissa ja meren aallon pyörittämien kivien kahinassa. Ultraäänia altojen havaitsemis- ja analysointikyvyn ansiosta valaat ja delfiinit, lepakot ja yölliset hyönteiset suuntautuvat avaruudessa.
Hieman historiaa
Ensimmäiset ultraäänitutkimukset (USA) suoritti 1800-luvun alussa ranskalainen tiedemies F. Savart, joka pyrki selvittämään ihmisen kuulokojeen kuuluvuuden ylätaajuuden rajan. Jatkossa ultraäänia altoja tutkivat tunnetut tiedemiehet, kuten saksalainen V. Vin, englantilainen F. G alton, venäläinen P. Lebedev ja joukko opiskelijoita.
Vuonna 1916 ranskalainen fyysikko P. Langevin pystyi yhteistyössä venäläisen emigranttitutkijan Konstantin Shilovskyn kanssa vastaanottamaan ja lähettämään ultraääntä merimittauksissa ja havaitsemaan vedenalaisia kohteita, minkä ansiosta tutkijat pystyivät luomaan ensimmäisen kaikuluotain, joka koostuu ultraäänen lähettimestä ja vastaanottimesta.
Vuonna 1925 amerikkalainen W. Pierce loi laitteen, jota nykyään kutsutaan Pierce-interferometriksi ja joka mittaa nopeuksia ja absorptiota suurella tarkkuudellaultraääni neste- ja kaasuväliaineissa. Neuvostoliiton tiedemies S. Sokolov käytti vuonna 1928 ensimmäisenä ultraäänia altoja havaitakseen erilaisia vikoja kiinteissä aineissa, mukaan lukien metalliset.
Sodan jälkeisellä 50-60-luvulla ultraääntä alettiin käyttää laaj alti erilaisilla teollisuuden ja teknologian aloilla L. D. Rozenbergin johtaman Neuvostoliiton tiedemiesryhmän teoreettisen kehityksen perusteella. Samaan aikaan brittiläisten ja amerikkalaisten tutkijoiden työn sekä Neuvostoliiton tutkijoiden, kuten R. V. Khokhlovan, V. A. Krasilnikovin ja monien muiden tutkimusten ansiosta epälineaarisen akustiikan k altainen tieteellinen tieteenala kehittyy nopeasti.
Noin samaan aikaan tehtiin ensimmäiset amerikkalaiset yritykset käyttää ultraääntä lääketieteessä.
Neuvostoliiton tiedemies Sokolov kehitti viime vuosisadan 40-luvun lopulla teoreettisen kuvauksen instrumentista, joka oli suunniteltu visualisoimaan läpinäkymättömiä esineitä - "ultraääni" mikroskoopista. Näiden töiden perusteella Stanfordin yliopiston asiantuntijat loivat 70-luvun puolivälissä skannaavan akustisen mikroskoopin prototyypin.
Ominaisuudet
Yhteisen luonteen vuoksi kuultavissa olevat aallot sekä ultraääniaallot noudattavat fyysisiä lakeja. Mutta ultraäänellä on useita ominaisuuksia, jotka mahdollistavat sen laajan käytön tieteen, lääketieteen ja tekniikan eri aloilla:
1. Pieni aallonpituus. Alimmalla ultraäänialueella se ei ylitä muutamaa senttimetriä, mikä aiheuttaa signaalin etenemisen sädeluonteen. Samaan aikaan a altotarkennettu ja levitetty lineaarisilla säteillä.
2. Merkittävä värähtelyjakso, jonka vuoksi ultraääni voi lähteä pulsseina.
3. Ultraäänivärähtelyillä, joiden aallonpituus on enintään 10 mm, on erilaisissa ympäristöissä valonsäteitä vastaavia ominaisuuksia, mikä mahdollistaa värähtelyjen fokusoinnin, suunnatun säteilyn muodostamisen, eli ei vain lähetä energiaa oikeaan suuntaan, vaan myös keskittää sen vaadittu määrä.
4. Pienellä amplitudilla on mahdollista saada korkeita värähtelyenergian arvoja, mikä mahdollistaa korkeaenergisten ultraäänikenttien ja -säteiden luomisen ilman suuria laitteita.
5. Ultraäänen vaikutuksen alaisena ympäristöön on monia erityisiä fysikaalisia, biologisia, kemiallisia ja lääketieteellisiä vaikutuksia, kuten:
- dispersio;
- kavitaatio;
- kaasunpoisto;
- paikallinen lämmitys;
- desinfiointi ja paljon muuta. muut
Näkymät
Kaikki ultraäänitaajuudet on jaettu kolmeen tyyppiin:
- ULF - matala, alueella 20–100 kHz;
- MF - keskialue - 0,1 - 10 MHz;
- UZVCh - korkea taajuus - 10 - 1000 MHz.
Nykyään ultraäänen käytännön käyttö on ensisijaisesti matalaintensiteettisten a altojen käyttöä eri materiaalien ja tuotteiden sisäisen rakenteen mittaamiseen, ohjaukseen ja tutkimiseen. Korkeataajuuksia käytetään vaikuttamaan aktiivisesti eri aineisiin, mikä antaa sinun muuttaa niiden ominaisuuksiaja rakenne. Monien sairauksien diagnosointi ja hoito ultraäänellä (eri taajuuksilla) on erillinen ja aktiivisesti kehittyvä nykyajan lääketieteen ala.
Missä sitä sovelletaan?
Viime vuosikymmeninä ultraäänestä ei ole kiinnostuneita vain tieteellisiä teoreetikkoja, vaan myös ammatinharjoittajia, jotka ottavat sitä yhä enemmän käyttöön erilaisissa ihmisen toiminnassa. Nykyään ultraäänilaitteita käytetään:
| Tietojen hankkiminen aineista ja materiaaleista | Tapahtumat | Taajuus kHz | ||
| alkaen | to | |||
| Aineiden koostumuksen ja ominaisuuksien tutkimus | kiinteät rungot | 10 | 106 | |
| nesteet | 103 | 105 | ||
| kaasut | 10 | 103 | ||
| Ohjauskoot ja -tasot | 10 | 103 | ||
| Luotain | 1 | 100 | ||
| Defektoskopia | 100 | 105 | ||
| Lääketieteellinen diagnostiikka | 103 | 105 | ||
|
Vaikutukset aineista |
Juotos ja pinnoitus | 10 | 100 | |
| Hitsaus | 10 | 100 | ||
| Plastinen muodonmuutos | 10 | 100 | ||
| Työstö | 10 | 100 | ||
| Emulgointi | 10 | 104 | ||
| Kyteytys | 10 | 100 | ||
| Spray | 10-100 | 103-104 | ||
| Aerosolikoagulaatio | 1 | 100 | ||
| Dispersio | 10 | 100 | ||
| Siivous | 10 | 100 | ||
| Kemialliset prosessit | 10 | 100 | ||
| Vaikutus palamiseen | 1 | 100 | ||
| Leikkaus | 10 - 100 | 103 - 104 | ||
| terapia | 103 | 104 | ||
| Signaalin käsittely ja hallinta | Akustoelektroniset muuntimet | 103 | 107 | |
| Suodattimet | 10 | 105 | ||
| Viivelinjat | 103 | 107 | ||
| Akustooptiset laitteet | 100 | 105 | ||
Ultraääni on nykymaailmassa tärkeä teknologinen työkalu seuraavilla aloilla:
- metallurginen;
- kemiallinen;
- maatalous;
- tekstiili;
- ruoka;
- farmakologinen;
- kone- ja instrumenttivalmistus;
- petrokemian, jalostuksen ja muut.
Lisäksi ultraääntä käytetään yhä enemmän lääketieteessä. Siitä puhumme seuraavassa osiossa.
Lääketieteellinen käyttö
Nykyaikaisessa käytännön lääketieteessä on kolme eri taajuuksisen ultraäänen käyttöaluetta:
1. Diagnostiikka.
2. Terapeuttinen.
3. Kirurginen.
Katsotaanpa kutakin näistä kolmesta alueesta lähemmin.
Diagnoosi
Yksi nykyaikaisimmista ja informatiivisimmista lääketieteellisen diagnostiikan menetelmistä on ultraääni. Sen kiistattomat edut ovat: minimaalinen vaikutus ihmisen kudoksiin ja korkea tietosisältö.
Kuten jo mainittiin, ultraääni on äänia altoja,etenee tasaisessa väliaineessa suorassa linjassa ja vakionopeudella. Jos matkalla on alueita, joilla on erilainen akustinen tiheys, niin osa värähtelyistä heijastuu ja toinen osa taittuu jatkaen samalla suoraviivaista liikettään. Siten mitä suurempi on rajaväliaineen tiheyden ero, sitä enemmän ultraäänivärähtelyt heijastuvat. Nykyaikaiset ultraäänitutkimuksen menetelmät voidaan jakaa paikallisiin ja läpikuultaviin.
Ultraäänisijainti
Tällaisessa tutkimuksessa tallennetaan pulsseja, jotka heijastuvat eri akustisen tiheyden omaavien välineiden rajoista. Siirrettävän anturin avulla voit määrittää tutkittavan kohteen koon, sijainnin ja muodon.
Läpinäkyvä
Tämä menetelmä perustuu siihen, että ihmiskehon eri kudokset absorboivat ultraääntä eri tavalla. Minkä tahansa sisäelimen tutkimuksen aikana siihen ohjataan tietyn intensiteetin a alto, jonka jälkeen lähetetty signaali tallennetaan kääntöpuolelta erityisellä anturilla. Skannatun kohteen kuva toistetaan signaalin intensiteetin muutoksen perusteella "tulossa" ja "lähdössä". Vastaanotetut tiedot käsitellään ja muunnetaan tietokoneella kaikukuvan (käyrän) tai sonogrammin - kaksiulotteisen kuvan - muodossa.
Doppler-menetelmä
Tämä on aktiivisimmin kehittyvä diagnostiikkamenetelmä, jossa käytetään sekä pulssi- että jatkuvaa ultraääntä. Dopplerografiaa käytetään laajasti synnytys-, kardiologiassa ja onkologiassa sen salliessaseuraa pienimpiäkin muutoksia kapillaareissa ja pienissä verisuonissa.
Diagnostiikan sovellusalat
Nykyään ultraäänikuvaus- ja mittausmenetelmiä käytetään laajimmin lääketieteen aloilla, kuten:
- synnytys;
- silmälääketiede;
- kardiologia;
- vastasyntyneiden ja imeväisten neurologia;
- sisäelinten tutkimus:
- munuaisten ultraääni;
- maksa;
- sappirakko ja tiehyet;
- naisen lisääntymisjärjestelmä;
ulko- ja pinnallisten elinten (kilpirauhanen ja maitorauhaset) diagnoosi
Käytä terapiassa
Ultraäänen tärkein terapeuttinen vaikutus johtuu sen kyvystä tunkeutua ihmiskudoksiin, lämmittää ja lämmittää niitä sekä suorittaa yksittäisten alueiden mikrohierontaa. Ultraääntä voidaan käyttää sekä suoriin että epäsuoriin vaikutuksiin kipukohdassa. Lisäksi näillä aalloilla on tietyissä olosuhteissa bakteereja tappava, anti-inflammatorinen, kipua lievittävä ja antispasmodinen vaikutus. Terapeuttisiin tarkoituksiin käytettävä ultraääni jaetaan ehdollisesti korkean ja matalan intensiteetin tärinään.
Matalin intensiteetin a altoja käytetään yleisimmin stimuloimaan fysiologisia vasteita tai lievää, vahingoittamatonta kuumenemista. Ultraäänihoito on osoittanut positiivisia tuloksia sairauksissa, kuten:
- niveltulehdus;
- niveltulehdus;
- myalgia;
- spondyliitti;
- neuralgia;
- suonikohjut ja trofiset haavat;
- Selkärankareuma;
- hävittävä endarteriitti.
Menieren taudin, emfyseeman, pohjukaissuolen ja mahahaavan, astman, otoskleroosin hoitoon ultraäänellä on meneillään tutkimuksia.
Ultraäänikirurgia
Ultraäänia altoja käyttävä moderni kirurgia on jaettu kahteen alueeseen:
- kudosalueiden valikoiva tuhoaminen erityisillä kontrolloiduilla korkean intensiteetin ultraääniaaloilla taajuuksilla 106 - 107 Hz;
- käyttämällä kirurgista instrumenttia, jonka ultraäänivärähtelyt ovat 20–75 kHz.
Esimerkki valikoivasta ultraäänileikkauksesta on kivien murskaus ultraäänellä munuaisissa. Tällaisessa ei-invasiivisessa leikkauksessa ultraäänia alto vaikuttaa kiveen ihon läpi eli ihmiskehon ulkopuolella.
Valitettavasti tällä kirurgisella menetelmällä on useita rajoituksia. Älä käytä ultraäänimurskausta seuraavissa tapauksissa:
- raskaana olevat naiset milloin tahansa;
- jos kivien halkaisija on yli kaksi senttimetriä;
- tartuntataudeille;
- jos on sairauksia, jotka häiritsevät normaalia veren hyytymistä;
- vaikeiden luuvaurioiden tapauksessa.
Huolimatta siitä, että munuaiskivien poisto ultraäänellä suoritetaan ilman leikkaustaviillot, se on melko tuskallista ja tehdään yleispuudutuksessa tai paikallispuudutuksessa.
Kirurgisia ultraääniinstrumentteja ei käytetä ainoastaan luun ja pehmytkudosten kivuliaaseen dissektioon, vaan myös verenhukan vähentämiseen.
Käännetään huomiomme hammashoitoon. Ultraääni poistaa hammaskivet kivuttomammin ja kaikki muut lääkärin manipulaatiot ovat paljon helpompia kestää. Lisäksi trauma- ja ortopedisessa käytännössä ultraääntä käytetään murtuneiden luiden eheyden palauttamiseen. Tällaisten toimenpiteiden aikana luufragmenttien välinen tila täytetään erityisellä yhdisteellä, joka koostuu luulastuista ja erityisestä nestemäisestä muovista, ja sitten se altistetaan ultraäänelle, minkä ansiosta kaikki komponentit ovat tiukasti kiinni. Ne, jotka ovat käyneet läpi kirurgisia toimenpiteitä, joiden aikana käytettiin ultraääntä, jättävät erilaisia arvioita - sekä positiivisia että negatiivisia. On kuitenkin huomattava, että tyytyväisiä potilaita on yhä enemmän!
