Annak ellenére, hogy az ultrahanghullámok tanulmányozása több mint száz éve kezdődött, csak az elmúlt fél évszázadban váltak széles körben használatba az emberi tevékenység különböző területein. Ez az akusztika kvantum és nemlineáris szakaszának, valamint a kvantumelektronika és a szilárdtestfizika aktív fejlődésének köszönhető. Az ultrahang ma már nem csupán az akusztikus hullámok nagyfrekvenciás tartományának megjelölése, hanem a modern fizika és biológia egész tudományos irányzata, amely az ipari, információs és mérési technológiákhoz, valamint a diagnosztikai, sebészeti és terápiás módszerekhez kapcsolódik. modern orvostudomány.
Mi ez?
Minden hanghullám felosztható azokra, amelyek az ember számára hallhatóak - ezek 16-18 ezer Hz-es frekvenciák, és olyanokra, amelyek kívül esnek az emberi érzékelési tartományon - infravörös és ultrahang. Az infrahangon a hanghoz hasonló, de az emberi fül által érzékeltnél alacsonyabb frekvenciájú hullámokat kell érteni. Az infraszonikus tartomány felső határa 16 Hz, az alsó határa 0,001 Hz.
Ultrahang- ezek is hanghullámok, de csak a frekvenciájuk nagyobb, mint amennyit az emberi hallókészülék érzékelni képes. Általában 20 és 106 kHz közötti frekvenciákat jelentenek. Felső határuk attól függ, hogy milyen közegben terjednek ezek a hullámok. Tehát gáznemű közegben a határ 106 kHz, szilárd és folyékony anyagokban pedig eléri az 1010 kHz-et. Az eső, a szél vagy a vízesések zajában, a villámcsapásokban és a tengeri hullám által görgetett kavicsok susogásában ultrahangos komponensek jelennek meg. A bálnák és delfinek, denevérek és éjszakai rovarok az ultrahanghullámok érzékelésének és elemzésének képességének köszönhető, hogy tájékozódnak az űrben.
Egy kis történelem
Az első ultrahang-vizsgálatokat (USA) a 19. század elején F. Savart francia tudós végezte, aki az emberi hallókészülék hallhatóságának felső frekvenciahatárát kívánta megtudni. A jövőben olyan ismert tudósok foglalkoztak az ultrahanghullámok vizsgálatával, mint a német V. Vin, az angol F. G alton, az orosz P. Lebedev és egy csoport diák.
1916-ban P. Langevin francia fizikus, Konstantin Shilovsky orosz emigráns tudóssal együttműködve képes volt kvarcot használni ultrahang fogadására és kibocsátására tengeri mérésekhez és víz alatti objektumok észleléséhez, ami lehetővé tette a kutatók számára az első szonár, amely ultrahang adóból és vevőből áll.
1925-ben az amerikai W. Pierce megalkotott egy, ma Pierce interferométernek nevezett eszközt, amely nagy pontossággal méri a sebességeket és az abszorpciót.ultrahang folyékony és gáz közegben. 1928-ban a szovjet tudós, S. Szokolov volt az első, aki ultrahanghullámokat használt a szilárd anyagok különböző hibáinak, köztük a fémes anyagoknak a kimutatására.
A háború utáni 50-60-as években, egy L. D. Rozenberg vezette szovjet tudóscsoport elméleti fejleményei alapján, az ultrahangot széles körben kezdték el alkalmazni a különböző ipari és technológiai területeken. Ugyanakkor brit és amerikai tudósok munkájának, valamint olyan szovjet kutatók kutatásának köszönhetően, mint R. V. Hokhlova, V. A. Krasilnyikov és még sokan mások, gyorsan fejlődik egy olyan tudományág, mint a nemlineáris akusztika.
Körülbelül ugyanebben az időben történtek az első amerikai kísérletek az ultrahang orvosi alkalmazására.
Szokolov szovjet tudós a múlt század negyvenes éveinek végén kidolgozott egy elméleti leírást egy átlátszatlan tárgyak megjelenítésére tervezett műszerről – egy „ultrahangos” mikroszkópról. E munkák alapján a 70-es évek közepén a Stanford Egyetem szakértői megalkották egy pásztázó akusztikus mikroszkóp prototípusát.
Jellemzők
Ha közös a természetük, a hallható tartomány hullámai, valamint az ultrahanghullámok betartják a fizikai törvényeket. Az ultrahangnak azonban számos olyan funkciója van, amelyek lehetővé teszik a tudomány, az orvostudomány és a technológia különböző területein történő széles körű alkalmazását:
1. Kis hullámhossz. A legalacsonyabb ultrahang tartományban nem haladja meg a néhány centimétert, ami a jel terjedésének sugaras jellegét okozza. Ugyanakkor a hullámfókuszált és lineáris nyalábokkal terjed.
2. Jelentéktelen oszcillációs periódus, ami miatt az ultrahang impulzusokban bocsátható ki.
3. Különféle környezetekben a 10 mm-t meg nem haladó hullámhosszú ultrahang rezgések a fénysugarakhoz hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek, ami lehetővé teszi a rezgések fókuszálását, irányított sugárzás kialakítását, azaz nemcsak az energiát a megfelelő irányba küldi, hanem koncentrálja is szükséges kötet.
4. Kis amplitúdóval nagy értékű rezgési energia érhető el, ami lehetővé teszi nagy energiájú ultrahangmezők és nyalábok létrehozását nagy berendezések használata nélkül.
5. Az ultrahangnak a környezetre gyakorolt hatása alatt számos specifikus fizikai, biológiai, kémiai és orvosi hatás lép fel, mint például:
- diszperzió;
- kavitáció;
- gáztalanítás;
- helyi fűtés;
- fertőtlenítés és így tovább. mások
Megtekintések
Minden ultrahangfrekvenciát három típusra osztanak:
- ULF – alacsony, 20–100 kHz tartományban;
- MF – középtartomány – 0,1–10 MHz;
- UZVCh – nagyfrekvenciás – 10–1000 MHz.
Ma az ultrahang gyakorlati alkalmazása elsősorban az alacsony intenzitású hullámok felhasználása különböző anyagok és termékek belső szerkezetének mérésére, ellenőrzésére és tanulmányozására. A magas frekvenciákat különféle anyagok aktív befolyásolására használják, ami lehetővé teszi tulajdonságaik megváltoztatásátés szerkezete. Számos betegség ultrahangos (különböző frekvenciájú) diagnosztizálása és kezelése a modern orvostudomány különálló és aktívan fejlődő területe.
Hol vonatkozik?
Az elmúlt évtizedekben nemcsak a tudományos teoretikusok érdeklődnek az ultrahang iránt, hanem a gyakorlati szakemberek is, akik egyre inkább bevezetik azt az emberi tevékenység különböző típusaiba. Ma az ultrahangos egységeket a következőkre használják:
| Információk beszerzése az anyagokról | Események | Frekvencia kHz-ben | ||
| tól | to | |||
| Az anyagok összetételére és tulajdonságaira vonatkozó kutatás | szilárd testek | 10 | 106 | |
| folyadékok | 103 | 105 | ||
| gázok | 10 | 103 | ||
| Vezérlőméretek és szintek | 10 | 103 | ||
| Sonar | 1 | 100 | ||
| Defektoszkópia | 100 | 105 | ||
| Orvosi diagnosztika | 103 | 105 | ||
|
Hatások anyagokon |
Forrasztás és bevonat | 10 | 100 | |
| Hegesztés | 10 | 100 | ||
| Plasztikai deformáció | 10 | 100 | ||
| Megmunkálás | 10 | 100 | ||
| Emulgeálás | 10 | 104 | ||
| Kristályosítás | 10 | 100 | ||
| Spray | 10-100 | 103-104 | ||
| Aeroszolos koaguláció | 1 | 100 | ||
| Diszperzió | 10 | 100 | ||
| Tisztítás | 10 | 100 | ||
| Vegyi eljárások | 10 | 100 | ||
| Hatás az égésre | 1 | 100 | ||
| Sebészet | 10-100 | 103 - 104 | ||
| terápia | 103 | 104 | ||
| Jelfeldolgozás és -kezelés | Akusztoelektronikai jelátalakítók | 103 | 107 | |
| Szűrők | 10 | 105 | ||
| Késleltetett sorok | 103 | 107 | ||
| Akusztikai-optikai eszközök | 100 | 105 | ||
A mai világban az ultrahang fontos technológiai eszköz az olyan iparágakban, mint:
- kohászati;
- vegyi;
- mezőgazdasági;
- textil;
- étel;
- farmakológiai;
- gép- és műszergyártás;
- petrolkémiai, finomító és egyebek.
Ezenkívül az ultrahangot egyre gyakrabban használják az orvostudományban. Erről lesz szó a következő részben.
Orvosi felhasználás
A modern gyakorlati gyógyászatban a különböző frekvenciájú ultrahang három fő felhasználási területe van:
1. Diagnosztika.
2. Terápiás.
3. Sebészeti.
Nézzük meg közelebbről mind a három területet.
Diagnosztika
Az orvosi diagnosztika egyik legmodernebb és leginformatívabb módszere az ultrahang. Kétségtelen előnyei: minimális hatás az emberi szövetekre és magas információtartalom.
Amint már említettük, az ultrahang hanghullámok,homogén közegben egyenes vonalban és állandó sebességgel terjed. Ha útjuk során különböző akusztikai sűrűségű területek vannak, akkor a rezgések egy része visszaverődik, másik része megtörik, miközben folytatja egyenes vonalú mozgását. Így minél nagyobb a különbség a határközeg sűrűségében, annál jobban visszaverődnek az ultrahangos rezgések. Az ultrahangvizsgálat modern módszerei helymeghatározóra és áttetszőre oszthatók.
Ultrahangos hely
Egy ilyen vizsgálat során a különböző akusztikus sűrűségű közegek határairól visszaverődő impulzusokat rögzítik. Egy mozgatható érzékelő segítségével beállíthatja a vizsgált tárgy méretét, helyét és alakját.
Átlátszó
Ez a módszer azon a tényen alapul, hogy az emberi test különböző szövetei eltérően szívják fel az ultrahangot. Bármely belső szerv vizsgálata során egy bizonyos intenzitású hullámot irányítanak bele, majd a továbbított jelet a hátoldalról egy speciális érzékelővel rögzítik. A szkennelt objektum képe a „bemeneti” és „kimeneti” jelintenzitás változása alapján reprodukálódik. A kapott információt egy számítógép feldolgozza és konvertálja echogram (görbe) vagy szonogram - kétdimenziós kép formájában.
Doppler-módszer
Ez a legaktívabban fejlődő diagnosztikai módszer, amely pulzáló és folyamatos ultrahangot is használ. A dopplerográfiát széles körben alkalmazzák a szülészetben, a kardiológiában és az onkológiában, ahogy ezt lehetővé tesziKövesse nyomon a kapillárisok és a kis vérerek legkisebb változásait is.
A diagnosztika alkalmazási területei
Ma az ultrahangos képalkotási és mérési módszereket a legszélesebb körben alkalmazzák az orvosi területeken, például:
- szülészet;
- szemészet;
- kardiológia;
- újszülöttek és csecsemők neurológiája;
- belső szervek vizsgálata:
- vese ultrahang;
- máj;
- epehólyag és utak;
- női reproduktív rendszer;
külső és felületes szervek (pajzsmirigy és emlőmirigy) diagnózisa
Használja a terápiában
Az ultrahang fő terápiás hatása annak köszönhető, hogy behatol az emberi szövetekbe, felmelegíti és felmelegíti azokat, valamint mikromasszázst végez az egyes területeken. Az ultrahang mind a közvetlen, mind a közvetett hatásokra alkalmazható a fájdalom fókuszában. Ezenkívül bizonyos körülmények között ezek a hullámok baktericid, gyulladáscsökkentő, fájdalomcsillapító és görcsoldó hatásúak. A terápiás célokra használt ultrahangot feltételesen nagy és alacsony intenzitású rezgésekre osztják.
Az alacsony intenzitású hullámokat használják legszélesebb körben a fiziológiai reakciók vagy az enyhe, nem káros melegedés serkentésére. Az ultrahangos kezelés pozitív eredményeket mutatott az alábbi betegségekben:
- arthritis;
- arthritis;
- myalgia;
- spondylitis;
- neuralgia;
- visszeres és trofikus fekélyek;
- Spondylitis ankylopoetica;
- elhárító endarteritis.
Tanulmányok folynak, amelyek ultrahang segítségével kezelik a Meniere-kórt, tüdőtágulást, nyombél- és gyomorfekélyt, asztmát, otosclerosisot.
Ultrahangos sebészet
Az ultrahanghullámokat használó modern sebészet két területre oszlik:
- a szövetterületek szelektív elpusztítása speciálisan szabályozott, nagy intenzitású ultrahanghullámokkal 106 és 107 Hz; között
- sebészeti műszer használata 20 és 75 kHz közötti ultrahangos rezgésekkel.
A szelektív ultrahangos műtétek egyik példája a kövek ultrahanggal történő aprítása a vesékben. Egy ilyen non-invazív műtét során ultrahanghullám hat a kőre a bőrön keresztül, vagyis az emberi testen kívül.
Sajnos ennek a műtéti módszernek számos korlátja van. Ne használjon ultrahangos zúzást a következő esetekben:
- terhes nők bármikor;
- ha a kövek átmérője több mint két centiméter;
- bármilyen fertőző betegség esetén;
- olyan betegségek jelenlétében, amelyek megzavarják a normál véralvadást;
- súlyos csontsérülések esetén.
Annak ellenére, hogy a vesekövek ultrahangos eltávolítása műtét nélkül történikbemetszés esetén elég fájdalmas, és általános vagy helyi érzéstelenítésben végzik.
A sebészeti ultrahangos műszereket nemcsak a csontok és lágyrészek kevésbé fájdalmas disszekciójára, hanem a vérveszteség csökkentésére is használják.
Fordítsuk figyelmünket a fogászat felé. Az ultrahang kevésbé fájdalmasan távolítja el a fogköveket, és minden más orvosi manipulációt sokkal könnyebb elviselni. Ezenkívül a trauma és az ortopédiai gyakorlatban az ultrahangot a törött csontok integritásának helyreállítására használják. Az ilyen műveletek során a csonttöredékek közötti teret speciális, csontforgácsokból és speciális folyékony műanyagból álló vegyülettel töltik meg, majd ultrahangnak teszik ki, aminek köszönhetően minden alkatrész szorosan összekapcsolódik. Azok, akik olyan sebészeti beavatkozásokon estek át, amelyek során ultrahangot alkalmaztak, különböző véleményeket hagynak - pozitív és negatív egyaránt. Meg kell azonban jegyezni, hogy még mindig több az elégedett páciens!
