På trods af det faktum, at undersøgelsen af ultralydsbølger begyndte for mere end hundrede år siden, er de kun i det sidste halve århundrede blevet meget udbredt inden for forskellige områder af menneskelig aktivitet. Dette skyldes den aktive udvikling af både kvante- og ikke-lineære sektioner af akustikken og kvanteelektronik og faststoffysik. I dag er ultralyd ikke kun en betegnelse for det højfrekvente område af akustiske bølger, men en hel videnskabelig retning inden for moderne fysik og biologi, som er forbundet med industrielle, informations- og måleteknologier samt diagnostiske, kirurgiske og terapeutiske metoder. moderne medicin.
Hvad er det her?
Alle lydbølger kan opdeles i dem, der er hørbare for mennesker - det er frekvenser fra 16 til 18 tusinde Hz, og dem, der er uden for menneskelig perception - infrarød og ultralyd. Infralyd forstås som bølger, der ligner lyd, men med frekvenser, der er lavere end dem, det menneskelige øre opfatter. Den øvre grænse for det infrasoniske område er 16 Hz, og den nedre grænse er 0,001 Hz.
Ultralyd- det er også lydbølger, men kun deres frekvens er højere end det menneskelige høreapparat kan opfatte. Som regel betyder de frekvenser fra 20 til 106 kHz. Deres øvre grænse afhænger af det medium, hvori disse bølger udbreder sig. Så i et gasformigt medium er grænsen 106 kHz, og i faste stoffer og væsker når den 1010 kHz. Der er ultralydskomponenter i støjen fra regn, vind eller vandfald, lynudladninger og raslen fra småsten rullet af havbølgen. Det er takket være evnen til at opfatte og analysere ultralydsbølger, at hvaler og delfiner, flagermus og nataktive insekter orienterer sig i rummet.
Lidt historie
De første undersøgelser af ultralyd (US) blev udført i begyndelsen af det 19. århundrede af den franske videnskabsmand F. Savart, som forsøgte at finde ud af den øvre frekvensgrænse for hørbarhed af det menneskelige høreapparat. I fremtiden var så kendte videnskabsmænd som tyskeren V. Vin, englænderen F. G alton, russeren P. Lebedev og en gruppe studerende engageret i undersøgelsen af ultralydsbølger.
I 1916 var den franske fysiker P. Langevin i samarbejde med den russiske emigrantforsker Konstantin Shilovsky i stand til at bruge kvarts til at modtage og udsende ultralyd til marine målinger og detektere undervandsobjekter, hvilket gjorde det muligt for forskere at skabe den første ekkolod, bestående af sender og modtager af ultralyd.
I 1925 skabte amerikaneren W. Pierce en enhed, i dag kaldet Pierce interferometer, som måler hastigheder og absorption med stor nøjagtighedultralyd i væske- og gasmedier. I 1928 var den sovjetiske videnskabsmand S. Sokolov den første til at bruge ultralydsbølger til at detektere forskellige defekter i faste stoffer, herunder metalliske.
I efterkrigstidens 50-60'ere, baseret på den teoretiske udvikling af et hold af sovjetiske videnskabsmænd ledet af L. D. Rozenberg, begyndte ultralyd at blive meget brugt i forskellige industrielle og teknologiske områder. Samtidig er en sådan videnskabelig disciplin som ikke-lineær akustik i hastig udvikling, takket være britiske og amerikanske videnskabsmænds arbejde samt sovjetiske forskere som R. V. Khokhlova, V. A. Krasilnikov og mange andre.
Omkring samme tid blev de første amerikanske forsøg på at bruge ultralyd i medicin gjort.
Den sovjetiske videnskabsmand Sokolov udviklede i slutningen af 40'erne af forrige århundrede en teoretisk beskrivelse af et instrument designet til at visualisere uigennemsigtige objekter - et "ultralyds" mikroskop. Baseret på disse værker skabte eksperter fra Stanford University i midten af 70'erne en prototype af et scannende akustisk mikroskop.
Funktioner
Har en fælles karakter, adlyder bølgerne i det hørbare område, såvel som ultralydsbølger, fysiske love. Men ultralyd har en række funktioner, der gør det muligt at bruge den i vid udstrækning inden for forskellige områder inden for videnskab, medicin og teknologi:
1. Lille bølgelængde. For det laveste ultralydsområde overstiger det ikke et par centimeter, hvilket forårsager strålenaturen af signaludbredelsen. Samtidig er bølgenfokuseret og forplantet af lineære stråler.
2. Ubetydelig oscillationsperiode, på grund af hvilken ultralyd kan udsendes i pulser.
3. I forskellige miljøer har ultralydsvibrationer med en bølgelængde på ikke over 10 mm egenskaber, der ligner lysstråler, hvilket gør det muligt at fokusere vibrationer, danne rettet stråling, det vil sige ikke kun sende energi i den rigtige retning, men også koncentrere den i påkrævet volumen.
4. Med en lille amplitude er det muligt at opnå høje værdier af vibrationsenergi, hvilket gør det muligt at skabe højenergi-ultralydsfelter og stråler uden brug af stort udstyr.
5. Under påvirkning af ultralyd på miljøet er der mange specifikke fysiske, biologiske, kemiske og medicinske effekter, såsom:
- dispersion;
- kavitation;
- afgasning;
- lokalvarme;
- desinfektion og mere. andre
Visninger
Alle ultralydsfrekvenser er opdelt i tre typer:
- ULF - lav, med et område på 20 til 100 kHz;
- MF - mellemområde - fra 0,1 til 10 MHz;
- UZVCh - højfrekvens - fra 10 til 1000 MHz.
I dag er den praktiske brug af ultralyd primært brugen af lav-intensitetsbølger til at måle, kontrollere og studere den interne struktur af forskellige materialer og produkter. Højfrekvente bruges til aktivt at påvirke forskellige stoffer, hvilket giver dig mulighed for at ændre deres egenskaberog struktur. Diagnose og behandling af mange sygdomme med ultralyd (ved hjælp af forskellige frekvenser) er et separat og aktivt udviklende område af moderne medicin.
Hvor gælder det?
I de seneste årtier er ikke kun videnskabelige teoretikere interesserede i ultralyd, men også praktikere, der i stigende grad introducerer det i forskellige typer af menneskelig aktivitet. I dag bruges ultralydsenheder til:
| Indhentning af oplysninger om stoffer og materialer | Begivenheder | Frekvens i kHz | ||
| fra | til | |||
| Forskning i stoffers sammensætning og egenskaber | faste kroppe | 10 | 106 | |
| væsker | 103 | 105 | ||
| gases | 10 | 103 | ||
| Kontrol størrelser og niveauer | 10 | 103 | ||
| Ekkolod | 1 | 100 | ||
| Defektoskopi | 100 | 105 | ||
| Medicinsk diagnostik | 103 | 105 | ||
|
Impacts om stoffer |
Lodning og plettering | 10 | 100 | |
| Svejsning | 10 | 100 | ||
| Plastisk deformation | 10 | 100 | ||
| Bearbejdning | 10 | 100 | ||
| Emulsification | 10 | 104 | ||
| Crystallization | 10 | 100 | ||
| Spray | 10-100 | 103-104 | ||
| Aerosolkoagulation | 1 | 100 | ||
| Dispersion | 10 | 100 | ||
| Rengøring | 10 | 100 | ||
| Kemiske processer | 10 | 100 | ||
| Inflydelse på forbrænding | 1 | 100 | ||
| Kirurgi | 10 til 100 | 103 til 104 | ||
| Terapi | 103 | 104 | ||
| Signalbehandling og -styring | Akustoelelektroniske transducere | 103 | 107 | |
| Filtre | 10 | 105 | ||
| Forsinkede linjer | 103 | 107 | ||
| Akusto-optiske enheder | 100 | 105 | ||
I dagens verden er ultralyd et vigtigt teknologisk værktøj i industrier som:
- metallurgisk;
- kemikalie;
- agricultural;
- tekstil;
- mad;
- farmakologisk;
- maskine- og instrumentfremstilling;
- petrokemi, raffinering og andet.
Desuden bliver ultralyd i stigende grad brugt i medicin. Det er det, vi vil tale om i næste afsnit.
Medicinsk brug
I moderne praktisk medicin er der tre hovedområder for anvendelse af ultralyd af forskellige frekvenser:
1. Diagnostisk.
2. Terapeutisk.
3. Kirurgisk.
Lad os se nærmere på hvert af disse tre områder.
Diagnose
En af de mest moderne og informative metoder til medicinsk diagnostik er ultralyd. Dens utvivlsomme fordele er: minimal indvirkning på menneskeligt væv og højt informationsindhold.
Som allerede nævnt er ultralyd lydbølger,formerer sig i et homogent medium i en lige linje og med konstant hastighed. Hvis der er områder med forskellige akustiske tætheder på vej, så reflekteres en del af svingningerne, og den anden del brydes, mens den fortsætter sin retlinede bevægelse. Jo større forskellen er i tætheden af grænsemedierne, jo flere ultralydsvibrationer reflekteres. Moderne metoder til ultralydsundersøgelse kan opdeles i lokaliseret og gennemskinnelig.
ultrasonisk placering
I processen med en sådan undersøgelse optages pulser, der reflekteres fra grænserne for medier med forskellige akustiske tætheder. Ved hjælp af en bevægelig sensor kan du indstille størrelsen, placeringen og formen af det objekt, der undersøges.
Translucent
Denne metode er baseret på det faktum, at forskellige væv i den menneskelige krop absorberer ultralyd forskelligt. Under undersøgelsen af ethvert indre organ ledes en bølge med en vis intensitet ind i det, hvorefter det transmitterede signal optages fra bagsiden med en speciel sensor. Billedet af det scannede objekt gengives baseret på ændringen i signalintensiteten ved "input" og "output". Den modtagne information behandles og konverteres af en computer i form af et ekkogram (kurve) eller et sonogram - et todimension alt billede.
Doppler-metode
Dette er den mest aktivt udviklende diagnostiske metode, som bruger både pulseret og kontinuerlig ultralyd. Dopplerografi er meget udbredt inden for obstetrik, kardiologi og onkologi, som det tilladerspor selv de mindste ændringer i kapillærer og små blodkar.
Anvendelsesområder for diagnostik
I dag er ultralydsbilleddannelse og -målingsmetoder mest udbredt inden for medicinske områder såsom:
- obstetrik;
- oftalmologi;
- kardiologi;
- neurologi af nyfødte og spædbørn;
- undersøgelse af indre organer:
- nyre-ultralyd;
- lever;
- galdeblære og kanaler;
- kvindeligt reproduktive system;
diagnose af eksterne og overfladiske organer (skjoldbruskkirtler og mælkekirtler)
Brug i terapi
Den vigtigste terapeutiske effekt af ultralyd skyldes dets evne til at trænge ind i menneskeligt væv, varme op og varme dem op og udføre mikromassage af individuelle områder. Ultralyd kan bruges til både direkte og indirekte effekter på smertens fokus. Derudover har disse bølger under visse forhold en bakteriedræbende, antiinflammatorisk, smertestillende og krampeløsende virkning. Ultralyd, der bruges til terapeutiske formål, er betinget opdelt i høj- og lavintensitetsvibrationer.
Det er bølgerne med lav intensitet, der er mest udbredt til at stimulere fysiologiske reaktioner eller let, ikke-skadelig opvarmning. Ultralydsbehandling har vist positive resultater ved sygdomme som:
- gigt;
- gigt;
- myalgi;
- spondylitis;
- neuralgi;
- åreknuder og trofiske sår;
- ankyloserende spondylitis;
- udsletter endarteritis.
Undersøgelser er i gang, der bruger ultralyd til at behandle Menieres sygdom, emfysem, duodenale og mavesår, astma, otosklerose.
Ultralydkirurgi
Moderne kirurgi ved hjælp af ultralydsbølger er opdelt i to områder:
- selektiv ødelæggelse af vævsområder med specielle kontrollerede ultralydsbølger med høj intensitet med frekvenser fra 106 til 107 Hz;
- brug af et kirurgisk instrument med overlejrede ultralydsvibrationer fra 20 til 75 kHz.
Et eksempel på selektiv ultralydskirurgi er knusning af sten ved ultralyd i nyrerne. I processen med en sådan ikke-invasiv operation virker en ultralydsbølge på stenen gennem huden, det vil sige uden for den menneskelige krop.
Desværre har denne kirurgiske metode en række begrænsninger. Brug ikke ultralydsknusning i følgende tilfælde:
- gravide kvinder når som helst;
- hvis diameteren af stenene er mere end to centimeter;
- for alle infektionssygdomme;
- i nærvær af sygdomme, der forstyrrer normal blodkoagulation;
- i tilfælde af alvorlige knoglelæsioner.
På trods af at fjernelse af nyresten ved ultralyd udføres uden at opereresnit, det er ret smertefuldt og udføres under generel eller lokalbedøvelse.
Kirurgiske ultralydsinstrumenter bruges ikke kun til mindre smertefuld dissektion af knogler og blødt væv, men også til at reducere blodtab.
Lad os vende vores opmærksomhed mod tandpleje. Ultralyd fjerner tandsten mindre smertefuldt, og alle andre læges manipulationer er meget lettere at bære. Derudover bruges ultralyd i traumer og ortopædisk praksis til at genoprette integriteten af brækkede knogler. Under sådanne operationer fyldes mellemrummet mellem knoglefragmenterne med en speciel forbindelse bestående af knoglechips og en speciel flydende plastik, og derefter udsættes den for ultralyd, på grund af hvilken alle komponenter er fast forbundet. De, der har gennemgået kirurgiske indgreb, hvor ultralyd blev brugt, efterlader forskellige anmeldelser - både positive og negative. Det skal dog bemærkes, at der stadig er flere tilfredse patienter!
