Ультразвук. Основные свойства и особенности распространения. Действие ультразвука на биологические ткани. Ультразвук в диагностике

Физика слуха.

Звуковая волна, пройдя наружное ухо, наталкивается на барабанную перепонку, приводя её в движение. Барабанная перепонка через систему слуховых косточек передаёт колебания во внутреннее ухо - улитку. Движение жидкости в вестибулярном и базилярном каналах внутреннего уха заставляет колебаться базилярную мембрану, стимулируя рецепторные клетки.

Среднее ухо системой косточек усиливает давление в 17 раз (или на 25дБ).

Внутреннее ухо заполнено жидкостью. Длина развёрнутой улитки 35мм. Благодаря неоднородным механическим свойствам базилярной мембраны, волны разной частоты приводят в движение различные её участки.

Слуховой аппарат очень чувствителен: пороговые колебания барабанной перепонки составляют 10^-11м.

Локализация источника звука основана на двух механизмах:

При низких частотах ухо улавливает разность фаз звуковой волны в левом и в правом ухе.

При высоких частотах ухо реагирует на разность интенсивностей звука, достигших левого и правого уха. Вокруг головы образуется звуковая тень и если разница будет в 1дБ то можно локализовать источник звука (с точностью + 10⁰).

Ультразвук - механические колебания и волны, частоты которых более 20 кГц. Верхний предел ультразвуковых частот - 10⁹ – 10¹⁰ Гц.

Для генерирования ультразвука применяют излучатели, основанные на обратном пьезоэффекте, который заключается в механической деформации тел под действием электрического поля. Для регистрации ультразвука может быть использован прямой пьезоэффект, когда под действием механической деформации тела возникает электрическое поле.

Применение ультразвука в медицине связано с его особенностями распространения и характерными свойствами. Отражение ультразвуковых волн (УЗ) на границе двух сред зависит от соотношения их волновых сопротивлений. Так, УЗ хорошо отражается на границах мышца – надкостница – кость, на поверхности полых органов и т.д. Поэтому можно определить расположение и размер неоднородных включений, полостей, внутренних органов и т.п. (УЗ – локация). При УЗ – локации используют как непрерывное, так и импульсное излучения. В первом случае исследуется стоячая волна, возникающая при интерференции падающей и отраженной волн от границы раздела. Во втором случае наблюдается отраженный импульс и измеряют время распространения ультразвука до исследуемого объекта и обратно. Зная скорость распространения ультразвука, определяют глубину залегания объекта.

Волновое сопротивление биологических сред в 3000 раз больше волнового сопротивления воздуха. Поэтому, если УЗ - излучатель приложить к телу человека, то УЗ не проникнет внутрь, а будет отражаться из-за тонкого слоя воздуха между излучателем и биологическим объектом. Чтобы исключить воздушный слой, поверхность УЗ –излучателя покрывают слоем масла.

Скорость распространения УЗ и их поглощение существенно зависят от состояния среды; на этом основано использование ультразвука для изучения молекулярных свойств вещества. Исследования такого рода являются предметом молекулярной акустики.

При распространении ультразвука в среде возникают зоны сжатия и разряжения, которые приводят к образованию разрывов жидкости – кавитации.

Кавитации существуют недолго и быстро захлопываются, при этом в небольших объемах выделяется значительная энергия, что приводит к разогреванию вещества, а также ионизации и диссоциации молекул.

Применение ультразвука в медицине можно разбить на два основных направления: диагностику и терапию.

К первому направлению относятся локационные методы с использованием главным образом импульсного излучения. Это эхоэнцефалография, ультразвуковая кардиография, в офтальмологии – для определения размеров глазных сред.

Основное применение ультразвука в терапии основано на механическим и тепловым действием на ткани. При операциях ультразвук применяют как ультразвуковой скальпель.

63. Инфразвук. Физическая характеристика инфразвука. Биофизическое действие ультразвука. ( (Рем.,стр168)

Инфразвук – механические колебания с частотой меньше 20 Гц. Человеческое ухо не способно воспринимать такие колебания.

Источники инфразвука могут быть природными (грозовые разряды, землетрясения) и искусственными (взрывы, насосы).

Свойства: слабо поглощается (поэтому распространяется на большие расстояния), хорошо дифрагирует (т.е. огибает препятствия),

Биофизическое действие связано с резонансными явлениями, которые возникают в некоторых системах организма из-за близости собственных частот к частоте инфразвуковых колебаний. Частота собственных колебаний тала человека в положении лёжа – 3-4 Гц, стоя – 5-12 Гц, грудной клетки и отдельных органов брюшной полости – 3-8 Гц.

64. Электропроводность биологических тканей. Физические основы реографии. Импеданс биологических тканей.(Губанов: С.217-230)

Электрические свойства биологических объектов (БО) изменяются при действии различных физических и химических факторов внешней и внутренней среды организма: температуры, объема, концентрации электролитов, содержания форменных элементов крови, изменения структурных параметров тканей и др. Т.о., электрические свойства БО несут информацию о показателях нормального функционирования и о возможных патологических отклонениях.

Полное сопротивление ткани электрическому току Z имеет две составляющих: омическое сопротивление Ro и емкостное сопротивление Хс и находится по формуле:

м одель биообъекта

Z= Ö Ro² + Хс ², емкостное Хс сопротивление находится по формуле:

Хс= 1 / wC, где w - циклическая частота и она связана с частотой f, тока проходящего через ткань следующей зависимостью: w = 2Pf

1) Наиболее характерным свойством живых тканей является дисперсия электропроводности, которая присуща только живым тканям.

Дисперсия – это зависимость электрических свойств живых тканей от частоты проходящего тока. Различают три вида дисперсии электропроводности биологических тканей a-,b- и g-. Первой области дисперсии соответствует диапазон частот до 1000 Гц, второй области от 1 кГц до 10 МГц и третьей- свыше 1000 МГц.

Реография основана на выделении из комплексного электрического сопротивления биологических тканей переменной компоненты активной (омической) составляющей сопротивления (импеданса), которая наиболее тесно связана с пульсовыми колебаниями кровенаполнения. Выделение полезного сигнала с графической регистрацией его и лежит в основе реографии. Омическая составляющая выделяется благодаря выбору такой частоту переменного тока (от 30 до 200 кГц), которая позволяет существенно уменьшить вклад в общее сопротивление емкостной составляющей.