ФИЗИКАУ ЛЬТРАЗВУКА
Физическио есновыу льтразвуково йдиагностики
Ультразвуком называю т звуковы е волны с частото й выш е 2 0 кГ ц н е уловимы е органом слух а человек ,а хот я многи е виды животны х (летучи е мыш ,и рыбы и п ).р могу т воспринимат ь волны данно й частоты . Дл я практическог о применени я в медицин е использую т ультразвуковые волны частото й о т 3 д о 2 0 Мг ц в зависимост и о т показани й к исследованию . Известн ,о чт о волны с высоко й частото й даю т лучш е разрешени е в област и недалеко й о т датчик ,а а волны низко й частоты имеюс твойствп ороникатв ьглубт ьканен ,йо отличаютсб яолен еизким разрешениемч ,т о применим о дл я исследовани я крупны х глубокорасположенны х органо .в Дл я акустическо й ультразвуково ймикроскопип ирименяютсв яолныч с астотов йыш5 е0МГ.ц Ультразвуковы е волны п о направлению подразделяютс я н а продольны ,е поперечны ,е поверхностны ,е игзибны е и п ,.р сред и которы х практическо е применени е в диагностик е имее т волн а с продольным направлением, пр и которо й направлени е колебани й совпадае т с направленностьюи сследовани.я
Длу яльтразвукп арименимыт ежп еараметрыч т и одло ябычныв холЭ .нт :одлинв аолныч ,астот ,а скорость распространени ,яамплитуд,а период , интенсивность.
Частота – этк ооличествп оолнык холебанис в йекунди и узмеряетсг в яерцаГ( хц.)
Длин а волны – расстояние, которо е занимае т волн а в пространств.е Длин а волны зависи т о т интенсивност и волныа( ппаратна я зависимост )ь и свойст в среды, в которо й распространяетс я волн а з(ависимост ь о т физически х акустически х свойст в среды). Измеряетс я в метра х (миллиметра.)х Чем выш е частот а волны , тем меньш е длин а волны (обратна я пропорциональност ,)ь этим и объясняетс я применени е исследовани я органо в н а разно й глубин е в зависимост и о т частоты датчик .а Скорост ьраспространения ультразвуковыв холз нависи тос твойстс вредыч ,астоты ,длиныв олны и измеряетс в яметрас в хекунд( умиллиметра в хмикросекундз В .)уависимосто ис тредыс корость распространени я волны следующа :я костна я ткан ь – окол о 400 ,0 паренхиматозны е органы , мышцы – 150 ,0 жирова я ткан ь -140 0 м/ .с В вакуум е ультразву к н е распространяетс .я Полост ,и содержащи е возду( хлегки е например ) полностью н е проводяу тльтразвуковы е волны , прэ итом имее тместп оолноо етраженив еолн.
Интенсивность – эт о отношени е мощност и волны к площад ,и чере з которую проходиз твуково й пото.к Он а зависи т о т источник а (датчик )а и измеряетс я в ватта х н а квадратны й сантимет р (В/тсм2Ч .)емв ыши ентенсивност( ьмощностз )ьвуковогп оотокт ,аемб ольшд елинв аолны. Датчи к генерирует ультразвуковую волну н е постоянн ,о импульснот ,ак как требуетс я некоторо е врем я ещ е и дл я восприяти я отраженно й волны и дальнейше й обработк и в виде изображени ,я поэтом у такж е следуе т учитыват ь следующие параметры : частота повторени я импульсо ,в
продолжительност ь импульс ,а факто р занятости в(рем я в течени и которог о датчиг кенерируе т данны йимпуль)сп ,ространственна япротяженности ьмпульс.а Такж е датчи к може т производить волну, котора я распространяетс я вглуб ь тканей н а больши е расстояни я (длин а волны больш е поверхност и преобразовател)я с потере й энергии, и ка к следстви е с изменением площад и действия волновог о луча и конусовидным уменьшением распространения волны, либп ороизводит ь волны с мало йдлино йр иасхождениемв олп н омер е удалени я о т датчик .а Во-избежаниэ итог о применяю т фокусны е линзы , позволяющис еохранят ь цилиндрообразноп ерохожденив еолны. з Вависимосто их тарактеристив колны и средыс ,уществуен тесколькв оарианто враспространени я волны: Поглощени.е Пр и прохождениз ивуково й волны черес зреды с низко й эхогенностью( жидкости ) происходип треобразованиз евуковоэ йнергит в иепловую сминимальнымо тражением. Отражени е и преломлени.е Пр и прохождени и звуково й волны чере з границ у сре д с разным акустическим сопротивлени е происходи т в зависимост и о т конфигураци и поверхност и либ о отраженич( еастично е ил и полное ) либ о преломлени.е Кост ,и камн и в желчном ил и мочевом пузырях полностьюо тражаюу тльтразвуковыв еолны. Рассеивание характеризуетс я многократным и отражениям и волны в нескольки х плоскостя х с перекрещиваниемс и мешениемч ,тх оарактернп ори исследованил иегки.х
Ультразвуковы е волны в клиническо й практике производятс я специальным и датчикам и (транcдьюсерам ,ипреобразователямик ,)оторыс еостоя ти зпьезокристало ,внк аоторы еподаетс я электрически й то .к В результат е воздействи я н а кристаллы электрическог о ток ,а он и деформируютс я и производя т периодически е колебани я высоко й частотыс ,оздава я рассеянны й пото к ультразвуковы х волн в виде импульсов . В зависимост и о т количеств а кристалло ,в датчи к охватывае т разны е поверхност и дл я исследовани.я Характерно й особенностью кристалло в являетс я возможность ка к производит ,ь та к и принимат ь ультразвуковые волны , пр и этом колебани я воспринимаемы е датчиком преобразуетс я в электрически й то .к Эт о явлени е называетс япрямо й иобратны йпьезоэлектрическиэ йффек.т Прэ итом1 /1ч 0аст ьработыт ратитс я н а производств о ультразвуковы х вол н и 9/1 0 – н а распознавани .е Кристаллы игзотавливают и з специальныс хплаво:в цирконати алт иитанатс авинц.а Поведенив еолт в нканя х Ка к уж е говорилос ,ь ультразвуковы е волны в тканя х могу т распространятс я по-разном .у В зависимосто иа ткустическогс оопротивлениэ( яхогенностит )канев ,йолны могур таспространятс в я следующин хаправленияп :хоглощенио ,етраженип ,ереломленир ,еассеивание Ткан и подразделяютс я в зависимост и о т акустическог о сопротивлени я гиперэхогенны е э(хопозитивные)– полностьюо тражающиу ельтразвуковыв еолны ,гипоэхогенныэ( ехонегативные ) – отражаю т большую част ь вол н и з поток ,а аэхогенны е – поглощающи е большинств о вол .н Гиперэхогенностт ьканз иависи то тразницыа кустическис хопротивлени йнг араницт екане .йПр и максимально й разниц е отражени е вол н стремитс я к 100% . Полностью отража я ультразвуковы е волны , ткан и формирую т н а сканограмм е белы е област .и Следуе т заметит ,ь чт о воздушны е полост и полностью н е проводя т ультразву ,к рассеива я ег ,о поэтом у ультразву к мал о применим пр и исследовани и легки .х Примеромэ хопозитивныт хкане й являютс я кост ,и камн и в желчном и 5
мочевом пузыряГ .хипоэхогенныт екан иотраэаютчастл ьуче йпоэтом уп обелосеро йшкалт ,екан и отобраэаютс я в в иде е серы х областе й в( различны х серо-белы х модификация .)х Примером данног о вид а ткане й являетс я большинств о органо .в Полностью поглоща я аэхогенны е ткан и выглядя т н а сканограмм е в вид е черны х полосте . й Примером являютс я оганы содержащи е жидкост и– мочево и йжелчный пузырт а ,иакжк еистозныо ебразовани.я
Влияниу ельтразвукн ао арганизм животногч и оеловека.
Многи е исследовател и проводил и испытани я влияни я ультразвуковы х вол н н а организм исследуемоги и осследовател .я Вообщс ечитается, чту ольтразвуковои есследованиа ебсолютнб оезвреднк оа кдли ясследовател я тад и клп яациент.а Однак о доказан ,о чт о пр и высоки х интенсивностя х луче й и продолжительном воздействи и происходи т негативно е действи е н а организм в вид е разрушени я клето к организм а из-з а образованик яавитационны хпузырько в вжидкостк илето ,кразрушаютсэ яритроцитыгу ,нетаютс я клетк и дыхани ,я разрушается витами н С в молок .е Н о данна я интенсивност ь н е применяетс я в практик е ветеринари ,и д а и длительны е исследовани я одног о животног о требуетс я редк о в( среднем исследовани е занимае т окол о 2 мину т пр и наличи и должног о опыт .)а Пр и невысоки х показателяу хльтразвуковыв холп ,нроисходиг типертермическов елиянин ет акано ирганизмч ,ат о улучшаек тровото ,к обменны е процессыу ,лучшает трофикт уканегу ,йнетаетс я микрофлор .а Эт о тч ,отк оасаетси ясследуемог оживотног.о Дл я исследовател я ультразвуковы е волны мене е опасны зи -з а тог ,о чт о пучо к ультразвуковы х вол н направле н н а пациент .а Однак ,о длительны е исследовани я могу т привест и к некоторым отрицательным последствиям . Особенн о становитс я ощутим о пр и непосредственном соприкосновени и оборудовани я с телом организм а (например, пр и фиксаци и сканер а н а пояснице .) Чтобы этог о н е происходил ,о в сумк у дл я фиксаци и производител ь KAIXIN устанавливаюс тпециальнуюа люминиевуюз ащит.у
