Применение ультразвука в биологии и медицине

1. Применение ультразвука в биологии и медицине

Исполнитель:
Пьянкова З. А., ЕНМ-251-707

2.

Ультразвук. Основные физические параметры
Ультразвук – высокочастотные механические колебания частиц среды, которые
распространяются в ней в виде попеременных сжатий и разрежений вещества.
Частота ультразвуковых колебаний лежит в неслышном акустическом диапазоне
(выше20 000 Гц).
Частота колебаний – число чередований сжатий и разряжений в единицу
времени. Единица измерения в СИ – герц (Гц). 1 Гц – одно колебание в
секунду. В терапевтической практике ультразвук используют в диапазоне
частот 800-3000 кГц (1 кГц=1000 Гц).
Глубина проникновения УЗ-колебаний зависит от их частоты. Чем
больше частота колебаний, тем меньше глубина проникновения и наоборот.
при частоте 1600-3000 кГц ультразвук проникает на глубину 1-1,5 см
(поглощается кожей).
при частоте 800-900 кГц – на 4-5 см.
при частоте 20-45 кГц проникает на глубину 8-14 см.

3.

Ультразвук. Основные физические параметры
Интенсивность ультразвуковых колебаний –
это количество энергии, проходящее через 1 см² площади излучателя
аппарата в течение 1 секунды. Ед. измер. в системе СИ – Вт/см².
Применяемую в физиотерапевтической и косметологической практике
интенсивность ультразвуковых колебаний условно подразделяют на:
•малую(0,05-0,4 Вт/см²) – стимулирующее действие
•среднюю(0,5-0,8 Вт/см²) – корригирующее действие (противовоспалительное,
обезболивающее)
•большую(0,9-1,2 Вт/см²) – рассасывающее действие.

4. Скорость распространения звуковой волны

Кость
4080 м/с
Ткань
1540 м/с
Воздух
330 м/с
Скорость
Чем ближе молекулы вещества (выше плотность), тем
лучше вещество проводит звук.
Скорость распространения ультразвуковой волны необходимо знать для вычисления
расстояний между объектами, а также нахождения глубины их залегания. Средняя
скорость распространения УЗ в мягких тканях 1540 м/с.

5.

Специфические особенности ультразвука
Малая длина волны. Для самого низкого ультразвукового диапазона длина волны не
превышает в большинстве сред нескольких сантиметров. Малая длина волны
обуславливает лучевой характер распространения УЗ волн. Вблизи излучателя
ультразвук распространяется в виде пучков по размеру близких к размеру излучателя.
Малый период колебаний, что позволяет излучать ультразвук в виде импульсов и
осуществлять в среде точную временную селекцию распространяющихся сигналов.
Возможность получения высоких значений энергии колебаний при малой амплитуде.
Это позволяет создавать УЗ пучки и поля с высоким уровнем энергии, не требуя при
этом крупногабаритной аппаратуры.
В ультразвуковом поле развиваются значительные акустические течения. Поэтому
воздействие ультразвука на среду порождает специфические эффекты: физические,
химические, биологические и медицинские. Такие как кавитация, звукокапиллярный
эффект, диспергирование, эмульгирование, дегазация, обеззараживание, локальный
нагрев и др.
Ультразвук неслышим и не создаёт дискомфорта обслуживающему персоналу.

6.

Механизм действия ультразвука
Механический фактор
Смена фаз сжатия и
разрежения вещества при
прохождении УЗ-колебаний,
с переменным акустическим
давлением.
Микромассаж
клеток
и
тканей,
изменение
функционального состояния
клеток:
повышается
проницаемость
клеточных
мембран,
усиливаются
процессы
диффузии
и
осмоса,
изменяется
кислотно-щелочное
равновесие,
пространственное
взаимоотношение
субмикроскопических
структур в клетке.
Термический фактор
Физико-химический
фактор
УЗ-колебания
вызывают
сложные
физикохимические
реакции
в
тканях.
Они
ускоряют
перемещение
биологических молекул в
клетках, что увеличивает
вероятность их участия в
метаболических процессах.
Этому
же
способствует
разрыв
слабых
межмолекулярных
связей,
переход
ионов
и
биологически
активных
соединений в свободное
состояние.
При увеличении интенсивности
ультразвука
на
границе
неоднородных биологических сред
образуются сильно затухающие
поперечные волны и выделяется
значительное количество тепла.
Из-за
поглощения
энергии
ультразвуковых колебаний в тканях
происходит
повышение
температуры.
Повышение температуры в тканях
способствует
расширению
кровеносных и лимфатических
сосудов, увеличивается объемный
кровоток в тканях, повышается
степень
их
оксигенации
и
интенсивности
метаболизма.
Проявляется
противовоспалительное
и
рассасывающее действие УЗ.

7.

Ультразвуковые исследования в медицине
Принцип работы ультразвуковой системы
В медицинской ультразвуковой диагностике используют частоты диапазона от 2
до 10 МГц. Конкретное значение определяется объектом исследования: для
исследования органов брюшной полости и забрюшинного пространства, а также
полости малого таза используется частота 2,5 – 3,5 МГц, а для исследования
щитовидной железы – 7,5 МГц.

8.

Получение изображения при УЗИ
Сильное отражение (высокая
плотность ткани): гиперэхогенные
структуры (белые) – кости,
диафрагма, кокременты.
Отражение слабее – эхогенные
структуры (серые) – большинство
плотных органов, мышцы.
Слабое отражение –
гипоэхогенные структуры
(темные) – кровь, жидкость
внутри мочевого и желчного
пузырей.

9. Частота датчика и разрешение

Ультразвуковые исследования в медицине
Частота датчика и разрешение
↓ частоты= ↑ глубины проникновения.
3МГц-датчик проникнет глубоко в тело,
однако разрешение полученной картинки
хуже, чем при использовании 12 МГц.
↑ частоты = ↑ разрешения
12 МГц – датчик: высокое разрешение,
но минимальная глубина.
Удобен на шее и в подмышечной
области.

10.

Режим воздействия,
растространение УЗ-волн
Режим воздействия может быть непрерывным и импульсным.
При непрерывном режиме ультразвук в виде непрерывного
потока направляют в ткани. Непрерывный режим работы,
сопровождающийся большим выделением тепла, используется
для повышения интенсивности воздействия. При импульсном
режиме посылаемая энергия чередуется с паузами.
Импульсные режимы используют для достижения нетепловых
эффектов.
Ультразвуковые волны распространяются перпендикулярно от пластины излучателя.
Пластина вибрирует с частотой ультразвука, передавая механические колебания тканям.
Поскольку в воздухе ультразвуковые волны практически не распространяются (гаснут),
обязательно между пластиной излучателя и кожей должна быть контактная среда (гель,
масло, вода).
Продольная волна приводит к сжатию-разрежению среды вдоль направления
приложения силы: вибрация уходит вглубь тканей.
Поперечная, или сдвиговая волна, распространяется перпендикулярно приложенной
силе – как круги на воде. Такая волна распространяется не в толще тканей, а на границе
раздела двух сред (на поверхности воды, на границе кожи и воздуха).

11.

Разрушение клеточных структур (лизис) посредством
ультразвука применяется для извлечения межклеточных
соединений в целях микробной инактивации.
Извлечение белков и ферментов, хранящихся в клетках и
внутриклеточных частицах, является уникальным и эффективным
применением высокоинтенсивного ультразвука, так как извлечение
органических соединений, содержащихся в теле растений и в
семенах
Применение ультразвука в биологии связано с его способностью
вызывать мутации