Зміст
ультразвук доплер кровотік вібрація
1. Фізичніоснови діїультразвукових хвиль на речовину. Низькочастотний і високочастотний ультразвук
2. Фізичніоснови застосування ультразвукових хвиль в медицині Ультразвукова діагностика.Хірургічне і терапевтичне застосування ультразвуку
3. ЕфектДоплера та його застосування для неінвазивного вимірювання швидкості кровотоку
4. Інфразвук,особливості його поширення. Фізичні основи дії інфразвуку набіологічні системи
5. Вібрації,їх фізичні характеристики
Список використанихджерел
1. Фізичні основидії ультразвукових хвиль на речовину. Низькочастотний і високочастотнийультразвук
Ультразвуком називаютьпружні механічні коливання та хвилі, частота яких перевищує 20 кГц,поширюються у формі поздовжніх хвиль в різних середовищах. Верхньою межеюУЗ частот вважають 106 - 107 кГц. Ця межа визначається міжмолекулярнимивідстанями і тому залежить, від агрегатного стану речовини, в якомупоширюється УЗ хвиля.
Джерела і приймачіакустичних коливань і ультразвуку (рис. 1).
Ультразвук виходить здопомогою апаратів, заснованих на використанні явищ магнітострикції (принизьких частотах) або зворотного п'єзоелектричного ефекту (при високих).Магнітострикція полягає в зміні довжини (подовження і укорочення)феромагнітного стрижня, вміщеного в високочастотне магнітне поле, зчастотою зміни напряму поля.
Рис. 1 - магнітострикційнихвипромінювач УЗ: 1 - хвилевід, 2 - концентратор звукової хвилі, 3 - сердечник, 4- Обмотка магнитострикционного перетворювача, 5 - дроти до генератораелектричних коливань
Зворотнийп'єзоелектричний ефект полягає в зміні розміру (подовження івкорочення) кристалічної пластинки (кварц, сегнетова сіль, титанат барію)під дією високочастотного електричного поля (до 3 мГц).
Рис. 2 - П'єзоелектричнийвипромінювач УЗ
Електромагнітнівипромінювачі -отримання коливань рухомої механічною системою під дієюелектромагніту, збуджуваного змінним струмом 10 Вё 200Гц - 1 Вё 2кГц (рис. 2).
Електродинамічнівипромінювачі - взаємодія магнітних полів нерухомого постійного магніту ізвукової котушки (або стрижня), що живиться змінним струмом (50 - 5000 Гц).
Існують також і аеро-і гідродинамічні випромінювачі низькочастотного ультразвуку.
Приймачі УЗ -електроакустичні перетворювачі. До них відносяться в першу чергуп'єзоелектричні перетворювачі, магнітострикційні, напівпровідникові тапьезополупроводніковие, електростатичні приймачі та електродинамічні.
Термічні приймачі -для вимірювання інтенсивності УЗ.
Коливання розмірів тіла,посилені шляхом використання явища резонансу (тобто коли частотаприкладеної змінної напруги збігається із власною частотою коливаньпластинки), викликають у навколишньому тіло рідкому або газоподібному середовищі поздовжнюпружну УЗ хвилю.
УЗ хвиля, як і звукова, складається з чергуються ділянокзгущення і розрідження частинок середовища. Швидкості поширення звукових та УЗ хвильприблизно однакові. Довжина УЗ хвиль значно менше довжини звукових хвиль. Взв'язку з цим УЗ хвилі від плоского джерела поширюються спрямованимпотоком (УЗ промінь) і легко фокусуються. УЗ хвиля має значно більшуінтенсивність, ніж звукова. Вона може досягати декілька ват наквадратний сантиметр, а при фокусуванні хвилі в невеликому об'ємі середовища - сотеньі тисяч Вт/см 3 . Якщо I = 10 Вт/см 3 ,то це в 10000 разів більше сили звуку в повітрі від великого оркестру при йогомаксимальному звучанні (10 -3 Вт/см 2 ).
У залежності від частотиприйнято ділити ультразвук на 3 діапазони: низькою (1.5.104 - 105 Гц), середньої(105 - 107 Гц) і високої (107 - 109 Гц) частоти.
Біологічна діяультразвуку в чому визначається частотою ультразвукової хвилі, а томурозрізняється для низькочастотних і високочастотних ультразвукових коливань.
При поширенніультразвукових коливань в середовищі їх інтенсивність слабшає (для багатьох середовищобернено пропорційно квадрату відстані від джерела). Втрата енергіївідбувається внаслідок поглинання ультразвукових коливань середовищем, якезалежить від в'язкості і теплопровідності середовища. УЗ хвилі особливо високоючастоти, порядку сотень кілогерц, сильно поглинаються повітрям, а такожвідбиваються від поверхні розділу твердої чи рідкої середовища і газу. Томуконтакт між джерелом УЗ і опромінюваної середовищем не повинен містити повітряноїпрошарку. З біологічних середовищ найменше поглинання ультразвукових хвильхарактерно для жирових тканин. У м'язової тканини поглинання ультразвуку вдвічівище, а в сірій речовині мозку - в 2 рази більше, ніж у білому. Поглинанняультразвуку тканинами істотно залежить від частоти ультразвукових коливань -зростає зі збільшенням частоти. Тому низькочастотний ультразвук поглинаєтьсятканинами слабкіше, ніж високо-і середньочастотний, а проникає на значно більшуглибину. У середньому, ультразвук частотою 22-44 кГц може проникати на глибину до16-24 см, у той час як ультразвук частотою 800 кГц - на 7-9 см.
Поширенняультразвукових коливань у середовищі супроводжується виникненням ряду механічних,фізичних (а також і теплових) і хімічних ефектів. До первинних фізичнимефектів належать змінне рух частинок в напрямку поширенняультразвуку, на частинки діє змінне акустичне тиск.
Для ультразвуку великийінтенсивності (~ 10 Вт/см2) амплітуди зміщення частинок і амплітуди їх швидкостейвідносно невеликі, але надзвичайно велика амплітуда прискорень. Амплітудаприскорень може в десятки тисяч і в сотні тисяч разів перевершувати прискорення силитяжкості. Амплітуда тисків може мати величину кількох атмосфер.
Поширенняультразвуку високої потужності низької і середньої частоти супроводжується явищем,названим кавітацією. Зі збільшенням частоти ультразвукових коливаньймовірність виникнення кавітації різко зменшується, у зв'язку з цимвисокочастотний ультразвук виявляється менш небезпечний для біологічних об'єктів(Використовується в основному для ультразвукової діагностики).
При поширенні УЗхвиль великої інтенсивності в рідині в місцях розрідження відбувається розривсуцільності середовища - виникає кавітаційний бульбашка. Утворенийу фазі розрідження газова бульбашка досить швидко захлопується під впливомнаступного стиску. Це явище називають акустичної кавітацією .Вона досить ефективно трансформує відносно низьку середню щільністьенергії звукового поля в високу щільність енергії, концентрується в малихобсягах всередині і поблизу від захлопується бульбашки. Цим обумовлена ​​ролькавітації у виникненні цілого ряду УЗ ефектів (збудження люмінесценції,ініціювання хімічних реакцій, деградація полімерів і біомакромолекул,бактерицидну дію, руйнування тваринних і рослинних клітин і їх органелі т.д.), які спостерігаються в інтенсивних УЗ полях.
За сучаснимиуявленням механізм біологічної дії ультразвуку протікає по 3шляхах:
1. поглинання УЗ намолекулярному рівні і перетворення його енергії в тепло, викликає незворотнізміни;
2. розсіювання - процес,залежить від співвідношення розміру об'єкта і довжини хвилі УЗ;
3. кавітація, яка призводитьдо механічних розривів в структурах, розщеплення молекул води ( Н2О В® Н + ОН ) з утворенням реакційно-здатнихпродуктів, які взаємодіють з речовинами, що входять до складу клітиннихоболонок або мембран.
Важливо, що результатомкавітаційних процесів є порушення структури і повне руйнуванняструктури біологічних об'єктів: порушення структури біомакромолекул веде допорушення або втрати функції більш великих біооб'єктів - клітин, органів абоорганізмів. Так, УЗ руйнує багато мікроорганізмів, проявляючи бактерициднудію. Оскільки спостережуваний біологічний ефект є результатвзаємодії фізичних і біологічних факторів,...
