Каталог книг

Ультразвук в медицине. Физические основы применения

Перейти в магазин

Сравнить цены

Описание

В коллективной монографии авторов из Великобритании и США изложены физические основы механизмов биологического действия ультразвука на организм человека и его применений в хирургии и терапии, а также описаны методы визуализации биологических тканей, внутренних органов, движущихся сред и структур в организме человека. Для физиков, разрабатывающих новые ультразвуковые методы для применения в медицине и биологии, инженеров, создающих ультразвуковую аппаратуру, а также для медиков и биологов, применяющих эти методы и технику. Монография также может быть использована как учебное пособие для студентов и аспирантов, специализирующихся в области медицинской физики. Издание 2-е, переработанное и дополненное.

Сравнить Цены

Предложения интернет-магазинов
Р. Дикинсон,Р. Эккерсли,С. Лиман,Д. Нассири,А. П. Сарвазян,К. Хилл,Дж. Бэмбер,Г. Тер Хаар Ультразвук в медицине. Физические основы применения Р. Дикинсон,Р. Эккерсли,С. Лиман,Д. Нассири,А. П. Сарвазян,К. Хилл,Дж. Бэмбер,Г. Тер Хаар Ультразвук в медицине. Физические основы применения 1199 р. ozon.ru В магазин >>
Акопян В. Б., Ершов Ю. А., Щукин С. И. Ультразвук в медицине, ветеринарии и биологии. Учебное пособие для бакалавриата и магистратуры Акопян В. Б., Ершов Ю. А., Щукин С. И. Ультразвук в медицине, ветеринарии и биологии. Учебное пособие для бакалавриата и магистратуры 829 р. ozon.ru В магазин >>
Юрий Алексеевич Ершов Ультразвук в медицине, ветеринарии и биологии 2-е изд., испр. и доп. Учебное пособие для бакалавриата и магистратуры Юрий Алексеевич Ершов Ультразвук в медицине, ветеринарии и биологии 2-е изд., испр. и доп. Учебное пособие для бакалавриата и магистратуры 379 р. litres.ru В магазин >>
Ершов Юрий Алексеевич, Акопян Валентин Бабкенович, Щукин Сергей Игоревич Ультразвук в медицине, ветеринарии и биологии. Учебное пособие для бакалавриата и магистратуры Ершов Юрий Алексеевич, Акопян Валентин Бабкенович, Щукин Сергей Игоревич Ультразвук в медицине, ветеринарии и биологии. Учебное пособие для бакалавриата и магистратуры 799 р. ozon.ru В магазин >>
Геннадий Кузнецов Вакуумная и плазменная электроника Геннадий Кузнецов Вакуумная и плазменная электроника 616 р. litres.ru В магазин >>
Усыченко В. Электронная синергетика Физические основы самоорг… Усыченко В. Электронная синергетика Физические основы самоорг… 248 р. chitai-gorod.ru В магазин >>
Умрихин В. Физические основы электроники. Учебное пособие Умрихин В. Физические основы электроники. Учебное пособие 496 р. chitai-gorod.ru В магазин >>

Статьи, обзоры книги, новости

Медицинский портал - Применение ультразвука в медицине

Применение ультразвука в медицине

  • Автор: Хилл К., Миллер Э.
  • Жанр: Биофизика
  • Год выпуска: 1989
  • Формат: DJVU
  • Ссылка для скачивания:скачать книгу

Применение ультразвука в медицине. Физические основы.

Перевод с английского под редакцией: Гаврилова Р.Л., Сарвазяна А.П.

Коллективная монография афторов из Великобритании и США содержит изложение физических основ применения ультразвука в медицине и описание методов визуализации и характеристики биологических тканей, внутренних органов, движущихся сред и структур в организме человека, а также механизмов биологического действия ультразвука.

Для физиков, разрабатывающих новые ультразвуковые методы для применения в медицине и биологии, инженеров, создающих ультразвуковую аппаратуру, а также для медиков и биологов, применяющих эту технику.

Глава 1. Теоритические основы акустики (Э. Миллер)

Глава 2. Генерация акустических полей и их структура (К. Хилл)

Глава 3. Прием и измерение ультразвука (Э. Миллер, К. Хилл)

Глава 4. Затухание и поглощение ультразвука (ДЖ. Бэмбер)

Глава 5. Скорость звука (Дж. Бэмбер)

Глава 6. Отражение и рассеяние ультразвука (Р.Дикинсон)

ЧАСТЬ II. МЕТОДЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЯ

Глава 7. Визуализация в медицине (К. Хилл)

Глава 8. Эхо-импульсные методы визуализации и измерений (К. Хилл)

Глава 9. Прочие методы визуализации (К. Хилл)

Глава 10. Телегистология (К. Хилл)

Глава 11. Доплеровские методы (П. Фиш)

ЧАСТЬ III. БИОФИЗИКА УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ЭФФЕКТОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Глава 12. Биофизика ультразвуковых эффектов (Г. тер Хаар)

Глава 13. Применение ультразвука в терапии и хирургии (Г. тер Хаар)

Глава 14. Оценка безопасности применения ультразвука в медицине (Г. тер Хаар)

Источник:

difmed.ru

Применение ультразвука в медицине: Физические основы

Ультразвук в медицине. Физические основы применения

Применение ультразвука в медицине: Физические основы: Пер. с англ./Под ред. К. Хилла. — М.: Мир, 1989. — 568 с.

Коллективная монография авторов из Великобритании и США содержит изложение физических основ применения ультразвука в медицине и описание методов визуализации и характеризации биологических тканей, внутренних органов, движущихся сред и структур в организме человека, а также механизмов биологического действия ультразвука.

Для физиков, разрабатывающих новые ультразвуковые методы для применения в медицине и биологии, инженеров, создающих ультразвуковую аппаратуру, а также для медиков и биологов, применяющих эту технику.

Оглавление

Часть I. Физические основы

Часть II. Методы визуализации и исследования

Копирование информации со страницы разрешается только с указанием ссылки на данный сайт

Источник:

sci.sernam.ru

Ультразвук и его применения в медицине - Студопедия

Ультразвук и его применения в медицине

Ультразвуком (УЗ) называют механические колебания и волны с частотами более 20 кГц.

Верхним пределом ультразвуковых частот условно можно счи­тать 10 9 —10 10 Гц. Этот предел определяется межмолекулярными расстояниями и поэтому зависит от агрегатного состояния веще­ства, в котором распространяется ультразвуковая волна.

Для генерирования УЗ используются устройства, называемые УЗ-излучателями. Наибольшее распространение получили элек­тромеханические излучатели, основанные на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта (см. § 12.7). Обратный пьезоэффект заключается в механической деформации тел под действием элект­рического поля. Основной частью такого излучателя (рис. 6.13, а) является пластина или стержень 1 из вещества с хорошо выражен­ными пьезоэлектрическими свойствами (кварц, сегнетова соль, ке­рамический материал на основе титаната бария и др.). На поверх­ность пластины в виде проводящих слоев нанесены электроды 2. Если к электродам приложить переменное электрическое напряже­ние от генератора 3, то пластина благодаря обратному пьезоэффекту начнет вибрировать, излучая механическую волну соответствую­щей частоты.

Наибольший эффект излучения механической волны возникает при выполнении условия резонанса (см. § 5.5). Так, для пластин толщиной 1 мм резонанс возникает для кварца на частоте 2,87 МГц, сегнетовой соли — 1,5 МГц и титаната бария — 2,75 МГц.

Приемник УЗ можно создать на осно­ве пьезоэлектрического эффекта (пря­мой пьезоэффект). В этом случае под действием механической волны (УЗ-волны) возникает деформация кристалла (рис. 6.13, б), которая приводит при пьезоэффекте к генерации переменно­го электрического поля; соответствую­щее электрическое напряжение может быть измерено.

Применение УЗ в медицине связано с особенностями его распространения и характерными свойствами. Рассмот­рим этот вопрос.

По физической природе УЗ, как и звук, является механической (упругой) волной. Однако длина волны УЗ существенно меньше длины звуко­вой волны. Так, например, в воде длины волн равны 1,4 м (1 кГц, звук), 1,4 мм (1 МГц, УЗ) и 1,4 мкм (1 ГГц, УЗ). Дифракция волн (см. § 19.5) существенно зависит от соотношения длины волны и размеров тел, на которых волна дифрагирует. Непрозрачное (для звука) тело размером 1 м не будет препятствием для звуковой волны с длиной 1,4 м, но станет преградой для УЗ-волны с длиной 1,4 мм: возникнет «УЗ-тень». Это позволяет в некоторых случаях не учиты­вать дифракцию УЗ-волн, рассматривая при преломлении и отраже­нии эти волны как лучи (аналогично преломлению и отражению световых лучей).

Отражение УЗ на границе двух сред зависит от соотношения их волновых сопротивлений (см. § 6.4). 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 наблюдают 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 наличия тонкого слоя воздуха между излучателем и биологическим объектом (см. § 6.4). Чтобы исключить воздуш­ный слой, поверхность УЗ-излучателя покрывают слоем масла.

Скорость распространения ультразвуковых волн 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.

Как видно из (5.56), интенсивность волны пропорциональна квадрату круговой частоты, поэтому можно получить УЗ значи­тельной интенсивности даже при сравнительно небольшой ампли­туде колебаний. Ускорение частиц, колеблющихся в УЗ-волне, также может быть большим [см. (5.14)], что говорит о наличии су­щественных сил, действующих на частицы в биологических тка­нях при облучении УЗ.

Сжатия и разрежения, создаваемые ультразвуком, приводят к образованию разрывов сплошности жидкости — кавитаций.

Кавитации существуют недолго и быстро захлопываются, при этом в небольших объемах выделяется значительная энергия, происходит разогревание вещества, а также ионизация и диссо­циация молекул.

Физические процессы, обусловленные воздействием УЗ, вызы­вают в биологических объектах следующие основные эффекты:

- микровибрации на клеточном и субклеточном уровне;

- перестройку и повреждение биологических мембран, изменение проницаемости мембран (см. гл. 11);

- разрушение клеток и микроорганизмов.

Медико-биологические приложения ультразвука можно в ос­новном разделить на два направления: методы, диагностики и исследования и методы воздействия.

К первому направлению относятся локационные методы с ис­пользованием главным образом импульсного излучения. Это эх-энцефалография — определение опухолей и отека головного моз­га (на рис. 6.14 показан эхоэнцефалограф «Эхо-12»); ультразву­ковая кардиография — измерение размеров сердца в динамике; в офтальмологии — ультразвуковая локация для определения размеров глазных сред. С помощью ультразвукового эффекта До­плера изучают характер движения сердечных клапанов и измеря­ют скорость кровотока. С диагностической целью по скорости ультразвука находят плотность сросшейся или поврежденной кости.

Ко второму направлению относится ультразвуковая физио­терапия. На рис. 6.15показан используемый для этих целей ап­парат УТП-ЗМ. Воздействие ультразвуком на пациента произво­дят с помощью специальной излучательной головки аппарата

Обычно для терапевтических целей применяют ультразвук часто­той 800 кГц, средняя его интенсивность около 1 Вт/см 2 и меньше.

Первичными механизмами ультразвуковой терапии являются механическое и тепловое действия на ткань.

При операциях ультразвук применяют как «ультразвуковой скальпель», способный рассекать и мягкие, и костные ткани.

Способность ультразвука дробить тела, помещенные в жид­кость, и создавать эмульсии используется в фармацевтической промышленности при изготовлении лекарств. При лечении таких заболеваний, как туберкулез, бронхиальная астма, катар верхних дыхательных путей, применяют аэрозоли различных лекарствен­ных веществ, полученные с помощью ультразвука.

В настоящее время разработан новый метод «сваривания» по­врежденных или трансплантируемых костных тканей с помощью ультразвука (ультразвуковой остеосинтез).

Губительное воздействие ультразвука на микроорганизмы ис­пользуется для стерилизации.

Интересно применение ультразвука для слепых. Благодаря ультразвуковой локации с помощью портативного прибора «Ори­ентир» можно обнаруживать предметы и определять их характер на расстоянии до 10 м.

Перечисленные примеры не исчерпывают всех медико-биоло­гических применений ультразвука, перспектива расширения этих приложений поистине огромна. Так, можно ожидать, напри­мер, появления принципиально новых методов диагностики с внедрением в медицину ультразвуковой голографии (см. § 19.8).

Источник:

studopedia.ru

Описание ультразвук в медицине: физические основы применения

Ультразвук в медицине: физические основы применения

Вы всегда можете уточнить цену на сайте интернет магазина

Вы можете приобрести "Ультразвук в медицине: физические основы применения" по цене дешевле, чем в обычных магазинах, для этого перейдите по ссылке "Купить". Перед покупкой вы сможете уточнить цену и наличие на сайте продавца. Вы так же сможете использовать различные варианты оплаты товара, наиболее удобные для Вас. Информацию о способах оплаты и доставки Вы сможете узнать на странице магазина, после того, как перейдете по ссылке Купить Ультразвук в медицине: физические основы применения.

Описание товара

В коллективной монографии авторов из Великобритании и США изложены физические основы механизмов биологического действия ультразвука на организм человека и его применений в хирургии и терапии, а также описаны методы визуализации биологических тканей, внутренних органов, движущихся сред и структур в организме человека. Для физиков, разрабатывающих новые ультразвуковые методы для применения в медицине и биологии, инженеров, создающих ультразвуковую аппаратуру, а также для медиков и биологов. посмотреть полное описание

Характеристики Рекомендуем также следующие похожие товары на данный товар Фундаментальные физические постоянные в историческом и методологическом аспектах

Монография посвящена истории возникновения и развития концепции фундаментальных физических постоянных, играющей центральную роль в современной физике. В первой части представлена история появления в физике таких постоянных, как скорость..

Основы научной астрологии в банковском деле

В данном руководстве описаны транзиты Юпитера и Сатурна к планетам натальной космограммы банка. Быстрые планеты (такие, как Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс) не вызывают значительных событий в жизни и деятельности банка в транзитах, а..

Эзотерика в помощь медицине

Автор опирается в этой книге на Сокровенные Медицинские Знания, переданные человечеству Великими Учителями Духовной Иерархии, а также Мартинусом, датским Посвященным высокой степени, и известными индийскими йогами. Адресовано «и врачам.

Ключи к эфиру. В 2-х книгах. Книга 2. Основы мастерства: Опыт, практические советы

Книга написана на основе уникального профессионального опыта журналистов и содержит много практических советов: как оформить эфир радиостанции, как работать звукорежиссеру, как вести прямой репортаж и спортивные трансляции, как создавать..

Основы инвестиционного менеджмента. В 2-х томах. Том 2

В книге рассматривается основной круг вопросов управления инвестиционной деятельностью предприятий в современных условиях. В пей изложен теоретический базис управления инвестициями; сформулированы сущность, цель и функции инвестиционного..

Психосоматика в восточной медицине. Клиника. Акупунктура. Гомеопатия

Известный ученый и писатель Э.И. Гоникман в своей книге предлагает методы профилактики и ранней диагностики возможных психических нарушений на основе генетической информации, заложенной в китайских меридианах, и интеграционный подход к их..

Источник:

minemegashop.ru

История вопроса использования ультразвука в медицине

История вопроса использования ультразвука в медицине

По специальности «Ультразвуковая диагностика»

Рекомендовано к изданию в качестве курса лекций по специальности «Ультразвуковая диагностика» Учебно-методическим советом БелМАПО

протокол № ___ от ___ _______ 2008г.

Раздел 2.1. Физические основы ультразвука.

ТЕМА: Основные положения акустики.

(автор – доцент, д.м.н. Кушнеров А.И.)

1.История вопроса использования ультразвука в медицине.

2.Физические основы акустики.

3.Физические аспекты ультразвука, нашедшие применение в медицине.

История вопроса использования ультразвука в медицине.

Изучение принципов ультразвуковой диагностики предполагает знание элементарных теоретических основ акустики. Догадку о том, что причиной безошибочного полета летучих мышей в темноте являются неслышимые человеческим ухом зву­ковые колебания, высказал в конце XVI-гo века итальянец Спаланцани, однако, для ее практического подтверждения понадобилось полтора столетия. Официальная история изучения ультразвука начинается в 1880 году, когда выдающийся физик Пьер Кюри, работая вместе с братом Жаком, открыл явление пьезоэффекта, суть которого за­ключается в появлении на гранях кварцевой пластинки при ее сжатии электрических зарядов. Через год это явление, получившее название прямого пьезоэффекта, было теоретически обосновано другим французским ученым Г. Липманом, который также описал и принцип обратного пьезоэффекта -деформации пьезоматериала под действием разности электрических потенциалов. В течение нескольких десятилетий эти открытия не получали должного признания и применения. Лишь в 1916 году начинается практическое использование ультразвукового устройства –на подводных лодках устанавливаются первые ультразвуковые эхолокаторы для обнаружения кораблей противника.

В 1929 году российским исследователем С.Я.Соколовым были заложены основы ультразвуковой дефектоскопии в технике и промышленности (обнаружение скрытых дефектов в металлических изделиях, бетонных блоках и т.п.). Для этого создаются специальные ультразвуковые устройства, послужившие впоследствии прототипами медицинских диагностических аппаратов. С их помощью и были произведены отдельные попытки получения ультразвуковой информации о состоянии внутренних органов человека. Вскоре появляются первые, относительно простые по устройству медицинские аппараты, работающие в одномерном режиме. Они сделали возможным в эксперименте и клинической практике увидеть изображение камней желчного пузыря, зарегистрировать смещение срединных структур головного мозга при наличии в полости черепа гематомы или опухоли и др. В середине 50-х годов начинается успешное применение ультразвукового диагностического метода в офтальмологии, публикуются первые работы по диагностике опухолей молочной железы. Это время отмечено появлением аппаратов, дающих двумерное (В-метод) изображение внутренних органов (ультразвуковую томограмму), а также теоретическими и экспериментальными исследованиями применения доплеровских систем в диагностике.

В течение следующих 15-20 лет аппаратура значительно совершенствуется, создаются устройства «серой шкалы», дающие изображения с большим количеством деталей и тонкими градациями структуры, разрабатываются первые модели аппаратов быстрого сканирования (в реальном масштабе времени). Постепенно формируется облик современного ультразвукового диагностического аппарата, оснащенного большим количеством сменных датчиков, имеющего встроенные блоки для измерений, расчетов различных биологических параметров и, наконец, систему компьютерной обработки изображения.

2. Физические основы акустики.Область физики, изучающая колебательные движения в упругих (твердой, жидкой и газообразной) средах, называется акустикой. Акустика первоначально возникла как наука, исследующая звуковые, т.е. слышимые ухом, колебания. Но, в настоящее время предметом изучения акустики являются и другие механические колебания, которые недоступны слуху человека из-за очень низкой (инфразвук) или высокой (ультразвук) и сверхвысокой (гиперзвук) частоты.

Ультразвуковая волна - это звуковые колебания, превосходящие по частоте определенный порог. Диапазон слышимости звука у человека составляет 20-20 000 Гц. Диапазон черно-белого изображения ультразвука (режим серой шкалы) 2-15 МГц; доплеровские частоты несколько ниже.

В диагностической аппаратуре используется лишь относительно небольшой участок ультразвукового диапазона. Это связано с тем, что колебания высокой частоты не могут глубоко проникать в ткани, а низкие частоты не обес­печивают достаточного качества изображения из-за невысокого разрешения. Самые высокие рабочие частоты имеют датчики офтальмологических аппаратов, низкие - ультразвуковых остеометров и синускопов.

Звуковыми, а также ультра-, гипер- или инфразвуковыми - в зависимости от частоты называются колебания, распространяющиеся в виде продольной волны. Продольная волна представляет собой периодические (повторяющиеся) перемещения частиц среды вперед-назад от положения равновесия. При этом, одни частицы среды толкают другие, находящиеся перед ними и возвращаются на место. Такая волна называется продольной, поскольку перемещение частиц среды происходит по направлению воздействия возмущающего фактора, в отличие от поперечной волны, когда направление колебаний частиц перпендикулярно действующей силе.

Колебательные движения описываются значением ряда параметров: амплитуды, периода, частоты колебаний, длины волны и др.

В тканях тела распространяются только продольные волны, которые представляют собой возвратно-поступательные перемещения частиц среды. Так как продольная волна представляет собой чередующиеся зоны разрежения и сжатия вещества среды, частота колебаний является числом сжатий и разрежений в единицу времени. Измеряется эта величина в герцах (1Гц = одному сжатию + разрежению за одну секунду). Период колебаний - это время, за которое происходит одно сжатие и одно разрежение, т.е. величина, обратная частоте колебаний.

где Т — период колебаний, с;

f —частота колебаний, Гц.

Длина волны характеризуется расстоянием между соседними участками с одинаковой степенью разрежения или сжатия. Это расстояние проходит волна за период одного колебания.

Длина волны, частота, период и скорость распространения колебаний связаны между собой простой зависимостью:

где X —длина волны, м;

v - скорость распространения волны, м/с;

f - частота колебаний, Гц;

Т- период колебаний, сек, т.е.

При постоянной скорости звука эти величины обратно пропорциональны. При увеличении частоты длина волны уменьшается, и наоборот.

Скорость распространения волны определяется как расстояние, пройденное волной в среде за 1 секунду. Этот параметр зависит прежде всего от свойств среды (плотности, однородности) и лишь в небольших пределах от изменения температуры. Температура тела человека является практически постоянной величиной, ее колебания в несколько десятых долей градуса существенно не влияют на скорость ультразвука.

X—длина волны (м); f—частота колебаний (Мгц).

3. Физические аспекты ультразвука, нашедшие применение в медицине.Скорость, с которой ультразвук распространяется в среде, зависит от свойств этой среды, в частности, от ее плотности. Скорость распространения ультразвука в тканях человека при температуре 37°С равна 1540 м/с. Для скорости ультразвука 1540 м/сек, длина волны составляет 0,44 мм на частоте 3,5 Мгц, около 0,3 мм на частоте 5 Мгц.

Если плотность, структура и температура одинаковы по всей среде, то такая среда называется гомогенной. В гомогенной среде волны распространяются линейно. Различные среды обладают различными свойствами, из которых для нас особенно важен акустический импеданс. Акустический импеданс равен произведению плотности среды на скорость распространения в ней звука и характеризует степень сопротивления среды распространению звуковой волны. Скорость распространения ультразвуковой волны в тканях практически постоянна, поэтому в эхокардиографии акустический импеданс — лишь функция плотности той или иной ткани. Разные ткани: миокард, перикард, кровь, створки клапанов и т. д. - имеют разную плотность. Даже при незначительном различии плотностей между средами возникает эффект «раздела фаз». Ультразвуковая волна, достигшая границы двух сред, может отразиться от границы или пройти через нее.

· угол падения равен углу отражения;

· из-за различий акустических импедансов сред угол преломления не равен углу падения.

Соотношение между углом падения (отражения) и углом преломления описывается формулой:

где n — акустический импеданс,

t — угол между направлением распространения звуковой волны и перпендикуляром к границе фаз.

Чем меньше угол падения (т. е. чем ближе направление распространение звуковой волны к перпендикуляру), тем больше доля отраженных звуковых волн.

Доля отраженного ультразвука определяется тремя факторами:

· разностью акустического импеданса сред — чем больше эта разность, тем больше отражение;

· углом падения — чем ближе он к 90°, тем больше отражение;

· соотношением размеров объекта и длины волны — размеры объекта должны быть не менее 1/4 длины волны. Для измерения меньших объектов требуется ультразвук с большей частотой (т. е. с меньшей длиной волны).

Пространственная разрешающая способность метода определяет расстояние между двумя объектами, при котором их еще можно различить. Например, частота 2,0 МГц дает разрешающую способность в 1 мм. Однако, чем выше частота, тем меньше проникающая способность ультразвука (глубина проникновения): тем легче происходит его затухание. Таким образом, важно найти оптимальную частоту, которая дает максимальную разрешающую способность при достаточной проникающей способности. В табл. приведены значения «половинного затухания» для разных сред, т. е. расстояния, на которых ультразвуковые волны с частотой 2,0 МГц теряют половину своей энергии.

Структуры, в которых происходит полное затухание ультразвуковых волн, иными словами, через которые ультразвук не может проникнуть, дают позади себя акустическую тень (shadowing).

Амплитуда колебаний представляет собой расстояние, на которое колеблющиеся частицы среды отклоняются от положения покоя. Величина амплитуды зависит от упругих свойств среды и от мощности ультразвуковой волны. Мощность ультразвуковой волны — это энергия, которая передается через окружающую излучатель поверхность в единицу времени. Данный показатель измеряется в обычных единицах мощности — ваттах (Вт).

Однако, более важной для живых тканей характеристикой является интенсивность ультразвукового излучения, которая определяется как мощность, приходящаяся на единицу площади (Вт/м2 или Вт/см2). Для полной уверенности в отсутствии побочных воздействий ультразвука на организм этот показатель не должен превышать 0,05 Вт/см2.

Распространение продольной волны в тканях не сопровождается переносом массы вещества в пространстве, но приводит к переносу энергии. Количество переносимой энергии по мере распространения волны уменьшается, так как происходит ее отражение и поглощение с переходом механической энергии в тепловую. Этот эффект, совершенно незначительный при малых уровнях интенсивности диагностического ультразвука, является основным действующим фактором в физиотерапевтических ультразвуковых устройствах. Глубина проникновения волны определяется не только мощностью, но и частотой ультразвуковых колебаний, а также свойствами упругости среды, в которую они излучаются. С одной стороны, чем меньше длина волны, (т.е. выше частота), тем более направленным, сфокусированным, будет излучение; с другой — чем выше частота колебаний, тем меньшей будет глубина проникновения ультразвуковой волны в ткани тела. Большие частоты поглощаются быстрее, чем меньшие. Низкие частоты лучше проникают в ткани. Большое значение имеет контакт кожи, геля и датчика. Если изучаемый объект расположен слишком поверхностно, для данного типа датчика можно использовать специальную прокладку.

Используемые в диагностических целях частоты ультразвука (примерно в диапазоне от 2-х до 15-ти МГц) позволяют получить узкие пучки ультразвукового излучения, проходящие с небольшим расхождением через ткани организма человека. Уменьшают расхождение ультразвукового луча специальные «фокусировочные линзы». При этом, частоты 2-3,5 МГц обеспечивают визуализацию на глубине более 15-20 см, а датчик с рабочей частотой 7,5 МГц — только поверхностно расположенных структур организма (не более 4-5 см). При больших частотах длина волны меньше. Более короткие волны позволяют различать отражающие объекты, расположенные на более близком расстоянии. Следовательно, при использовании более высоких частот разрешение выше, но меньше проникающая способность.

Ткани могут поглощать (преобразовывать в тепло), преломлять (сгибать подобно световым волнам), рассеивать и отражать звуковые волны. Отражение может быть диффузным (как на проекционном экране) или зеркальным (как в зеркале).

Отражение ультразвуковой волны составляет основной принцип действия современной диагностической ультразвуковой аппаратуры, работающей в режиме эхолокации. Часть направленной вглубь тканей энергии ультразвуковой волны отражается на границе неоднородностей внутренней структуры органов и тканей организма и вызывает микродеформацию пьезоэлемента датчика и появление в нем (по принципу прямого пьезоэффекта) электрического импульса, несущего информацию о внутреннем строении исследуемой области.

При близких значениях акустических сопротивлений большая часть ультразвуковой энергии проходит через границу двух сред. Однако современная аппаратура способна воспроизводить на экране отражение менее 1% ее мощности. Отражение будет прямо пропорционально разности акустического сопротивления на границе раздела двух неоднородных сред (тканей). Акустическое сопротивление зависит от плотности ткани и скорости распространения в ней ультразвука. Оно выражается формулой:

Z - акустическое сопротивление кг/м2/с,

Р - плотность среды кг/м3,

с - скорость распространения ультразвука, м/с.

Коэффициент отражения легко определить, если известны акустические сопротивления первой и второй сред:

Ra - коэффициент отражения по амплитуде,

Z1 и Z2 - акустические сопротивления сред.

Понятно, что чем больше разница между акустическими сопротивлениями двух сред, тем большая часть энергии волны отразится на их границе. Именно поэтому при проведении исследования так важно создать акустическую прослойку между датчиком и кожей, нанеся специальную контактную смазку, хорошо проводящую ультразвуковые колебания и тем самым свести к минимуму их отражение. Малейшая воздушная прослойка приводит к почти полному отражению ультразвуковой волны и невозможности получения какой-либо диагностической информации.

Поглощение характеризует количество энергии ультразвуковой волны, которое теряется в пересчете на определенный объем ткани, через которую проходит волна. Этот пропорциональный процесс: определенная доля энергии теряется при прохождении звука на данную глубину. Скорость потери также обратно пропорциональна частоте: чем больше частота, тем быстрее происходит потеря. Децибелы определяют энергию звука в логарифмической шкале, поэтому утрата примерно 3 дБ обозначает, что звуковая энергия стала слабее в 2 раза. Скорость поглощения зависит от типа ткани и в среднем составляет примерно 0,5—1 дБ/см/МГц. Следовательно, для волны с частотой 5 МГц теряется 2,5—5 дБ/см звуковой энергии, т.е. половина энергии волны на каждый сантиметр.

1. Cardiac Ultrasound. Edited by P. Wilde. London, 1993.

2. Клиническое руководство по ультразвуковой диагностике. Под редакцией Митькова В.В., Садриковой В.А., М., Т.5.,1999.

3. Фейгенбаум Х. Эхокардиография. М., 1999.

4. Инструментальные методы исследования в кардиологии: Руководство / Под ред. Г.И. Сидоренко. - Мн., 1994. - 270 с.

5. Моисеев В.С., Сумароков А.В. Болезни сердца: Руководство для врачей. - М.: Универсум Паблишинг, 2001. - 463 с.

6. Шиллер Н, Осипов М.А. Клиническая эхокардиография, второе издание. – М., Практика, 2005. – 344 с.

ТЕМА: Методы получения эхографического изображения.

(автор – доцент, д.м.н. Кушнеров А.И.)

1. Получение ультразвуковых колебаний.

2. Основные методы эхолокации, применяемые в медицине.

1. Получение ультразвуковых колебаний.Для получения ультразвуковых колебаний в технических и медицинских аппаратах используется явление обратного пьезоэффекта - колебания пластинки из пьезоматериала под воздействием электрического тока.

Не меньшее значение для работы аппаратуры имеет и принцип прямого пьезоэффекта. Информация о внутреннем строении органов и тканей тела человека передается отражением от них ультразвуковой волны. При ее воздействии на пьезоэлемент датчика в нем образуются электрические заряды, которые после соответствующих преобразований образуют изображение на экране устройства.

Основной элемент датчика представляет собой тонкую пластину из материала, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. В настоящее время материалом для этого служат не природные (кварц), а полученные искусственным путем материалы (титанаты свинца, бария и др.). При подведении к граням такой пластинки разности потенциалов происходит ее деформация — расширение или сжатие в зависимости от полярности электрического заряда. Это явление известно как обратный пьезоэффект.

Частота колебаний пластины зависит от свойств материала, из которого она сделана, ее толщины и т.п. Чем тоньше пьезоэлемент, тем выше его резонансная частота.

Для частот 10-15 МГц толщина пластины составляет всего несколько микрон (мкм). Время, в течение которого на пластину подается напряжение, измеряется миллионными долями секунды и лишь в течение этого времени пьезоэлемент является передающей антенной -излучает ультразвуковые колебания вглубь тканей. Созданная разность электрических потенциалов вызывает колебания пластинки из пьезоматериала, что служит источником ультразвуковой волны. Отразившаяся часть энергии волны вызывает деформацию пластины и появление электрических зарядов на ее гранях.

Часть энергии ультразвуковой волны отражается, проходя через границы тканей, имеющих различные акустические свойства и возвращается к пьезоэлементу, который в это время находится в состоянии покоя. Отраженная ультразвуковая волна вызывает компрессию пьезопластины и появление на ее гранях разности электрических потенциалов по принципу прямого пьезоэффекта. Пьезоэлемент датчика в это время работает как приемная антенна, а появившийся на пластине электрический заряд и является основной единицей построения изображения на экране.

Наиболее часто используются следующие термины: ультразвуковое исследование, ультразвуковая диагностика, ультразвуковое сканирование, эхография, эхотомография, сонография, ультрасонография и распространенные сокращения — УЗИ (ультразвуковое исследование) и УЗД (ультразвуковая диагностика).

Из перечисленных терминов предпочтительными являются эхотомография, сонография и ультрасонография, так как первый из них описывает и метод исследования и тип получаемого изображения, а второй и третий традиционно используются в зарубежной литературе.

Определения «ультразвуковое исследование», «ультразвуковое сканирование» допустимы, но менее лаконичны и информативны, а понятие «ультразвуковая диагностика» должно приме­няться для обозначения не процесса исследования, а раздела диагностики или специальности врача. Поэтому, например, название «Кабинет УЗД» является более правильным, чем «Кабинет УЗИ», но наименование диагностической процедуры «УЗИ органов брюшной полости», а не «УЗД органов. ».

Источник:

megaobuchalka.ru

Ультразвук в медицине. Физические основы применения в городе Краснодар

В этом каталоге вы сможете найти Ультразвук в медицине. Физические основы применения по доступной стоимости, сравнить цены, а также изучить прочие книги в категории Наука и образование. Ознакомиться с характеристиками, ценами и рецензиями товара. Доставка выполняется в любой населённый пункт России, например: Краснодар, Новосибирск, Красноярск.