Лабораторная работа № мбф – 3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № МБФ – 3

 

УЛЬТРАЗВУК. СВОЙСТВА УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА В ДИАГНОСТИКЕ И ТЕРАПИИ

 

Мотивационная характеристика темы. Медико-биологическое применение ультразвука в основном делят на два направления: методы диагностики и исследования, и методы воздействия. К первому направлению относятся локационные методы с использованием главным образом импульсного УЗ излучения. Это эхоэнцефалография - определение опухолей и отеков головного мозга, ультразвуковая кардиография - измерение размеров сердца в динамике, ультразвуковая локация в офтальмологии для определения размеров глазных сред, УЗ-сканирование - исследование развития плода. С помощью ультразвукового эффекта Доплера изучают характер движения сердечных клапанов и измеряют скорость кровотока (ультразвуковая расходометрия). С диагностической целью по скорости ультразвука определяют плотность сросшейся или поврежденной кости. В настоящее время для диагностических целей применяются аппараты ультразвуковой голографии.

Ко второму направлению относится ультразвуковая физиотерапия. Первичным механизмом ультразвуковой терапии является механическое и тепловое действие на ткань. УЗ излучение используется также для введения лекарственных веществ (фонофорез), так как при действии ультразвука повышается проницаемость кожи и слизистых оболочек.

Ультразвук применяют как "ультразвуковой скальпель" в хирургии, способный рассекать мягкую и твердую ткани (улучшает свертываемость крови, оказывает обезболивающий эффект, убивает микроорганизмы и их споры (стерилизация ран)), и для "сваривания" костных тканей. «Сварка» прочно связывает фрагменты, при этом не нарушает естественных процессов регенерации кости, «сварку» используют для заполнения костных дефектов, для «наваривания» суставных концов и др. Способность ультразвука дробить тела, помещенные в жидкость, используется для приготовления эмульсий и аэрозолей в фармацевтической промышленности.

Цель лабораторной работы: изучить принцип работы генератора ультразвука, физические свойства ультразвукового излучения, лежащие в основе ультразвуковых методов терапии и диагностики.

Задачи:

- определить скорость распространения ультразвука в воде, методом образования стоячей УЗ-волны в жидкости (воде);

- изучить поглощение ультразвука в различных средах;

- определить коэффициент поглощения УЗ-излучения в воздухе;

- определить коэффициент отражения ультразвука на границе раздела двух сред (воздух – бумага);

- определить волновое сопротивление среды (бумаги) и скорость распространения УЗ-волн в этой среде.

Теоретическая часть

Механические колебания частиц и волны в упругой среде с частотами свыше 20 кГц называются ультразвуковыми. Верхний предел ультразвуковых частот определяется межмолекулярными расстояниями, он зависит от агрегатного состояния вещества и примерно равен 10⁹ - 10¹⁰ Гц.

Источником ультразвуковых волн может быть твердое тело, находящееся в колебательном движении с соответствующей частотой. Для получения ультразвука частотой в несколько десятков килогерц обычно используется явление магнитострикции, которое заключается в том, что под действием переменного магнитного поля несколько изменяется длина расположенного вдоль поля стержня из ферромагнитного материала. Это периодическое удлинение и укорочение стержня приводит в колебательное движение прилежащие к концам стержня частицы среды, в которой образуется ультразвуковая волна. В медицине для целей терапии применяется ультразвук относительно высокой частоты порядка 800 – 3000 кГц, который получается с помощью, так называемого, обратного пьезоэлектрического эффекта. Обратный пьезоэлектрический эффект состоит в том, что во многих кристаллах (кварц, сегнетова соль, титанат бария и др.) под действием электрического поля происходит некоторое взаимное смещение полярных групп атомов, составляющих основную структуру вещества, что вызывает соответствующее изменение размеров кристаллов.

Если к торцевым поверхностям пластинки, вырезанной определенным образом из кристалла кварца, с помощью электродов приложить переменное электрическое напряжение, то толщина пластинки будет поочередно уменьшаться и увеличиваться с частотой приложенного напряжения. При уменьшении толщины пластинки в прилегающих слоях окружающей среды образуется разряжение, а при увеличении - сгущение частиц среды (рис.1). Таким образом, в результате периодического изменения толщины пластинки, называемой пьезоэлектрическим преобразователем, в среде возникает ультразвуковая волна, распространяющаяся в направлении, перпендикулярном поверхности пластинки (рис.2).

Ультразвуковые волны подчиняются тем же законам, что и звуковые волны. В связи с более высокой частотой и соответственно меньшей длиной волны ультразвуковые волны легче фокусируются и сильнее поглощаются средой, чем звуковые.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № МБФ – 3