előadások különleges „Ultrahangos diagnosztika” Minszk BelMAPO
K
Ajánlott közzététel előadássorozat a speciális „Ultrahangos diagnosztika” Oktatási-módszertani Tanács BelMAPO
2.1. Fizikai alapján ultrahang.
2.1.1.
Témát. A főbb rendelkezések az akusztika.
1.Istoriya megkérdőjelezik az ultrahang a gyógyászatban.
2.Fizicheskie alapjait akusztika.
3.Fizicheskie szempontjai ultrahang, találtam alkalmazása az orvostudományban.
1. Háttér Az ultrahang használata a gyógyászatban.
A tanulmány elveinek ultrahangdiagnosztikában ismereteket igényel alapvető elméleti alapjait az akusztika. Gondolom, az oka a hibamentes járatot denevérek a sötétben nem hallhatóak az emberi fül fekélyt kovye ingadozások kifejezett végén XVI századi olasz HULLADÉK Spalanzani azonban annak gyakorlati megerősítés vett egy fél évszázad. A hivatalos történelem tanulmányozása ultrahang kezdődik 1880-ban, amikor egy neves fizikus Pierre Curie, dolgozó testvére Jacques, felfedezte a jelenség a piezoelektromos hatás, amelynek lényege abban áll, hogy a túlzott megjelenése az arcán a kvarclap során kompressziós elektromos töltések. Egy évvel később, ez a jelenség az úgynevezett direkt piezoelektromos hatás elméletileg igazolható egy másik francia tudós G. Lipman, aki szintén le az elvet az inverz piezoelektromos hatás piezo-deformáció hatására elektromos potenciál különbség. Több évtizedes, ezek a megállapítások nem kaptak megfelelő elismerése és alkalmazása. Csak 1916-ban, akkor kezdődik a gyakorlati alkalmazása ultrahangos készülékkel -on tengeralattjárók telepítette az első ultrahangszonárt kimutatására ellenséges hajókat.
1929-ben az orosz kutató S.Ya.Sokolovym ultrahangos hibája lefektette a szakterületen és az iparban (kimutatására rejtett hibák a fém termékek, beton tömbök és hasonlók). Erre vannak speciális ultrahang készülék, később, mint prototípusok orvosi diagnosztikai eszközök. Segítségükkel, és néhány próbálkozás szerezni ultrahang státusára vonatkozó információkat a belső szervek végeztünk. Hamarosan vannak az első, viszonylag egyszerű eszköz az orvostechnikai eszközök működő egydimenziós módban. Ők tették lehetővé, hogy a kísérlet és klinikai gyakorlat, hogy a kép a epekövek, regisztrálja offset mediális struktúrák az agy jelenlétében koponya- haematoma vagy daganatok stb .. A sikeres alkalmazása ultrahangos diagnosztikai eszköz a szemészetben közepén kezdődött 50-es, megjelent az első munka mellrák diagnosztizálása tumorok. Ezúttal van jelölve a megjelenése olyan eszközökkel, amelyek kétdimenziós (B módszer), egy képet a belső szervek (ultrahangos tomogram), valamint az elméleti és kísérleti kutatási alkalmazások Doppler rendszerek diagnosztikája.
Az elkövetkező 15-20 évben jelentősen javult, eszközt a „szürke skála”, amely egy képet a nagy számú alkatrészek és vékony átmenetekkel szerkezet, az első modell fejlesztett gyors szkennelés berendezés (valós időben). Fokozatosan kialakult formája modern ultrahangos diagnosztikai berendezéssel ellátott nagy számú cserélhető érzékelő, amelynek beépített egységek mérési számításokat különböző biológiai paraméterek, és végül, a képfeldolgozó számítógépes rendszer.
2. Fizikai alapjait akusztika. FIELD fizikai vizsgálatokat oszcillációs mozgást elasztikus (szilárd, folyékony vagy gáz-halmazállapotú) közeg nevezett akusztikai. Acoustics eredetileg keletkezett, mint a tudomány, amely vizsgálja a hang, vagyis hallotta a füle, rezgéseket. De most képezi vizsgálat tárgyát akusztikus és egyéb mechanikus rezgéseket az emberi fül nem áll rendelkezésre, mivel igen alacsony (infrahang) vagy magas (ultrahang), és az ultramagas (hypersound) frekvencia.
Ultrahangos hullám - ez a rezgéseket, amelyek átlépnek egy bizonyos gyakorisági küszöböt. hang hallhatóságot tartomány emberekben 20-20 000 Hz-re. A tartomány a fekete és a fehér ultrahang képek (szürkeárnyalatos mód) 2-15 MHz; Doppler frekvencia valamivel alacsonyabb.
A diagnosztikai eszközök által használt csak egy viszonylag kis részét az ultrahangos tartományban. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a magas frekvenciájú rezgések nem mélyen behatolnak a szövetbe, és alacsony frekvenciákat nem biztosította, biztosítja, elegendő képminőség miatt alacsony felbontás. A legmagasabb üzemi frekvenciák érzékelők szemészeti eszközök, alacsony - és ultrahangos osteometry sinuscopy.
Hang és ultra-, hiper- vagy infrahang - attól függően, hogy a frekvencia az úgynevezett oszcilláció szaporítjuk, mint longitudinális hullám. A longitudinális hullám egy periodikus (két példányban) a közeg részecskék oda-vissza az egyensúlyi helyzetből. Így egyes részecskék tolt más közeg előtt helyezkedik el, és térjen vissza a helyére. Egy ilyen hullámot nevezzük hosszirányú, mert a mozgó közeg részecskék irányába a zavaró befolyása faktor, ellentétben transzverzális hullámok, ahol az irány merőleges rezgéseket részecskék az eljáró erő.
Oszciiiáiómozgásban ismerteti az értéke több paraméter: amplitúdó, idő, frekvencia oszcillációs hullámhossza és mások.
Testszövetekben osztják csak longitudinális hullámok, amelyek alternáló médium részecskéivel. Mivel a hullám egy hosszanti váltakozó vákuum zóna és a tömörítés a közeg, a rezgési frekvencia az a szám, a kompressziót és rarefactions a egységnyi idő alatt. Ezt az értéket Hertz-ben (1 Hz + = egy kompressziós alacsony nyomás másodpercenként). Az az időszak, oszcilláció - ez az az idő, amely alatt összenyomódás következik be, egy és egy alacsony nyomás, azaz a kölcsönös rezgési frekvencia.
ahol T - rezgési periódus, s;
f az oszcillálás frekvenciáját Hz-ben.
Hullámhossz jellemzi közötti távolság szomszédos részei az azonos fokú vákuum vagy kompressziós. Ez a távolság hullám halad időszakban egy oszcilláló.
hullámhossz, frekvencia, idő és a sebesség terjedési rezgések összekapcsolt egyszerű összefüggést:
ahol X a hullámhossz méterben;
v - sebessége a hullám terjedési, m / s;
f - lengések frekvenciájának Hz-ben;
A rezgési periódus T, másodpercben, azaz a
ezek az értékek fordítottan arányos állandó hang terjedési sebessége. Növelésével a frekvencia hullámhosszának csökken, és fordítva.
A terjedési sebessége egy hullám definiáljuk által megtett távolság a hullám a közegben 1 másodperc. Ez a paraméter függ elsősorban a tulajdonságai a közeg (sűrűség, egységesség), és csak egy kis tartományban a hőmérséklet változás. az emberi test hőmérsékletét lényegében állandó, a fluktuáció több tizedfokban szignifikánsan nem befolyásolja a sebességet ultrahang.
X-hullámhossz (m); F-rezgési frekvencia (MHz).
3. Fizikai szempontból a ultrahang, találtam alkalmazása az orvostudományban. Az arány, amely ultrahang terjed a közeg tulajdonságaitól függ a közeg, különösen annak sűrűsége. A terjedési sebessége az ultrahang humán szövetekben hőmérsékleten 37 ° C-on 1540 m / s. Az ultrahang sebessége 1540 m / s, a hullámhossz 0,44 mm-es frekvencián 3,5 MHz-es és 0,3 mm egy 5 MHz frekvencián.
Ha a sűrűség, szerkezettel, és azonos hőmérsékleten az egész közegben, ez a táptalaj homogénnek nevezzük. Homogén közegben hullámok terjednek lineárisan. A különböző környezetek eltérő tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek közül a legfontosabb az akusztikai impedancia számunkra. Az akusztikus impedancia a termék a közeg sűrűsége a terjedési sebessége a hang, és jellemzi a fokú környezeti ellenállás a hanghullám vonatkozik. A terjedési sebessége ultrahanghullámok a szövetekben gyakorlatilag állandó, így az akusztikus impedancia echokardiográfia - sűrűsége függvényében egy sajátos szövet. Különböző szövetek: .. Infarktus, szívburok, a vér, szelepek, csappantyúk, stb - eltérő sűrűségű. Még egy kis különbség a sűrűsége a hatása „fázisszétválás” között történik környezetekben. Ultrahangos hullám, amely elérte a határ a két média is tükröződik a határ vagy átmegy rajta.
Ebben az esetben:
a beesési szög egyenlő szöget jelenti;
különbségek miatt az akusztikus impedanciája a média törésszögét nem egyenlő a beesési szög.
A közötti arány a beesési szög (reflexió) és törésszögét által leírt képlet szerint:
ahol n - az akusztikus impedancia,
t - közötti szög irányába akusztikai hullám terjedési, és a szokásos, hogy a fázis határát.
Minél kisebb a beesési szög (m. E. Minél közelebb van a terjedési irányát a hanghullám a merőleges), annál nagyobb az aránya a visszavert hullámok.
Az aránya a visszavert ultrahang három tényező határozza meg:
A különbség az akusztikus impedancia a média -, annál nagyobb a különbség, annál nagyobb reflexió;
beesési szög - a közelebb van a 90 ° -os, annál több a reflexió;
aránya a tárgy méretének és hullámhossz - a tárgy méretű legyen legalább 1/4 hullámhosszon. ultrahang miatt nagyobb gyakorisága kisebb tárgyak mérésére (m. e. rövidebb hullámhosszon).
A térbeli felbontása módszerrel a két objektum közötti távolság, ahol akkor is felismerhetők. Például, a frekvencia 2,0 MHz adja a felbontóképessége 1 mm. Azonban minél nagyobb a frekvencia, annál kevésbé áthatoló képessége ultrahang (behatolási mélység): annál könnyebb annak csillapítása. Ezért fontos, hogy megtalálják az optimális frekvencia, amely a maximális felbontás elegendő áthatoló képessége. Táblázat. értékeit mutatja „fél pusztulás” a különböző környezetekben, azaz a. e. a távolságot, amely ultrahang hullámok frekvenciája 2,0 MHz felét elveszíti az energiáját.
1. táblázat értékei a fél-ultrahanghullámok csillapítása a frekvenciával 2,0 MHz különböző média
Szerkezet, amelyben van lecsillapodik az ultrahang hullámok, más szóval, amelyen keresztül az ultrahang nem tud áthatolni, így mögött egy akusztikus árnyék (árnyékolás).
A rezgési amplitúdója az a távolság, amellyel az oszcilláló médium részecskéivel eltérülnek nyugalmi helyzetbe. amplitúdó érték függ a rugalmas tulajdonságai a közeg és a teljesítmény az ultrahangos hullám. A teljesítmény az ultrahanghullám - az energia, amely áthalad a környező emitter felületi egységnyi idő. Úgy mérjük szokásos hálózati egységek - watt (W).
Ugyanakkor több fontos élő szövet jellemző az intenzitás az ultrahangos sugárzásnak, amely úgy definiálható, mint teljesítmény egységnyi területen (W / m2 vagy W / cm2). A teljes bizonyosságot a mellékhatások nélkül, a test az ultrahang, ez a szám nem haladhatja meg a 0,05 W / cm2.
Szaporítása longitudinális hullámok a szövetekben nem kíséri átadása számít tömeges az űrben, de vezet energia átvitel. Az összeg a továbbított energiát, mint a hullám terjed csökken, ahogy ez bekövetkezik abszorpciós és reflexiós transzfer a mechanikai energiát hővé. Ez a hatás teljesen elhanyagolható kis szint diagnosztikai ultrahang intenzitása, a fő tényező a fizikoterápiás ultrahangos készülékek. hullám behatolási mélysége határozza meg nem csak a hálózati, hanem a gyakorisága az ultrahangos rezgés és a rugalmas tulajdonságai a közeg, amelyben a kibocsátott. Egyrészt, kevesebb, mint a hullámhossz (azaz magasabb frekvencia), a nagyobb irányfüggő, koncentrált, besugárzás; a másik - a magasabb rezgési frekvenciája, annál kisebb lesz a behatolási mélysége az ultrahanghullám a testszövetben. A magas frekvenciák gyorsabban szívódnak fel, mint a kisebbek. Alacsony frekvenciák jobban behatolnak a szövetekben. Nagy jelentősége van a bőrrel való érintkezés, a gél és az érzékelő. Ha az adott objektum vizsgálat túl felületaktív, akkor egy speciális tömítés egy adott érzékelő típusa.
Diagnosztikai célra használható ultrahang frekvenciák (körülbelül a tartományban 2 és 15 MHz) lehetővé teszi, hogy megkapja a keskeny gerendák ultrahangos átmenő sugárzás egy kis divergencia az emberi test szövetet. Csökkentse a divergencia az ultrahang nyaláb speciális „fókuszáló lencse”. Ebben az esetben, a frekvencia 2-3,5 MHz nyújtanak vizualizációs mélységben 15-20 cm, egy érzékelő működési frekvenciája 7,5 MHz-es - csak felszínes struktúrák a test (nem több, mint 4-5 cm). Magas frekvenciákon a hullámhossz kisebb. Rövidebb hullámhosszakon lehetővé teszi, hogy különbséget tükröző elhelyezkedő tárgyak közelről. Következésképpen, a magasabb frekvenciák nagyobb felbontású, de kisebb áthatoló képessége.
Szövetek elnyelik (hővé), megtöréséhez (hajlítani, mint a fény hullámok), szórás és tükrözik hanghullámokat. Diffúz reflexió lehet (mint a vetítővászon), vagy egy tükör (mint egy tükör).
Reflection ultrahang hullámok az alapelv a modern diagnosztikai ultrahang berendezés, működő mód echolocation. Része a mélységének irányában ultrahang hullám energiát tükröződik határán a szöveti inhomogenitások belső szerkezete szervek és szövetek, valamint okoz piezoelektromos elem szenzor microstrain és előfordulása abban (a elve közvetlen piezoelektromos hatás) elektromos impulzus jelzi a belső szerkezetét a vizsgált régió.
Amikor az akusztikus impedanciája közel értékek sok az ultrahang-energia áthalad a határ két médiában. Azonban a jelen készülék képes reprodukálni a képernyőn tükörképe kevesebb, mint 1% -os kapacitással. Reflection egyenesen arányos lesz a különbség akusztikai impedanciája határfelületén a két inhomogén média (szövetek). Az akusztikus ellenállása függ a szövetek sűrűségének és terjedési sebessége az ultrahang ott. Ezt fejezi ki a képlet:
Z - akusztikai impedanciája kg / m2 / s,
P - közepes sűrűségű kg / m3
Mivel - ultrahang sebesség, m / s.
A reflexiós tényezőt könnyen meghatározható, ha az akusztikai impedanciája az első és a második média:
Ra - reflexiós együttható amplitúdó,
Z1 és Z2 - akusztikus impedancia környezetben.
Nyilvánvaló, hogy minél nagyobb a különbség az akusztikus impedanciája a két közeg, annál nagyobb energia egy részét hullámok tükröződik a felületen. Ezért a kutatás nagyon fontos, hogy hozzon létre egy akusztikus réteg között az érzékelő és a bőr, ami egy különleges kapcsolati zsír, jó vezető ultrahangos rezgés és ezáltal minimalizálja a reflexió. A legkisebb légrés vezet szinte teljes visszaverődés ultrahanghullámhossza és lehetetlenségéről olyan diagnosztikai információkat.
Az abszorbanciát képviseli az energia mennyisége az ultrahanghullám, amely elvész alapul egy bizonyos mennyiségű szövetet, amelyen keresztül a hullám halad. Ez a folyamat arányos: egy bizonyos mennyiségű energia vész idején a hangnak az adott mélységben. veszteség mértéke is fordítottan arányos a jelentése: minél nagyobb a frekvencia, annál gyorsabb a veszteség. Decibelben határozza meg a hang energia logaritmikus skálán, így a veszteség mintegy 3 dB azt jelenti, hogy a hangenergia 2-szer gyengébb. A felszívódás sebessége függ a szövet típusától, és az átlag 0,5-1 dB / cm / MHz. Következésképpen, egy hullám egy 5 MHz frekvencián elvész 2,5-5 dB / cm a hangenergia, azaz félhullámú energia centiméterenként.
Témát. Módszerek megszerzésének echográfiai képek.
Előállítása 1. ultrahangos rezgések.
2. Alapvető módszerek echolocation használják a gyógyászatban.
Előállítása 1. ultrahangos rezgések. Az ultrahangos rezgések a technikai és orvosi eszközök használatával a fordított piezoelektromos hatás - rezgések a piezo lemez hatása alatt az elektromos áram.
Nem kevésbé fontos az a berendezés működését az elv a közvetlen piezoelektromos hatás. Információk a belső szerkezet az emberi szervek és szövetek, a test által továbbított reflexió ezekből ultrahanggal. A hatása a piezo érzékelő kialakítva elektromos töltések, ami után a megfelelő módosításokat alkot egy képet a képernyőn.
Az alapvető érzékelő elem egy vékony lemezt olyan anyagból, amelynek piezoelektromos tulajdonságokkal. Abban a pillanatban, ez az anyag nem természetes (kvarc), és kapott a mesterséges anyagok (ólom titanátok, bárium, stb). Összegzéseként az arcok egy potenciális különbség jelentkezik a deformáció a lemez - kitágul vagy összehúzódik függően polaritású elektromos töltés. Ezt a jelenséget nevezik az inverz piezoelektromos hatás.
A lengések frekvenciájának a lemez tulajdonságaitól függ az anyag, amelyből készült, vastagsága és hasonlók Minél vékonyabb a piezoelektromos elem, annál nagyobb a rezonancia frekvenciát.
Frekvenciákon 10-15 MHz lemez vastagsága csak néhány mikrométer (mikron). Az az idő, amely alatt a feszültség kerül a lemezt mért franctions, és csak ez idő alatt a piezoelektromos elem adóantenna -izluchaet ultrahang rezgések mélyebb szövetek. Létrehozott elektromos potenciálkülönbség hatására az oszcilláció a piezo lemezek, amely arra szolgál, mint a forrás ultrahang hullámok. Ez tükrözi része a hullám energia deformálja a lemezt, és a megjelenése a töltések a szélein.