Звуковые методы исследования в медицине
Методы измерения остроты слуха называются аудиометрией. В частности, с помощью специального прибора (аудиометра) можно определять порог слухового ощущения пациента на различных частотах. В результате получают кривую – график зависимости порога слухового ощущения от частоты, эта кривая называется аудиограммой. Сравнивая аудиограмму пациента с нормальной кривой порога слухового ощущения, можно диагностировать заболевания органов слуха.
Звук может использоваться как источник информации о состоянии внутренних органов человека. Слуховые методы исследования – одни из самых древних в истории медицины, однако, они до сих пор сохраняют свое значение в клинической практике.
Аускультация (с лат. – «выслушивание») – один из методов акустической диагностики. Аускультация производится с помощью прибора – стетоскопа, или фонендоскопа.
При прикладывании стетоскопа к грудной клетке между ухом и грудной клеткой пациента создается замкнутая акустическая среда. При этом кожа пациента играет роль чувствительной диафрагмы, а замкнутое пространство стетоскопа (или фонендоскопа) является звукопроводящим каналом. Стетоскоп ослабляет звуковые процессы, имеющие частоту ниже 150-200 Гц, и тем самым позволяет лучше слышать более высокочастотные шумы сердца, уменьшая эффект маскировки.
Принцип работы фонендоскопа состоит в том, что к телу больного прикладывается полая капсула с передающей звук мембраной. В полой капсуле возникает резонанс столба воздуха, в результате звучание усиливается и передается по резиновым трубкам к ушам врача.
Аускультация легких позволяет диагностировать ряд заболеваний по характерным дыхательным шумам, позволяет оценивать деятельность органов пищеварения (перистальтику желудка и кишечника), прослушивать сердцебиение плода. С помощью аускультации можно судить о состоянии сердечной деятельности (прослушивание тонов и шумов сердца).
Основной задачей аускультации и фонокардиографии является усиление энергетически слабых, но диагностически важных высокочастотных шумов сердца, т.к. на наиболее важную в диагностическом отношении часть сердечных звуков (шумы сердца) приходится только 5% звуковой энергии, а 95% приходится на сердечные тоны.
Перкуссия -метод выслушивания звучания отдельных частей тела (перкуторных звуков), которое возникает при их простукивании. Тело человека можно представить как совокупность газонаполненных, жидких и твердых органов и тканей. При ударе по поверхности тела возникают колебания в широком диапазоне частот. Некоторые из них быстро затухают; если же частоты колебаний совпадают с частотами собственных колебаний полостей организма, наступает резонанс, колебания усиливаются и становятся хорошо слышны. По тону перкуторных звуков опытный врач может судить о состоянии и топографии внутренних органов.
Фонокардиография (ФКГ) – метод графической регистрации тонов и шумов сердца. Получаемая при этом периодическая кривая называется фонокардиограммой, а применяемый прибор – фонокардиографом. Фонокардиограф состоит из микрофона, усилителя, системы частотных фильтров и регистрирующего устройства. Для анализа ФКГ и ориентировки в систолическом и диастолическом интервалах больному одновременно снимается ЭКГ.
Громкость тонов при аускультации и их амплитуда на ФКГ существенно зависят от внутрисердечных и внесердечных факторов. Плохое состояние миокарда, разрушение клапанов сердца и ряд других причин приводят к ослаблению тонов. К ослаблению тонов приводят также эмфизема легких, избыточная подкожная клетчатка, скопление жидкости в левой плевральной полости или в полости перикарда. С другой стороны, при тонкой грудной стенке, при анемии и некоторых других причинах тоны усиливаются.
Глоттография –метод изучения голосового аппарата путем регистрации кривой, отражающей колебания голосовых связок в процессе фонации.
Вальвулография – бескровный метод исследования движений клапанов и сердечной мышцы при помощи непрерывной ультразвуковой локации.
Шумомер – прибор, служащий для измерения интенсивности звука. Шумомер снабжен микрофоном, который превращает акустический сигнал в электрический. Сигнал регистрируется электроизмерительным прибором, шкала которого проградуирована в децибелах. Прибор снабжен переключателем, позволяющим регистрировать звуки в широком диапазоне от 20 до 130 дБ. Кроме того, шумомеры снабжены специальными корректирующими устройствами, которые позволяют приблизить их частотные характеристики к области слухового восприятия, снижая чувствительность шумомера в области низких и высоких частот.
Ультразвук и инфразвук.
5.5.1. Биофизика ультразвука (УЗ).
Физические характеристики, получение и регистрация ультразвука.
Верхняя граница УЗ обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться в среде при условии, что длина волны больше средней длины свободного пробега молекул в газах (~10-6 м) или межатомных расстояний в жидкостях и твердых телах (~10-10 м)
УЗ волны по своей природе не отличаются от волн слышимого диапазона или инфразвука, и распространение ультразвука подчиняется законам, общим для всех акустических волн (законы отражения, преломления, поглощения, рассеяния и т.п.). Скорость распространения ультразвука примерно такая же, как и скорость слышимого звука (в одной и той же среде).
Благодаря малой длине волны дифракция УЗ происходит на объектах меньших размеров, чем для слышимого звука. Поэтому во многих случаях к УЗ можно применять законы геометрической оптики и изготавливать ультразвуковые фокусирующие системы, которые можно использовать для получения звуковых изображений в системах звукозаписи и акустической голографии. Помимо этого, фокусировка ультразвука позволяет концентрировать энергию, получая при этом необходимые интенсивности.
Затухание УЗ в веществе определяется не только его поглощением, но и отражением на границах раздела сред, отличающихся своими акустическими сопротивлениями. Этот фактор имеет большое значение при распространении УЗ в живых организмах, ткани которых обладают самыми различными акустическими сопротивлениями (на границах мышца – надкостница – кость, на поверхностях полых органов т. п.). Из-за большого отличия акустических сопротивлений на границе воздух–ткань происходит практически полное отражение УЗ. Это создает определенные трудности при УЗ–терапии, т.к. слой воздуха всего в 0,01 мм между вибратором и кожей является непреодолимым препятствием для УЗ. Поэтому используются специальные контактные вещества (вазелиновое масло, глицерин, ланолин), которые должны обладать малым коэффициентом поглощения и иметь акустическое сопротивление, близкое к акустическому сопротивлению кожи.
Устройства, предназначенные для генерирования ультразвука, называются ультразвуковыми (УЗ) излучателями. Наиболее распространены электромеханические излучатели. В пьезоэлектрических излучателях используется явление обратного пьезоэффекта, которое заключается в механической деформации кристаллических тел под действием электрического поля. Соответственно, на основе прямого пьезоэффекта можно создать приемник ультразвука.
Преобразователи другого типа основаны на явлении магнитострикции.Это явление заключается в том, что при намагничивании ферромагнитный стержень сжимается или растягивается под действием переменного магнитного поля.
5.5.2. Применения ультразвука в медицине.