Ультразвуковая диагностика

Использование в диагностике ультразвука позволило добиться высокой информативности о протекающих в организме патологических процессах, а безопасность и относительная простота вывели УЗ-диагностику на одно из ведущих мест в клинических исследованиях.

Ультразвуковой эхо-метод.Диагностический эхо-метод основан на отражении УЗ на границе между тканями с различными акустическими сопротивлениями. Разработанная методика ультразвуковой локации (интроскопии) или исследования (УЗИ) позволяет определить расположение, форму и размеры неоднородных включений в теле человека, локализацию опухолей, дает возможность визуализировать глубокорасположенные органы и ткани.

В диагностике применяется как непрерывное УЗ-излучение (исследованию подвергается стоячая волна, возникающая при интерференции падающей и отраженной от границы раздела волн), так и импульсное (непосредственное применение принципа локации – определение расстояния до объекта по известной скорости импульса и времени хода).

Ультразвук позволяет дифференцировать мягкие ткани, различающиеся по плотности на 0,1% (для сравнения в рентгенографии разница в плотностях составляет не менее 10%).

Диагностика на основе эффекта Доплера.Большими возможностями и преимуществами обладает ультразвуковой эхо-метод, основанный на эффекте Доплера, позволяющий не только изучать расположение тех или иных органов и участков тканей, но и физиологические процессы в их динамике.

Метод Доплера в гемодинамике. Сущность метода заключается в том, что при отражении ультразвука от пульсирующих стенок сосуда и от взвешенных в плазме и движущихся вместе с ней форменных элементов крови (в основном от эритроцитов) возникает эффект Доплера. По доплеровским сигналам, образованным внешней и внутренней стенками сосуда, можно определить диаметр сосуда, а по сигналам от эритроцитов узнать на каком расстоянии от стенки сосуда находятся эритроциты, обладающие той или иной скоростью. Это позволяет изучать динамику потока крови в различных участках сечения сосуда.

Кроме того, можно определить направление кровотока, так как исследования показали, что в ряде случаев при сердечно-сосудистых заболеваниях в артериях существует такое отрицательное явление, как противоток венозной крови. Можно изучать также мозговую гемодинамику и изменения кровотока при инсультах, что позволяет делать ценные диагностические выводы.

Метод Доплера в кардиологии. Ультразвуковая доплеровская кардиография является наиболее адекватным методом прижизненной оценки сердечной деятельности. Данный метод позволяет регистрировать доплеровские частоты, вызванные отражением ультразвука от движущихся участков сердца, дает возможность измерить расстояние до отдельных участков сердца, их размеры, скорости и ускорения, фиксировать начало и длительность различных фаз сердечного цикла. Доплеркинетограмма при мерцательной аритмии показывает, что это заболевание вызывает изменения скорости и ускорения движения миокарда в систоле и диастоле. Поэтому доплекинетограммы позволяют осуществлять раннюю диагностику предынфарктного состояния.

Метод Доплера в акушерстве и гинекологии. Этот метод позволяет прослушивать сердце плода, устанавливать многоплодие (доплеровские частоты от нескольких сердец), измерять скорости кровотока в маточных артериях, движения жидкости в пуповине. Делать заключение о наличии эмболии. Существующая аппаратура позволяет определять сердечную деятельность плода, начиная с 9-10 недель беременности, выясняя, таким образом, наличие возможных патологий.

Ультразвуковая терапия.

Биофизические основы ультразвуковой терапии. В живых организмах УЗ оказывает возмущающее действие, которое заключается в выходе параметров внутренней среды организма, органа, ткани или клетки из состояния физиологического равновесия. Одним из основных проявлений действия УЗ больших интенсивностей является разрушающее действие УЗ, обусловленное кавитацией, на разнообразные биоструктуры в виде разрывов и некрозов тканей.

Более важной задачей является анализ возмущающего действия терапевтических интенсивностей УЗ. Рассмотрим наиболее существенные физико-химические изменения, происходящие в облучаемых тканях.

Ультразвуковое свечение - свечение воды и некоторых других жидкостей в УЗ поле. Спектр свечения и его интенсивность зависят, прежде всего, от состояния воды и слабо - от природы и концентрации растворенного вещества.

Тиксотропное действие. К данному виду действия УЗ относится:

-разжижение коллоидов, разрыв коллоидных агрегатов, распад белковых молекул или белковых комплексов, изменение конфигурации белковых молекул;

-резонансное поглощение высокочастотного ультразвука водой;

-конформационная перестройка мембран, изменение проницаемости мембранных образований;

-изменение вязкости растворов, их оптической плотности, устойчивости белков к ферментам.

Микротечения и микровибрация. Ультразвуковые микропотоки обычно возникают при действии терапевтических интенсивностей УЗ около мембран и внутри клетки. Они могут временно нарушать субмикроскопическую архитектонику внешних и внутренних клеточных поверхностей. Характер и форма микротечений зависят от параметров ультразвукового воздействия, вязкости цитоплазмы и наличия разнообразных мембранных образований.

Микровибрация на клеточном и субклеточном уровнях приводит к повышению проницаемости клеточных и тканевых мембран. Вступление клетки в митоз может сопровождаться и даже вызываться резонансом, возникающим при совпадении частоты УЗ с частотой собственных колебаний ядра и его структур.

Изменение pH. Характерная реакция внутренней среды организма на воздействие УЗ-это сдвиг pH в щелочную сторону. Так, на поверхности кожи УЗ активизирует работу потовых и сальных желез, секрет которых и подкисляет поверхность кожи.

Химические эффекты. В мембранах эритроцитов под влиянием ультразвука изменяется градиент концентрации натрия и калия из-за ускорения активного транспорта ионов. Высокоинтенсивное воздействие УЗ не влияет непосредственно на активный транспорт ионов через мембрану эритроцитов, но усиливает их перемещение по градиенту концентрации вследствие расширения эффективной площади пор мембраны. Ультразвук интенсивностью 1,5Вт/см2 при частоте 1МГц способен угнетать образование потенциалов в гладких мышцах; такое действие УЗ снимается двукратным увеличением содержания ионов кальция в облучаемой среде. Важным проявлением действия УЗ можно считать освобождение под его влиянием биологически активных веществ, увеличение активности ионов, гормонов и других соединений вследствие перехода их в свободное состояние.

Резонансные явления. Существует определенная частотная зависимость биологических эффектов, вызываемых УЗ и выражающихся в механическом повреждении клеток. На резонансные явления влияют тип клеток и их размеры. Резонансные моды колеблющихся оболочек клеток рассматриваются в качестве основного эффекта, благодаря которому ультразвуковые волны разрушают клетки при характеристических частотах.

Тепловое действие. Исследования показали, что малые дозы УЗ (0,1Вт/см2) приводят к обратимому снижению температуры на 2-40С, средние (до 1,0 Вт/см2) существенно не изменяют ее и высокие (2,0 Вт/см2) дают гипертермический эффект. Изменение температуры тканей может зависеть от особенностей кровообращения, состояния метаболизма и методики облучения ультразвуком. Наиболее опасны термические эффекты в пограничных областях, например, мышца-кость, в которых протекающая кровь не успевает отвести образующееся тепло за счет локального повышения температуры.

Краткая характеристика различных механизмов первичного действия УЗ в упрощенном виде обобщает схема, представленная на рис. 5.1. (стр. 73)

Механизм терапевтического действия ультразвука можно представить следующим образом (рис.5.2. стр. 72). Ультразвуковой раздражитель при непосредственном действии на пораженные ткани и (или) путем опосредованного влияния через нервную систему и эндокринные железы изменяет параметры внутренней среды организма. Эти сдвиги могут быть местными или общими – в зависимости от способа применения ультразвука.

Границы отклонений показателей (констант) внутренней среды в результате ультразвукового возмущения определяются, прежде всего, дозой ультразвука, реактивностью организма и характером патологических процессов.

В результате воздействия ультразвук вызывает сдвиг параметров внутренней среды, для восстановления нарушенного равновесия включаются разнообразные гомеостатические механизмы. Возникающие реакции затрагивают как патологически измененные, так и нормальные ткани. От того, насколько реакции нормальных тканей, органов и систем органов смогут преобладать над патологическими, и будет определяться лечебный эффект. Параметры внутренней среды вводятся не в те границы, которые были при патологии перед началом лечения, а в оптимальные физиологические границы здорового человека конкретного возраста. В этом и состоит сущность нормализующего действия ультразвука.

Комплексное применение ультразвука.

В современной клинической практике широко прибегают к комплексному использованию лечебных физических факторов, которые применяются либо в форме комбинирования, либо в виде сочетания. К таким методикам относится: фонофорез –сочетание воздействия ультразвуком и лекарственным веществом; электрофонофорез –сочетание воздействия УЗ, постоянным током и лекарственным веществом; пелоидофонотерапия – лечебное воздействие УЗ через слой лечебной грязи; фономагнитотерапия – сочетание воздействия УЗ и магнитным полем, ультразвуковая аутогемотерапия –воздействие УЗ на форменные элементы крови.

Для повышения чувствительности организма к УЗ он комбинируется с факторами, вызывающими активную гиперемию: теплолечением, ваннами, СВЧ-терапией. При лечении заболеваний опорно-двигательного аппарата УЗ совмещается с массажем и лечебной гимнастикой. Для усиления анальгезирующего эффекта УЗ применяется вместе с диадинамотерапией, амплипульстерапией. Усиление противовоспалительного действия УЗ применяют вместе с ультрафиолетовым облучением, МКВ-терапией.

Ультразвуковая хирургия.

Для разрушения тканей в УЗ-хирургии существуют два метода. Первый из них основан на действии самого ультразвука, второй – на приведении в ультразвуковые колебания хирургического инструмента. Ультразвуком можно рассекать ткани, для чего хирургические инструменты соединяют с магнитострикционными преобразователями. Преимущества этого метода: снижение усилия резания, уменьшение болевого ощущения при операции, кровоостанавливающий и стерилизующий эффект ультразвука.

Ультразвуковой скальпель применяют для рассечения любых мягких тканей, позволяет проводить операции без вскрытия грудной клетки в дыхательных органах, пищеводе, на кровеносных сосудах. УЗ используют для удаления опухолей в мозговой ткани без вскрытия черепной коробки. Вводя ультразвуковой инструмент в вену, можно разрушать холестериновые утолщения. В урологии ультразвук используется для дробления камней в почках и мочевом пузыре.

Ультразвук позволяет не только разрезать, но и сваривать мягкие ткани, поврежденные или трансплантируемые костные ткани (ультразвуковой остеосинтез). Область перелома заполняют костной щебенкой, смешанной и жидкими пластмассами (например, с циакрином), которые под действием ультразвука быстро полимеризуются, создавая прочный шов, который постепенно рассасывается и заменяется костной мозолью.

В фармацевтической промышленности используется способность ультразвука дробить твердые тела в жидкой среде – для получения различных препаратов в виде порошков, суспензий, аэрозолей и т.п. При стерилизации используется способность ультразвука губительно влиять на жизнедеятельность микроорганизмов. Портативные звуковые локаторы способны существенно облегчить слепым ориентирование в пространстве.

5.5.3. Новые направления лечебного использования ультразвука.

В настоящее время в практической медицине расширяется область применения фокусированного ультразвука с целью создания в глубине тканей высокой интенсивности. Медико-биологические аспекты использования фокусированного УЗ состоят в разрушении биологических тканей (нейрохирургия, офтальмология, нефрология, урология); раздражении нервных структур (неврология, аудиологическая диагностика и слухопротезирование), воздействии на биологически активные точки (акупунктура), получении аэрозолей (ультразвуковая аэрозольтерапия), непосредственном воздействии на внутренние органы (внутриорганная УЗ-терапия).

Среди путей оптимизации воздействия УЗ наиболее перспективным представляется путь биоуправления, основанный на использовании обратной связи в системе «пациент - физический фактор». Биосинхронизация - наиболее простой вариант биоуправляемой физиотерапии. В настоящее время проводятся исследования и разработка устройств, позволяющих перестраивать параметры (частоту, интенсивность, скважность) ультразвуковой терапии в соответствии с характером реакции организма и изменением деятельности его систем на лечебное воздействие.

Дальнейшие перспективы расширения медицинских применений ультразвука связано с внедрением новых технологий – таких как ультразвуковая голография, позволяющая получать трехмерные изображения биообъектов в процессе их жизнедеятельности.

 

5.5.4. Биофизика инфразвука.

К инфразвуку относятся механические колебания и волны с частотами ниже 16 Гц. Нижняя частотная граница инфразвука не определена. Практический интерес представляют инфразвуки с частотами в несколько герц, десятых и сотых долей герца. Источником инфразвука может быть любое тело, колеблющееся с соответствующей частотой; обычно инфразвуки возникают при колебаниях и быстрых перемещениях тел, имеющих большие поверхности. В природе источниками инфразвука являются грозовые разряды, взрывы, землетрясения.

Для инфразвука характерно слабое поглощение разными средами, поэтому он распространяется на большие расстояния. Обладая большой длиной волны, инфразвук огибает препятствия (дифрагирует), и таким образом проникает в помещения, обходя преграды.

Инфразвук не воспринимается человеческим ухом, поскольку вызываемые им колебания барабанной перепонки слишком медленные, а перилимфа в улитке, будучи сдавленной со стороны овального окна, в течение периода колебания успевает выровнять давление выпячиванием круглого окна. Поэтому инфразвук не может вызвать колебания волокон основной мембраны, связанных со слуховым нервом.

Инфразвук оказывает неблагоприятное влияние на функциональное состояние ряда систем организма. Следствиями этого влияния являются усталость, головная боль, сонливость, раздражение, затруднение дыхания и др.. Предполагается, что первичный механизм действия инфразвука на организм имеет резонансную природу – так, медики обратили внимание на опасный резонанс брюшной полости при частотах 4-8 Гц.

Резонансные колебания некоторых органов ведут к раздражению различных рецепторов, передающих информацию в нервные центры, и создают рефлекторные реакции других органов и систем. Энергия инфразвука, таким образом, переходит в энергию биохимических процессов, характеризующих ответную реакцию всего организма на действие инфразвукового раздражителя.

Особенно вредно воздействие инфразвука на такую объемную резонирующую систему, как сердце. В инфразвуковом поле возникают резонансные колебания сердечной мышцы, что может привести к разрывам сосудов. . . Если инфразвук находится в противофазе с собственными колебаниями сосудистой системы, то кровообращение тормозится, а при достаточной интенсивности инфразвука сердце может остановиться.

Частоты собственных колебаний крупных органов, как правило, лежат в диапазоне 2-17 Гц, что и обусловливает опасное действие инфразвука. Особенно следует отметить резонанс инфразвука с частотой 7 Гц с колебаниями a-волн мозга – даже при небольших интенсивностях такой инфразвук вызывает расстройство органов зрения, тошноту, общую слабость. При средних уровнях интенсивности (140-155 дБ) регистрируют обмороки, временную потерю зрения, а при уровнях интенсивности порядка 180 дБ – параличи, приводящие к смертельным поражениям. Некоторые исследователи указывают на психическое действие инфразвука. У облученных людей поражаются все виды интеллектуальной деятельности, появляются чувства тревоги, страха.

В настоящее время исследования влияния инфразвука на жизнедеятельность человека находятся в начальной стадии.

 

Задания для самоконтроля знаний.

Задание 1. Вопросы для самоконтроля.

1. Каковы границы слышимого человеческим ухом диапазона звуковых частот?

2. Как связаны между собой объективные и субъективные характеристики звука (сформулируйте закон Вебера-Фехнера)?

3. Каковы свойства и возможности медицинского использования ультразвука и инфразвука?

4. В чем достоинства и недостатки методов аускультации и перкуссии?

5. Какой звуковой метод позволяет провести диагностику сердечной деятельности?

Что такое аудиометрия и как производится снятие аудиограммы пациента?

Задание 2. Тесты для самоконтроля.

Вставьте пропущенное слово:

К инфразвуковым относятся колебания, частота которых…… 16Гц.

По своей природе инфразвуковые колебания являются……..

Длина волны ультразвуковых колебаний ……. длины волны слышимого звука.

Для получения ультразвука используется ……. пьезоэффект.

Удельное акустическое сопротивление численно равно произведение скорости распространения звука (ультразвука) на ……. среды.

Найдите правильные ответы:

Субъективной характеристикой звука является

А. акустический спектр;

В. высота тона;

С. акустическое давление;

Д. частота звука

Интенсивность звуковой волны измеряется в СИ:

А. Вт; В. Вт/см2; С. Вт/м2; Д. Дж/м 2 ∙с.

На применении законов акустики основаны все перечисленные методики, за исключением

А. фонокардиографии;

В. эхокардиографии;

С. аудиометрии;

Д. баллистокардиографии

При переходе звука из одной среды в другую изменяются:

А. длина волны;

В. частота;

С. скорость распространения;

Д. акустическое давление.

С помощью ультразвука можно производить

А. остеосинтез;

В. эхоэнцелографию;

С. эхокардиографию;

Д. фонофорез.

Ответы: 1-меньше ; 2-механическими; 3-меньше; 4-обратный; 5-плотность; 6-В; 7-С,Д; 8-Д; 9-А, С, Д; 10-А, В, С, Д.

Задание 3. Получите связь между единицами измерения:

удельной энергии кДж/см3 и Дж/м3;

потока энергии ультразвука мкДж/мин и Дж/с (Вт);

интенсивности звуковой волны мкВт/см2 и Вт/м2

интенсивности ультразвуковой волны Вт/см2 и Вт/м2.

коэффициента поглощения ультразвука см-1 и м-1.

Задание 4. Задачи медико-биологического содержания.

Задача №1.

При диагностировании патологического изменения в тканях организма ультразвуковым методом отраженный сигнал был принят через 5∙10-5с после излучения. На какой глубине в тканях была обнаружена неоднородность? Скорость ультразвука принять равной 1540 м/с.

Решение.

Запишем краткое условие задачи: t=5∙10-5 с; v=1540 м/с

Определим глубину залегания опухоли по формуле: L=v∙t/2

Подставив соответствующие значения, подсчитаем численное значение

L=1540∙5∙10-5 /2=3,85∙10-2 м.

Ответ: неоднородность находится на глубине 3,85см.

Задача №2.

Определить скорость движения передней стенки желудочка сердца в сторону груди, если при эхолокации ультразвуком частотой 800кГц отраженный сигнал воспринимается на частоте 800,21кГц. Скорость ультразвука принять равной 1540 м/с.

Решение.

Запишем краткое условие задачи: nи=800кГц; n=800,21кГц; V=1540м/с

2) Используя формулу (4.11) доплеровского сдвига частот,

определим скорость сдвига стенки желудочка сердца

, где

3) Подставим соответствующие числовые значения:

V0=154∙ (800,21-800)/1600=0,2 м/с

Ответ: скорость сдвига стенки желудочка сердца равна 0,2м/с.

Задача №3.

Головка облучателя ультразвукового генератора имеет диаметр 6см. Определить энергию, излучаемую за 10 мин, если интенсивность ультразвука 1Вт/см2. Генератор работает в импульсном режиме с частотой 50 имп/с и длительностью каждого импульса 10 мс.

Решение.

Запишем краткое условие задачи:

D=6 см=0,06 м; t=10 мин=600 с; I=1 Вт/см2=104 Вт/м2; n=50имп/с; t=10мс=0,01с

2) Определим время процедуры по формуле tп=t∙n∙t. Подставим полученное выражение в формулу энергии

W=I∙s∙tп=I∙S∙t∙n∙t

Площадь головки УЗ облучателя определим по формуле S=p D2/4

3) Подставим соответствующие числовые значения:

W=104∙3,14∙36∙10-4∙600∙50∙10-2 /4=8,5∙103 Дж.

Ответ: Излучаемая энергия 8,5кДж.

Задача №4.

Для ультразвука частотой 800 кГц коэффициент поглощения мышечной ткани равен 0,19 см-1. Определить толщину ткани, соответствующую уменьшению интенсивности ультразвука вдвое.

Решение.

1) Запишем краткое условие задачи: n=800 кГц; m=0,19 см-1

Используя формулу зависимости интенсивности от толщины I=I0∙e-m∙x, определим толщину ткани, соответствующую уменьшению интенсивности в 2 раза:

I/I0=em∙x, ln(I/I0) =m∙x; x=ln (I/I0 ) /m

3) Подставив соответствующие значения, подсчитаем численное значение:

x=ln 2 /0,19=3,6 см

Ответ: Толщина ткани 3,6см.

Задача №5

Определить интенсивность сердечных тонов у входа в воронку стетоскопа диаметром 6 см, если на барабанную перепонку площадью 70 мм2 попадает 74% звуковой энергии при интенсивности 10-15 Вт/см2.

Решение:

Запишем краткое условие задачи:

D=6 см=6∙10-2 м; S2 =70 мм2=7∙10-5 м2; h=74%; I2=10-15 Вт/см2 =10-11 Вт/м2.

Интенсивность сердечных тонов у входа в стетоскоп I1 и возле барабанной перепонки I2 определим соответственно по формулам:

I1=W/(S1∙t); I2=0,74W/(S2∙t)

Из формулы I1/I2=W∙S2∙t/(0,74∙W∙S1∙t), получим выражение для интенсивности сердечных тонов у входа в воронку стетоскопа:

I1=I2S2/(0,74∙S1)=4 I2∙S2/0,74∙p∙D2

3) Подставив соответствующие числовые значения:

I1=4∙10-11∙7∙10-5/(0,74∙3,14∙36∙10-4)=3,3∙10-13 (Вт/м2).

Ответ: 3,3∙10-13 Вт/м2.

Задача №6.

Площадь барабанной перепонки, которая находится в контакте с молоточком, составляет 0,55 см2. Стремечко находится в контакте с овальным окном на площади 0,032 см2. Учитывая, что механическая система косточек среднего уха без учета трения дает выигрыш в силе в 1,3 раза, определить, во сколько раз усиливается давление в ухе.

Решение:

Запишем краткое условие задачи: S1 =0,55 см2; S2 = 0,032 см2; k=1,3

Определим отношение давлений р2/р1, используя формулы:

р2=F2/S2и p1=F1/S1

После подстановки получим следующее выражение:

р2/р1= (F2/F1)∙(S1/ S2)=k∙S1/ S2

3) Подставив соответствующие числовые значения:

р2/р1=1,3∙0,55/0,032=22

Ответ: 22раза.

Задача №7.

Определить силу, действующую на барабанную перепонку человека площадью 70 мм2 при пороге слышимости звука частотой 1000 Гц. Среднее звуковое давление на пороге слышимости равно 2,1∙10-5 Па.

Решение:

Запишем краткое условие задачи, переведя все величины в систему СИ:

S=70 мм2=7∙10-5 м2; n=1000 Гц; p0=2,1∙10-5 Па.

Силу, действующую на барабанную перепонку, определим из формулы: F=p0∙S.

3) Подставим соответствующие числовые значения:

F=2,1∙10-5∙7∙10-5»1,5∙10-9 (Н).

Ответ: 1,5∙10-9 Н.

Задача №8.

Для людей с нарушенной функцией среднего уха слуховые аппараты сконструированы так, чтобы передавать колебания непосредственно на кости черепа. Определить минимальную интенсивность звука, которую способен воспринимать человек с дефектом слуха, если для костной проводимости порог слухового восприятия на 40 дБ выше, чем для воздушной.

Решение:

Запишем краткое условие задачи: DL=40 дБ=4 Б.

2). Используя соотношение DL=L2-L1=lgI/I02-lgI/I01=lgI01/I02, получим выражение для минимальной интенсивности звука, воспринимаемого человеком с дефектом слуха:

I02=I01/10DL

3) Подставим соответствующие числовые значения:

I02=10-12/104=10-6 (Вт/м2).

Ответ: 10-6 Вт/м2.

Задача №9.

Чем обусловлена верхняя граница ультразвука?

Ответ: Верхняя граница УЗ обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться в среде лишь при условии, что длина волны больше средней длины свободного пробега молекул в газах или межатомных расстояний в жидкостях и твердых телах. Поэтому в газах верхнюю границу УЗ определяют из приблизительного равенства длины звуковой волны и средней длины свободного пробега молекул газа (порядка 10-6 м), что дает частоту порядка 109 Гц.

Задача №10.

Почему при ультразвуковой терапии необходимо избегать воздушной прослойки между излучателем и облучаемыми участками тела?

Ответ: На границе воздух-ткань происходит практически полное отражение УЗ из-за того, что акустическое сопротивление биологических тканей в сотни раз превышает акустическое сопротивление воздуха. 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. В качестве контактных веществ обычно используют вазелиновое масло, глицерин, ланолин и даже воду. Эти вещества имеют акустические сопротивления близкие к акустическим сопротивлениям кожи и излучателя, обладают малым коэффициентом поглощения УЗ, имеют значительную вязкость и нетоксичны для организма.

Задание 5. Заполните таблицы:

Таблица № 1

Физическая Величина Обозначение Формула Единицы измерения в СИ
Энергия гармонического колебания      
Удельная энергия      
Поток энергии      
Интенсивность волны      

Таблица № 2

Интенсивность звука частотой 1 кГц изме- няется (по отношению к порогу слышимости) Уровень интенсивности звука изменяется
В 10 раз на 1 Бел
В 100 раз  
В 1000 раз  
  на 50 дБ
  на 40 дБ

Таблица № 3

Интенсивность звука Уровень интенсивности звука L=lg(I/I0); (I0=10-12Вт/м2)
Интенсивность сердечных тонов, воспринимаемых через стетоскоп, равна 10-9 мкВт/см2. I=10–9 мкВт/см2=10-11 Вт/м2 ; L=lg (10-11/10-12)=lg10=1; L=1 Б=10 дБ.
Средняя интенсивность звуков нормального разговора равна 10-7 Вт/м2.  
Интенсивность шума в большой аудитории во время перерыва в среднем составляет 10-4 Вт/м2.  
Интенсивность звука автосирены равна 10-7 Вт/см2. С учетом допустимого предела уровня шума (70 дБ) объяснить, почему в городах запрещены автосирены.  

 

Таблица № 4

Используя кривые равной громкости, определить уровень громкости звука.

Частота, Гц Уровень силы звука, дБ Уровень громкости звука, фон.
 
 
 

 

Задание 6. Заполните ориентировочную карту действия:

Основные задания Указания Ответы
В определенном диапазоне частот (700-800 Гц) барабанная перепонка работает почти как идеальный приемник звука, т.е. звуковые волны, поступающие в слуховые пути, от нее почти не отражаются. При каком условии возможно это явление? Для ответа при-мените формулу волнового сопро-тивления.  
Почему проще получить направленный пучок ультразвуковых волн, чем волн, воспринимаемых ухом человека? Сравните частоту, длину волны и энергию звуко-вых и ультра-звуковых волн.  
Голос человека можно слышать на большом расстоянии, но слова разобрать трудно. Чем это объяснить, если учесть, что скорость распространения звуков разной частоты одинакова? Проанализируйте процесс погло-щения звуков разной частоты в одной и той же среде.  
Произнесенный человеком звук плохо достигает его уха, т.к. оно находится в звуковой тени. Почему же ослабление слуха относительно собственного голоса происходит только на 5-10 фонов? Сравните меха-низмы костной и воздушной про-водимости звука.  

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ

ПО РАЗДЕЛУ «БИОМЕХАНИКА» КУРСА МЕДИЦИНСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И МЕДАППАРАТУРЫ

Основные понятия и величины кинематики вращательного движения.

Основные понятия динамики вращательного движения: момент силы, энергия и работа при вращательном движении, основное уравнение динамики вращательного движения.

Момент инерции тела и способы его определения. Момент импульса и закон его сохранения.

Элементы биомеханики. Понятие о свободных осях вращения и степенях свободы. Опорно-двигательный аппарат человека. Эргометрия. Динамическая и статическая работа человека. Центрифугирование.

Колебательные движения и их классификация. Гармонические колебания: основные понятия, уравнения; скорость, ускорение и энергия тела, совершающего гармоническое колебание.

Сложение простых колебаний: гашение, биение, фигуры Лиссажу. Сложное колебание, его гармонический анализ и спектры.

Затухающие колебания: дифференциальное уравнение и его решение, коэффициент и декремент затухания. Алгоритм изучения функциональных состояний мышечных сокращений с помощью кимографа.

Вынужденные колебания: собственная частота, резонанс, влияние свойств системы, роль резонансных явлений. Автоколебания. Релаксационные колебания.

Механические волны. Классификация волн. Уравнение волны. Объемная плотность энергии, поток энергии, вектор Умова. Эффект Доплера и его использование в медицине.

Акустика. Объективные и субъективные характеристики звука. Физика слуха.

Звуковые измерения. Закон Вебера-Фехнера. Единицы измерения по шкале уровней интенсивности и громкости звука. Пороговые значения. Аудиометрия. Физические основы звуковых методов исследования в медицине.

Ультразвук: основные свойства и способы получения, особенности распространения и взаимодействия с биотканями.

Законы поглощения и отражения ультразвука в среде. Физические основы и перспективы применения ультразвука в диагностике и для лечения. Ультразвуковая интроскопия.

Инфразвук. Физические характеристики инфразвука. Биофизическое действие инфразвука на живой организм. Вибрация.

 

 

 


Рис.5.2. Механизм терапевтического действия ультразвука.

 

 

 


Рис.5.1. Схема взаимодействия ультразвука с биологической средой и реакции организма.