Annak ellenére, hogy az ultrahang vizsgálatoka hullámok több mint száz éve kezdődtek, csak az utolsó fél évszázadban kezdték őket széles körben alkalmazni az emberi tevékenység különböző területein. Ez annak köszönhető, hogy mind az akusztika, mind a kvantumelektronika és a szilárdtestfizika kvantum- és nemlineáris területei aktívan fejlődnek. Ma az ultrahang nem csupán az akusztikus hullámok nagyfrekvenciás régiójának kijelölése, hanem a modern fizika és biológia egész tudományos iránya, amely az ipari, információs és méréstechnológiákkal, valamint a modern orvosság.
Mi ez?
Minden hanghullámot hallhatóvá lehet osztályozniemberi - ezek 16 és 18 ezer Hz közötti frekvenciák, és azok, amelyek kívül esnek az emberi érzékelési tartományon - infra- és ultrahang. Az infrahang alatt olyan hullámokat értünk, amelyek hasonlóak a hanghullámokhoz, de frekvenciájuk alacsonyabb, mint az emberi fül által észleltek. Az infrahangos régió felső határát 16 Hz-nek, az alsó pedig 0,001 Hz-nek tekintik.
Az ultrahang hanghullámok is, de csakgyakoriságuk magasabb, mint amit az emberi hallókészülék képes érzékelni. Rendszerint 20–106 kHz frekvenciákat jelentenek. Felső határuk attól a közegtől függ, amelyben ezek a hullámok terjednek. Tehát gázkörnyezetben a határ 106 kHz, szilárd anyagokban és folyadékokban pedig eléri a 1010 kHz-et. Az eső, a szél vagy a vízesések, a villámcsökkenés és a tengeri hullám által sodort kavicsok zörejében ultrahangos alkatrészek találhatók. Az ultrahangos hullámok észlelésének és elemzésének köszönhető, hogy a bálnák és delfinek, denevérek és éjszakai rovarok navigálnak az űrben.
Egy kis történelem
Az első ultrahang (USA) vizsgálatok voltakszázad elején F. Savart francia tudós végezte, aki az emberi hallókészülék hallásának felső frekvenciahatárát igyekezett kideríteni. A jövőben olyan híres tudósok vettek részt az ultrahangos hullámok tanulmányozásában, mint a német V. Vin, az angol F. Galton, az orosz P. Lebedev egy hallgatói csoporttal.
1916-ban egy francia P fizikus.Langevin, Konstantin Silovsky orosz emigráns tudóssal együttműködve, kvarc segítségével képes volt ultrahang vételére és kibocsátására a tengeri mérésekhez, valamint a víz alatti tárgyak felderítéséhez, lehetővé téve a kutatók számára, hogy elkészítsék az első szonárt, amely ultrahangos sugárzóból és vevőből állt.
A háború utáni 50-60-as években, alapjánL. D. Rosenberg vezette szovjet tudóscsoport elméleti fejlesztései szerint az ultrahang széles körű alkalmazása számos ipari és technológiai területen kezdődik. Ugyanakkor a brit és amerikai tudósok munkájának, valamint olyan szovjet kutatók kutatásainak köszönhetően, mint R.V. Khokhlov, V.A. Kraszilnikov és még sokan mások, egy olyan tudományos tudományág, mint a nemlineáris akusztika, gyorsan fejlődött.
Körülbelül ugyanebben az időben megtették az amerikaiak az első kísérleteket az ultrahang alkalmazására az orvostudományban.
Sokolov szovjet tudós még a negyvenes évek végéna múlt század éveiben kidolgozta az átlátszatlan tárgyak vizualizálására tervezett eszköz - egy "ultrahangos" mikroszkóp - elméleti leírását. Ezen művek alapján a 70-es évek közepén a Stanford Egyetem szakemberei elkészítették egy pásztázó akusztikus mikroszkóp prototípusát.
Jellemzők
Közös jellege van, a hallható tartomány hullámai,valamint az ultrahangosak, betartják a fizikai törvényeket. De az ultrahang számos olyan tulajdonsággal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik, hogy széles körben alkalmazzák a tudomány, az orvostudomány és a technológia különböző területein:
1. Kis hullámhossz.A legalacsonyabb ultrahangos tartomány esetében nem haladja meg a néhány centimétert, ami a jel terjedésének sugárjellegét okozza. Ebben az esetben a hullám lineáris nyalábokkal fókuszálódik és terjed.
2. Jelentéktelen rezgési periódus, amelynek következtében az ultrahang pulzálható.
3.Különböző környezetekben az ultrahangos rezgések, amelyek hullámhossza nem haladja meg a 10 mm-t, a fénysugarakhoz hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek, amely lehetővé teszi a rezgések fókuszálását, irányított sugárzás kialakulását, vagyis nemcsak energiát küld a megfelelő irányba, hanem koncentrálja is a szükséges hangerő.
négy.Kis amplitúdóval nagy értékeket lehet elérni a rezgési energiában, ami nagy energiájú ultrahangos mezők és nyalábok létrehozását teszi lehetővé nagy méretű berendezések használata nélkül.
- diszperzió;
- kavitáció;
- gáztalanító;
- helyi fűtés;
- fertőtlenítés és még sokan mások. dr.
típusok
Minden ultrahangos frekvenciát három típusba sorolnak:
- ULF - alacsony, 20 és 100 kHz közötti tartományban;
- UCh - középfrekvencia - 0,1 és 10 MHz között;
- UZHCH - nagy frekvencia - 10 és 1000 MHz között.
Ma az ultrahang gyakorlati alkalmazása azEz elsősorban az alacsony intenzitású hullámok felhasználása a különféle anyagok és termékek belső szerkezetének mérésére, ellenőrzésére és kutatására. A nagyfrekvenciás anyagokat a különféle anyagok aktív befolyásolására használják, ami lehetővé teszi azok tulajdonságainak és szerkezetének megváltoztatását. Számos betegség ultrahanggal történő diagnosztizálása és kezelése (különböző frekvenciák alkalmazásával) a modern orvoslás külön és aktívan fejlődő területe.
Hol alkalmazzák?
Az elmúlt évtizedekben az ultrahang iránti érdeklődésnemcsak a tudományos teoretikusok, hanem a gyakorlati szakemberek is egyre aktívabban vezetik be az emberi tevékenység különféle típusaiba. Ma ultrahangos készülékeket használnak:
Információk beszerzése anyagokról és anyagokról | intézkedések | Frekvencia kHz-ben | ||
tól től | hogy | |||
Az anyagok összetételének és tulajdonságainak vizsgálata | szilárd anyagok | 10 | 106 | |
folyadékok | 103 | 105 | ||
gázok | 10 | 103 | ||
Méretek és szintek ellenőrzése | 10 | 103 | ||
Hanglokátor | 1 | 100 | ||
Hibák felderítése | 100 | 105 | ||
Orvosi diagnosztika | 103 | 105 | ||
Hatás anyagokra | Forrasztás és fémezés | 10 | 100 | |
hegesztés | 10 | 100 | ||
Műanyag deformáció | 10 | 100 | ||
Mechanikus helyreállítás | 10 | 100 | ||
Emulgeálás | 10 | 104 | ||
Kristályosodás | 10 | 100 | ||
Permetezés | 10-100 | 103-104 | ||
Aerosol koaguláció | 1 | 100 | ||
Szétszórtság | 10 | 100 | ||
takarítás | 10 | 100 | ||
Kémiai folyamatok | 10 | 100 | ||
Hatás az égésre | 1 | 100 | ||
sebészet | 10–100 | 103 10-ig4 | ||
terápia | 103 | 104 | ||
Jelfeldolgozás és vezérlés | Acoustoelectronic átalakítók | 103 | 107 | |
szűrők | 10 | 105 | ||
Késlelteti a sorokat | 103 | 107 | ||
Akusztikai optikai eszközök | 100 | 105 | ||
A modern világban az ultrahang fontos technológiai eszköz az olyan ipari ágazatokban, mint:
- kohászati;
- kémiai;
- mezőgazdasági;
- textil;
- étel;
- farmakológiai;
- gép- és műszergyártás;
- petrolkémiai, finomítói és mások.
Ezenkívül az ultrahangot egyre inkább használják az orvostudományban. Erről fogunk beszélni a következő részben.
Orvosi felhasználás
A modern gyakorlati orvostudományban a különböző frekvenciájú ultrahang használatának három fő területe van:
1. Diagnosztikai.
2. Terápiás.
3. Sebészeti.
Vizsgáljuk meg közelebbről mindhárom területet.
diagnosztika
Az egyik legmodernebb és informatívabbaz orvosi diagnosztikai módszerek ultrahang. Kétségtelen előnyei: az emberi szövetekre gyakorolt minimális hatás és a magas információtartalom.
Mint már említettük, az ultrahang hangoshomogén közegben egyenes vonalban és állandó sebességgel terjedő hullámok. Ha útközben vannak különböző akusztikai sűrűségű területek, akkor a rezgések egy része visszaverődik, a másik része pedig megtörik, miközben folytatja egyenes vonalú mozgását. Így minél nagyobb a különbség a határközeg sűrűségében, annál jobban visszaverődnek az ultrahangos rezgések. Az ultrahangkutatás modern módszerei helyekre és áttetszőekre oszthatók.
Ultrahangos hely
Egy ilyen tanulmány sorána különböző akusztikai sűrűségű közeg határairól visszaverődő impulzusok. Mozgatható érzékelővel beállíthatja a vizsgált tárgy méretét, helyzetét és alakját.
Átvilágítás
Ez a módszer azon a tényen alapul, hogy a különböző szövetekaz emberi test különböző módon szívja fel az ultrahangot. Bármely belső szerv vizsgálata során egy hullám egy bizonyos intenzitással irányul belé, majd ezt követően a szenzorral rögzítik a hátsó oldalról továbbított jelet. A beolvasott objektum képe a jel intenzitásának változása alapján történik a "bemenetnél" és a "kimenetnél". A kapott információt a számítógép feldolgozza és konvertálja echogram (görbe) vagy szonogram formájában - kétdimenziós kép.
Doppler-módszer
Ez a legaktívabban fejlődő módszerdiagnosztika, amely pulzáló és folyamatos ultrahangot egyaránt használ. A Doppler-ultrahangvizsgálatot széles körben használják a szülészetben, a kardiológiában és az onkológiában, mivel ez lehetővé teszi a hajszálerek és a kis erek legkisebb változásainak nyomon követését is.
Diagnosztikai alkalmazások
Ma az ultrahangos képalkotási és mérési technikákat a legszélesebb körben használják az orvosi területeken, például:
- szülészet;
- szemészet;
- kardiológia;
- újszülöttek és csecsemők neurológiája;
- belső szervek vizsgálata:
- a vesék ultrahangja;
- máj;
- epehólyag és csatornák;
- a női reproduktív rendszer;
- a külső és a felszín közelében lévő szervek (pajzsmirigy és emlőmirigyek) diagnosztikája.
Használja a terápiában
Az ultrahang fő terápiás hatásaaz emberi szövetekbe való behatolás, bemelegítés és felmelegedés, valamint az egyes területek mikromasszázsának képessége miatt. Az ultrahang mind a fájdalom fókuszára gyakorolt közvetlen, mind közvetett hatásokhoz használható. Ezenkívül bizonyos körülmények között ezek a hullámok baktericid, gyulladáscsökkentő, fájdalomcsillapító és görcsoldó hatásúak. Terápiás célokra használják az ultrahangot hagyományosan magas és alacsony intenzitású rezgésekre.
- arthrosis;
- ízületi gyulladás;
- izomfájdalom;
- spondylitis;
- neuralgia;
- visszeres és trofikus fekélyek;
- Ankylosing spondylitis;
- az endarteritis megsemmisítése.
Tanulmányok folynak, amelyek során az ultrahangot a Meniere-kór, a tüdő emphysema, a nyombél- és a gyomorfekély, a bronchiális asztma, az otosclerosis kezelésére használják.
Ultrahangos műtét
Az ultrahanghullámokat használó modern műtét két területre oszlik:
- szelektíven tönkreteszi a szöveti területeket speciális vezérelt, nagy intenzitású ultrahangos hullámokkal, 10 frekvenciától6 10-ig7 Hz;
- 20 és 75 kHz közötti ultrahangos rezgések szuperpozíciójával rendelkező sebészeti eszköz használata.
Példa a szelektív ultrahangos műtétrea vesék ultrahanggal történő kövek zúzásaként szolgálnak. Egy ilyen nem invazív művelet során ultrahangos hullám hat a kőre a bőrön keresztül, vagyis az emberi testen kívül.
- terhes nők bármikor;
- ha a kövek átmérője több mint két centiméter;
- bármilyen fertőző betegség esetén;
- olyan betegségek jelenlétében, amelyek megzavarják a normális véralvadást;
- a csontszövet súlyos károsodása esetén.
Annak ellenére, hogy a vesekövek ultrahanggal történő eltávolítását műtéti bemetszések nélkül végzik, meglehetősen fájdalmas és általános vagy helyi érzéstelenítésben történik.
A műtéti ultrahangos műszereket nemcsak a csont és a lágyrész kevésbé fájdalmas boncolására használják, hanem a vérveszteség csökkentésére is.
