Co to jest USG? USG w medycynie. Leczenie ultradźwiękami

Pomimo tego, że badania ultrasonograficznefale zaczęły się ponad sto lat temu, dopiero w ostatnim półwieczu zaczęły być szeroko stosowane w różnych dziedzinach ludzkiej działalności. Wynika to z aktywnego rozwoju zarówno kwantowych, jak i nieliniowych obszarów akustyki oraz elektroniki kwantowej i fizyki ciała stałego. Dziś ultradźwięki to nie tylko oznaczenie obszaru fal akustycznych o wysokiej częstotliwości, ale cały kierunek naukowy we współczesnej fizyce i biologii, który wiąże się z technologiami przemysłowymi, informatycznymi i pomiarowymi, a także metodami diagnostycznymi, chirurgicznymi i terapeutycznymi. nowoczesna medycyna.

Co to jest?

Wszystkie fale dźwiękowe można podzielić na słyszalneczłowiek - są to częstotliwości od 16 do 18 tys. Hz, a te, które są poza zasięgiem ludzkiej percepcji - podczerwień i ultradźwięki. Infradźwięki są rozumiane jako fale podobne do fal dźwiękowych, ale o częstotliwościach niższych niż te odbierane przez ludzkie ucho. Uważa się, że górna granica obszaru infradźwiękowego wynosi 16 Hz, a dolna - 0,001 Hz.

Ultradźwięki to także fale dźwiękowe, ale tylkoich częstotliwość jest wyższa niż może odbierać ludzki aparat słuchowy. Z reguły mają na myśli częstotliwości od 20 do 106 kHz. Ich górna granica zależy od ośrodka, w którym te fale się rozchodzą. Tak więc w środowisku gazowym granica wynosi 106 kHz, aw ciałach stałych i płynach osiąga 1010 kHz. W szumie deszczu, wiatru czy wodospadu, wyładowaniach atmosferycznych i szeleszczeniu kamyków toczonych przez falę morską występują elementy ultradźwiękowe. To dzięki zdolności do postrzegania i analizowania fal ultradźwiękowych orientują się w przestrzeni wieloryby i delfiny, nietoperze i nocne owady.

Trochę historii

Pierwsze badania ultrasonograficzne (US) byłyprzeprowadzone na początku XIX wieku przez francuskiego naukowca F. Savarta, który starał się ustalić górną granicę częstotliwości słyszalności ludzkiego aparatu słuchowego. W przyszłości badaniem fal ultradźwiękowych zajmowali się tacy znani naukowcy, jak Niemiec V. Vin, Anglik F. Galton, Rosjanin P. Lebedev z grupą studentów.

W 1916 roku fizyk z Francji P.Langevin, we współpracy z rosyjskim naukowcem z emigracji Konstantinem Shilovskim, był w stanie wykorzystać kwarc do odbierania i emitowania ultradźwięków do pomiarów morskich oraz wykrywania obiektów podwodnych, co pozwoliło naukowcom stworzyć pierwszy sonar, który składał się z nadajnika i odbiornika ultradźwięków.

W 1925 roku Amerykanin V.Pierce stworzył urządzenie zwane dziś interferometrem Pierce'a, które mierzy z dużą dokładnością prędkość i absorpcję ultradźwięków w mediach ciekłych i gazowych. W 1928 r. Radziecki naukowiec S. Sokolov jako pierwszy zastosował fale ultradźwiękowe do wykrywania różnych defektów ciał stałych, w tym metalowych.

W latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych powojennych na podstawieteoretyczny rozwój zespołu radzieckich naukowców pod kierownictwem L. D. Rosenberga, zaczyna się powszechne stosowanie ultradźwięków w różnych dziedzinach przemysłu i technologii. Jednocześnie dzięki pracy brytyjskich i amerykańskich naukowców, a także badaniom radzieckich badaczy, takich jak R.V. Khokhlov, V.A. Krasilnikov i wielu innych, szybko rozwijała się taka dyscyplina naukowa, jak akustyka nieliniowa.

Mniej więcej w tym samym czasie Amerykanie podjęli pierwsze próby wykorzystania ultradźwięków w medycynie.

Radziecki naukowiec Sokolov pod koniec lat czterdziestychlat ubiegłego wieku opracował teoretyczny opis urządzenia przeznaczonego do wizualizacji obiektów nieprzezroczystych - mikroskopu „ultradźwiękowego”. Na podstawie tych prac w połowie lat 70-tych specjaliści ze Stanford University stworzyli prototyp skaningowego mikroskopu akustycznego.

Funkcje

Mając wspólny charakter, fale słyszalnego zakresu,podobnie jak ultradźwiękowe, przestrzegają praw fizyki. Ale ultradźwięki mają wiele cech, które pozwalają na ich szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach nauki, medycyny i technologii:

1. Mała długość fali.Dla najniższego zakresu ultradźwiękowego nie przekracza on kilku centymetrów, powodując wiązkę o charakterze propagacji sygnału. W tym przypadku fala jest skupiana i propagowana przez wiązki liniowe.

2. Niewielki okres oscylacji, dzięki któremu ultradźwięki mogą być emitowane impulsowo.

3.W różnych środowiskach drgania ultradźwiękowe o długości fali nieprzekraczającej 10 mm mają właściwości zbliżone do wiązek światła, co umożliwia skupianie drgań, formowanie promieniowania kierunkowego, czyli nie tylko wysyłanie energii we właściwym kierunku, ale także wymagana objętość.

cztery.Przy małej amplitudzie możliwe jest uzyskanie wysokich wartości energii drgań, co umożliwia tworzenie wysokoenergetycznych pól ultradźwiękowych i wiązek bez użycia wielkogabarytowych urządzeń.

5. Pod wpływem ultradźwięków na środowisko zachodzi wiele specyficznych efektów fizycznych, biologicznych, chemicznych i medycznych, takich jak:

• dyspersja;
• kawitacja;
• odgazowanie;
• ogrzewanie lokalne;
• dezynfekcja i wiele innych. dr.

Rodzaje

Wszystkie częstotliwości ultradźwiękowe są podzielone na trzy typy:

• ULF - niski, o zakresie od 20 do 100 kHz;
• USCH - średnia częstotliwość - od 0,1 do 10 MHz;
• UZVCH - wysoka częstotliwość - od 10 do 1000 MHz.

Dzisiaj jest praktyczne zastosowanie ultradźwiękówJest to przede wszystkim wykorzystanie fal o niskim natężeniu do pomiarów, kontroli i badania wewnętrznej struktury różnych materiałów i produktów. Wysokoczęstotliwościowe służą do aktywnego oddziaływania na różne substancje, co pozwala na zmianę ich właściwości i struktury. Diagnostyka i leczenie ultrasonograficzne wielu chorób (z wykorzystaniem różnych częstotliwości) to odrębny i aktywnie rozwijający się obszar współczesnej medycyny.

Gdzie jest używany?

W ostatnich dziesięcioleciach zainteresowanie ultrasonografiąnie tylko teoretyków naukowych, ale także praktyków, którzy coraz aktywniej wprowadzają ją w różnego rodzaju działalność człowieka. Obecnie urządzenia ultradźwiękowe są używane do:

Pozyskiwanie informacji o substancjach i materiałach	Wydarzenia		Częstotliwość w kHz
			z	przed
	Badanie składu i właściwości substancji	ciała stałe	10	106
		płyny	103	105
		gazy	10	103
	Kontrola rozmiarów i poziomów		10	103
	Sonar		1	100
	Wykrywanie błędów		100	105
	Diagnostyka medyczna		103	105
Wpływ na substancjach	Lutowanie i metalizacja		10	100
	Spawanie		10	100
	Odkształcenia plastyczne		10	100
	Odbudowa mechaniczna		10	100
	Emulgowanie		10	104
	Krystalizacja		10	100
	Rozpylający		10-100	103-104
	Koagulacja w aerozolu		1	100
	Dyspersja		10	100
	Czyszczenie		10	100
	Procesy chemiczne		10	100
	Wpływ na spalanie		1	100
	Chirurgia		10 do 100	103 do 104
	Terapia		103	104
Przetwarzanie i sterowanie sygnałem	Przetworniki akustoelektroniczne		103	107
	Filtry		10	105
	Linie opóźniające		103	107
	Urządzenia akustooptyczne		100	105

We współczesnym świecie ultradźwięki są ważnym narzędziem technologicznym w takich sektorach przemysłu jak:

• metalurgiczny;
• chemiczny;
• rolniczy;
• włókienniczy;
• jedzenie;
• farmakologiczny;
• produkcja maszyn i instrumentów;
• petrochemia, rafinacja i inne.

Ponadto w medycynie coraz częściej stosuje się ultradźwięki. O tym porozmawiamy w następnej sekcji.

Zastosowanie medyczne

We współczesnej medycynie praktycznej istnieją trzy główne kierunki stosowania ultradźwięków o różnych częstotliwościach:

1. Diagnostyka.

2. Terapeutyczne.

3. Chirurgiczne.

Przyjrzyjmy się bliżej każdemu z tych trzech obszarów.

Diagnostyka

Jeden z najnowocześniejszych i najbardziej pouczającychmetody diagnostyki medycznej to ultradźwięki. Jego niewątpliwymi zaletami są: minimalny wpływ na tkanki ludzkie oraz duża zawartość informacji.

Jak już wspomniano, ultradźwięki są zdrowefale rozchodzące się w jednorodnym ośrodku w linii prostej ze stałą prędkością. Jeśli na ich drodze znajdują się obszary o różnej gęstości akustycznej, część drgań jest odbijana, a druga załamywana, kontynuując jej prostoliniowy ruch. Zatem im większa różnica w gęstości medium granicznego, tym więcej drgań ultradźwiękowych jest odbijanych. Współczesne metody badania ultrasonograficznego można podzielić na lokalizacyjne i przezierne.

Lokalizacja ultradźwiękowa

W trakcie takich badańimpulsy odbite od granic mediów o różnej gęstości akustycznej. Za pomocą ruchomego czujnika można ustawić wielkość, położenie i kształt badanego obiektu.

Prześwietlanie

Ta metoda opiera się na fakcie, że różne tkaninyorganizm ludzki na różne sposoby absorbuje ultradźwięki. Podczas badania dowolnego narządu wewnętrznego fala jest kierowana do niego z określoną intensywnością, po czym przesyłany sygnał z odwrotnej strony jest rejestrowany za pomocą specjalnego czujnika. Obraz skanowanego obiektu jest odtwarzany w oparciu o zmianę natężenia sygnału na „wejściu” i „wyjściu”. Otrzymane informacje są przetwarzane i przetwarzane komputerowo w postaci echogramu (krzywej) lub sonogramu - obrazu dwuwymiarowego.

Metoda Dopplera

Jest to najbardziej aktywnie rozwijająca się metoda.diagnostyka wykorzystująca ultradźwięki impulsowe i ciągłe. Ultrasonografia dopplerowska znajduje szerokie zastosowanie w położnictwie, kardiologii i onkologii, gdyż pozwala na śledzenie nawet najmniejszych zmian w naczyniach włosowatych i małych naczyniach krwionośnych.

Aplikacje diagnostyczne

Obecnie obrazowanie ultrasonograficzne i techniki pomiarowe są najczęściej stosowane w dziedzinach medycyny, takich jak:

• położnictwo;
• okulistyka;
• kardiologia;
• neurologia noworodków i niemowląt;
• badanie narządów wewnętrznych:

- USG nerek;

- wątroba;

- woreczek żółciowy i przewody;

- żeński układ rozrodczy;

• diagnostyka narządów zewnętrznych i przypowierzchniowych (tarczyca i gruczoły sutkowe).

Zastosowanie w terapii

Główny efekt terapeutyczny ultradźwiękówdzięki swojej zdolności wnikania w ludzkie tkanki, rozgrzewając je i rozgrzewając, przeprowadza mikromasaż poszczególnych obszarów. Ultradźwięki mogą być stosowane zarówno do bezpośredniego, jak i pośredniego wpływu na ognisko bólu. Ponadto w określonych warunkach fale te mają działanie bakteriobójcze, przeciwzapalne, przeciwbólowe i przeciwskurczowe. Stosowane w celach terapeutycznych ultradźwięki dzieli się tradycyjnie na oscylacje o dużej i małej intensywności.

Najczęściej występują fale o niskiej intensywnościsłuży do stymulacji reakcji fizjologicznych lub lekkiego, nieszkodliwego ogrzewania. Leczenie ultradźwiękami dało pozytywne efekty w chorobach takich jak:

• artroza;
• zapalenie stawów;
• mialgia;
• zapalenie stawów kręgosłupa;
• nerwoból;
• żylaki i owrzodzenia troficzne;
• Zesztywniające zapalenie stawów kręgosłupa;
• zacieranie zapalenia wsierdzia.

Prowadzone są badania, podczas których ultrasonografia jest stosowana w leczeniu choroby Meniere'a, rozedmy płuc, wrzodów żołądka i dwunastnicy, astmy oskrzelowej, otosklerozy.

Chirurgia ultrasonograficzna

Nowoczesna chirurgia z wykorzystaniem fal ultradźwiękowych dzieli się na dwa obszary:

- selektywne niszczenie obszarów tkanek specjalnymi kontrolowanymi falami ultradźwiękowymi o dużym natężeniu i częstotliwościach od 10⁶ do 10⁷ Hz;

- przy użyciu instrumentu chirurgicznego z nałożeniem drgań ultradźwiękowych od 20 do 75 kHz.

Przykładem może być selektywna operacja ultrasonograficznasłużą do kruszenia kamieni za pomocą ultradźwięków w nerkach. W trakcie takiej nieinwazyjnej operacji fala ultradźwiękowa działa na kamień przez skórę, czyli poza organizmem człowieka.

Niestety ta metoda chirurgiczna ma kilka ograniczeń. Nie używaj zgniatania ultradźwiękowego w następujących przypadkach:

- kobiety w ciąży w dowolnym momencie;

- jeśli średnica kamieni jest większa niż dwa centymetry;

- na wszelkie choroby zakaźne;

- w obecności chorób, które zakłócają normalne krzepnięcie krwi;

- w przypadku ciężkiego uszkodzenia tkanki kostnej.

Pomimo tego, że usuwanie kamieni nerkowych za pomocą ultradźwięków odbywa się bez nacięć chirurgicznych, jest dość bolesne i odbywa się w znieczuleniu ogólnym lub miejscowym.

Chirurgiczne instrumenty ultrasonograficzne służą nie tylko do mniej bolesnego preparowania kości i tkanek miękkich, ale także do zmniejszania utraty krwi.

Zwróćmy uwagę na stomatologię.Ultradźwięki mniej boleśnie usuwają kamienie zębowe, a wszelkie inne zabiegi lekarskie są znacznie łatwiejsze do zniesienia. Ponadto w praktyce urazowej i ortopedycznej do przywrócenia integralności złamanych kości stosuje się USG. Podczas takich operacji przestrzeń między fragmentami kości wypełnia się specjalną mieszanką składającą się z wiórów kostnych i specjalnego płynnego tworzywa sztucznego, a następnie aplikuje się ultradźwięki, dzięki czemu wszystkie elementy są mocno połączone. Osoby, które przeszły interwencje chirurgiczne, podczas których zastosowano USG, pozostawiają różne recenzje - zarówno pozytywne, jak i negatywne. Należy jednak zaznaczyć, że zadowolonych pacjentów jest coraz więcej!