Ultrason çalışmaları gerçeğine rağmendalgalar yüz yıldan daha uzun bir süre önce başladı, sadece son yarım yüzyılda insan faaliyetinin çeşitli alanlarında yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Bunun nedeni, akustik ve kuantum elektroniğinin ve katı hal fiziğinin hem kuantum hem de doğrusal olmayan alanlarının aktif gelişimidir. Günümüzde ultrason, sadece akustik dalgaların yüksek frekanslı bölgesinin bir tanımı değil, aynı zamanda modern fizik ve biyolojide endüstriyel, bilgi ve ölçüm teknolojilerinin yanı sıra teşhis, cerrahi ve terapötik yöntemlerle ilişkilendirilen tam bir bilimsel yöndür. modern tıp.
Bu nedir?
Tüm ses dalgaları işitilebilir olarak sınıflandırılabilirinsan - bunlar 16 ila 18 bin Hz arasındaki frekanslardır ve insan algısı aralığının dışında olanlardır - infra ve ultrason. Infrasound, ses dalgalarına benzer, ancak insan kulağının algıladığından daha düşük frekanslı dalgalar olarak anlaşılır. İnfrasonik bölgenin üst sınırı 16 Hz ve alt sınırı - 0,001 Hz olarak kabul edilir.
Ultrason aynı zamanda ses dalgalarıdır, ancak yalnızcafrekansları, insan işitme cihazının algılayabileceğinden daha yüksektir. Kural olarak, 20 ila 106 kHz arasındaki frekansları ifade ederler. Üst sınırları, bu dalgaların yayıldığı ortama bağlıdır. Yani, bir gaz ortamında, sınır 106 kHz'dir ve katılarda ve sıvılarda 1010 kHz'e ulaşır. Yağmur, rüzgar veya şelale gürültüsünde, yıldırım deşarjlarında ve deniz dalgasının yuvarladığı çakılların hışırtısında ultrasonik bileşenler vardır. Balinaların ve yunusların, yarasaların ve gece böceklerinin kendilerini uzayda yönlendirdikleri ultrasonik dalgaları algılama ve analiz etme yeteneği sayesinde.
Biraz tarih
İlk ultrason çalışmaları (ABD)19. yüzyılın başında, insan işitme cihazının üst frekans sınırını bulmaya çalışan Fransız bilim adamı F.Savart tarafından yapılmıştır. Daha sonra, Alman V.Vin, İngiliz F. Galton, Rus P.Lebedev gibi ünlü bilim adamları, bir grup öğrenciyle birlikte ultrasonik dalgaların çalışmasına katıldılar.
1916'da Fransa'dan bir fizikçi P.Langevin, Rus göçmen bilim adamı Konstantin Shilovsky ile işbirliği yaparak, deniz ölçümleri için ultrason almak ve yaymak ve su altı nesnelerini tespit etmek için kuvars kullanabildi, bu da araştırmacıların bir ultrason verici ve alıcısından oluşan ilk sonarı oluşturmasına olanak tanıdı.
Savaş sonrası 50-60'lardaL. D. Rosenberg başkanlığındaki Sovyet bilim adamlarından oluşan bir ekibin teorik gelişmeleri, ultrasonun yaygın kullanımı çeşitli endüstriyel ve teknolojik alanlarda başlar. Aynı zamanda, İngiliz ve Amerikalı bilim adamlarının çalışmalarının yanı sıra, R.V. Khokhlov, V.A.Krasilnikov ve diğerleri gibi Sovyet araştırmacılarının araştırmaları sayesinde, doğrusal olmayan akustik gibi bilimsel bir disiplin hızla gelişiyordu.
Aynı zamanlarda, Amerikalılar ultrasonu tıpta kullanmak için ilk girişimlerde bulundular.
Kırklı yılların sonlarında Sovyet bilim adamı SokolovGeçen yüzyılın yılları, opak nesneleri görselleştirmek için tasarlanmış bir cihazın teorik bir tanımını geliştirdi - "ultrasonik" bir mikroskop. Bu çalışmalara dayanarak, 70'lerin ortalarında, Stanford Üniversitesi'nden uzmanlar bir taramalı akustik mikroskop prototipi yarattılar.
Özellikler
Ortak bir doğaya sahip olan, duyulabilir aralığın dalgaları,ultrasonik olanlar kadar fiziksel yasalara da uyarlar. Ancak ultrason, çeşitli bilim, tıp ve teknoloji alanlarında yaygın olarak kullanılmasına izin veren bir dizi özelliğe sahiptir:
1. Küçük dalga boyu.En düşük ultrasonik aralık için, birkaç santimetreyi geçmez ve sinyal yayılımının ışın karakterine neden olur. Bu durumda, dalga odaklanır ve doğrusal ışınlarla yayılır.
2. Ultrasonun darbelerde yayılabilmesi nedeniyle önemsiz bir salınım dönemi.
3.Çeşitli ortamlarda, dalga boyu 10 mm'yi geçmeyen ultrasonik titreşimler, ışık ışınlarına benzer özelliklere sahiptir, bu da titreşimlere odaklanmayı, yönlü radyasyon oluşturmayı, yani sadece doğru yönde enerji göndermeyi değil, aynı zamanda onu konsantre etmeyi de mümkün kılar. gerekli hacim.
dört.Küçük bir genlik ile, büyük boyutlu ekipman kullanmadan yüksek enerjili ultrasonik alanlar ve kirişler oluşturmayı mümkün kılan yüksek titreşim enerjisi değerleri elde etmek mümkündür.
- dağılım;
- kavitasyon;
- gazdan arındırma;
- yerel ısıtma;
- dezenfeksiyon ve diğerleri. dr.
türleri
Tüm ultrasonik frekanslar üç tipte sınıflandırılır:
- ULF - düşük, 20 ila 100 kHz aralığında;
- USCH - orta frekans - 0,1 ila 10 MHz;
- UZVCH - yüksek frekans - 10 ila 1000 MHz.
Günümüzde ultrasonun pratik kullanımıBu, öncelikle çeşitli malzemelerin ve ürünlerin iç yapısının ölçümleri, kontrolü ve araştırılması için düşük yoğunluklu dalgaların kullanılmasıdır. Yüksek frekanslı olanlar, çeşitli maddeleri aktif olarak etkilemek için kullanılır, bu da özelliklerini ve yapılarını değiştirmenize izin verir. Birçok hastalığın teşhisi ve ultrason tedavisi (farklı frekanslar kullanılarak), modern tıbbın ayrı ve aktif olarak gelişen bir alanıdır.
Nerede kullanılır
Son yıllarda insanlar ultrasonla ilgileniyorsadece bilimsel teorisyenler değil, aynı zamanda onu çeşitli insan faaliyetlerine giderek daha aktif bir şekilde sokan uygulayıcılar. Günümüzde ultrasonik cihazlar aşağıdakiler için kullanılmaktadır:
Maddeler ve malzemeler hakkında bilgi edinme | önlemler | KHz cinsinden frekans | ||
itibaren | için | |||
Maddelerin bileşimi ve özelliklerinin incelenmesi | katılar | 10 | 106 | |
sıvılar | 103 | 105 | ||
gazlar | 10 | 103 | ||
Boyutların ve seviyelerin kontrolü | 10 | 103 | ||
Sonar | 1 | 100 | ||
Kusur algılama | 100 | 105 | ||
Tıbbi teşhis | 103 | 105 | ||
Etki maddeler üzerinde | Lehimleme ve metalleştirme | 10 | 100 | |
Kaynak | 10 | 100 | ||
Plastik bozulma | 10 | 100 | ||
Mekanik restorasyon | 10 | 100 | ||
Emülsifikasyon | 10 | 104 | ||
Kristalleşme | 10 | 100 | ||
Püskürtme | 10-100 | 103-104 | ||
Aerosol pıhtılaşması | 1 | 100 | ||
Dağılım | 10 | 100 | ||
Temizlik | 10 | 100 | ||
Kimyasal süreçler | 10 | 100 | ||
Yanma üzerindeki etkiler | 1 | 100 | ||
cerrahlık | 10 ila 100 | 103 10'a kadar4 | ||
terapi | 103 | 104 | ||
Sinyal işleme ve kontrol | Acoustoelectronic dönüştürücüler | 103 | 107 | |
filtreler | 10 | 105 | ||
Gecikme hatları | 103 | 107 | ||
Akusto-optik cihazlar | 100 | 105 | ||
Modern dünyada, ultrason, aşağıdaki gibi endüstriyel sektörlerde önemli bir teknolojik araçtır:
- metalurjik;
- kimyasal;
- tarım;
- Tekstil;
- Gıda;
- farmakolojik;
- makine ve alet yapımı;
- petrokimya, arıtma ve diğerleri.
Ek olarak, ultrason tıpta giderek daha fazla kullanılmaktadır. Sonraki bölümde bahsedeceğimiz konu bu.
Tıbbi kullanım
Modern pratik tıpta, çeşitli frekanslarda ultrasonun üç ana kullanım alanı vardır:
1. Teşhis.
2. Terapötik.
3. Cerrahi.
Bu üç alanın her birine daha yakından bakalım.
tanılama
En modern ve bilgilendirici olanlardan biritıbbi teşhis yöntemleri ultrasondur. Kuşkusuz avantajları şunlardır: insan dokuları üzerinde minimum etki ve yüksek bilgi içeriği.
Daha önce de belirtildiği gibi, ultrason sestirHomojen bir ortamda düz bir çizgide ve sabit bir hızda yayılan dalgalar. Yolları üzerinde farklı akustik yoğunluklara sahip alanlar varsa, doğrusal hareketine devam ederken titreşimlerin bir kısmı yansıtılır ve diğer kısmı kırılır. Böylece, sınır ortamının yoğunluğundaki fark ne kadar büyükse, o kadar fazla ultrasonik titreşim yansıtılır. Modern ultrason muayenesi yöntemleri, konum ve yarı saydam olarak ayrılabilir.
Ultrasonik konum
Böyle bir araştırma sürecinde,farklı akustik yoğunluklarla medyanın sınırlarından yansıyan dürtüler. Hareketli bir sensör yardımıyla, incelenen nesnenin boyutunu, konumunu ve şeklini ayarlayabilirsiniz.
Transilluminasyon
Bu yöntem, farklı kumaşlarıninsan vücudu ultrasonu farklı şekillerde emer. Herhangi bir iç organın incelenmesi sırasında, içine belirli bir yoğunlukta bir dalga yönlendirilir, ardından arka taraftan iletilen sinyal özel bir sensörle kaydedilir. Taranan nesnenin resmi, "giriş" ve "çıkış" da sinyal yoğunluğundaki değişime bağlı olarak yeniden oluşturulur. Alınan bilgiler bir bilgisayar tarafından bir ekogram (eğri) veya bir sonogram - iki boyutlu bir görüntü şeklinde işlenir ve dönüştürülür.
Doppler yöntemi
Bu, en aktif olarak gelişen yöntemdir.hem darbeli hem de sürekli ultrason kullanan teşhis. Doppler ultrasonografi, kılcal damarlardaki ve küçük kan damarlarındaki en küçük değişiklikleri bile izlemenize izin verdiği için obstetrik, kardiyoloji ve onkolojide yaygın olarak kullanılmaktadır.
Teşhis uygulamaları
Günümüzde ultrason görüntüleme ve ölçüm teknikleri en yaygın olarak aşağıdakiler gibi tıbbi alanlarda kullanılmaktadır:
- doğum;
- Oftalmoloji;
- kardiyoloji;
- yenidoğan ve bebeklerin nörolojisi;
- iç organların incelenmesi:
- böbreklerin ultrasonu;
- karaciğer;
- safra kesesi ve kanalları;
- dişi üreme sistemi;
- dış ve yüzeye yakın organların teşhisi (tiroid ve meme bezleri).
Terapide kullanın
Ultrasonun ana terapötik etkisiinsan dokularına nüfuz etme, onları ısıtma ve ısıtma kabiliyeti nedeniyle, bireysel alanların mikro masajını gerçekleştirir. Ultrason, ağrı odağı üzerindeki hem doğrudan hem de dolaylı etkiler için kullanılabilir. Ek olarak, belirli koşullar altında, bu dalgalar bakterisidal, antiinflamatuar, analjezik ve antispazmodik etkiye sahiptir. Tedavi amaçlı kullanılan ultrason, geleneksel olarak yüksek ve düşük yoğunluklu salınımlara bölünür.
- artrit;
- artrit;
- miyalji;
- spondilit;
- nevralji;
- varisli ve trofik ülserler;
- ankilozan spondilit;
- yok edici endarterit.
Meniere hastalığı, pulmoner amfizem, duodenal ve mide ülserleri, bronşiyal astım, otosklerozu tedavi etmek için ultrasonun kullanıldığı çalışmalar yapılmaktadır.
Ultrason Cerrahisi
Ultrason dalgalarının kullanıldığı modern cerrahi iki bölüme ayrılmıştır:
- 10'dan başlayan frekanslara sahip özel kontrollü yüksek yoğunluklu ultrasonik dalgalar ile doku alanlarını seçici olarak yok etme6 10'a kadar7 Hz;
- 20 ila 75 kHz arasında ultrasonik titreşimlerin üst üste geldiği bir cerrahi alet kullanarak.
Seçici ultrason cerrahisine bir örnek olabilirböbreklerde ultrason ile taşların ezilmesi görevi görür. Böylesine invaziv olmayan bir operasyon sırasında, deri yoluyla yani insan vücudunun dışında taşa ultrasonik bir dalga etki eder.
- herhangi bir zamanda hamile kadınlar;
- taşların çapı iki santimetreden fazlaysa;
- herhangi bir bulaşıcı hastalık için;
- normal kan pıhtılaşmasını bozan hastalıkların varlığında;
- kemik dokusunda ciddi hasar olması durumunda.
Böbrek taşlarının ultrason ile çıkarılması cerrahi kesi yapılmadan yapılmasına rağmen oldukça ağrılıdır ve genel veya lokal anestezi altında yapılır.
Cerrahi ultrason aletleri sadece kemik ve yumuşak dokunun daha az ağrılı diseksiyonu için değil, aynı zamanda kan kaybını azaltmak için de kullanılmaktadır.
