Ультразвук — это что? ультразвук в медицине. лечение ультразвуком

Ультразвуковая очистка.

Важной технологической проблемой является очистка поверхности металла или стекла от мельчайших посторонних частиц, жировых пленок и других видов загрязнения. Там, где слишком трудоемка ручная очистка или необходима особая степень чистоты поверхности, применяется ультразвук

В кавитирующую омывающую жидкость вводится мощное ультразвуковое излучение (создающее переменные ускорения с частотой до 106 Гц), и схлопывающиеся кавитационные пузырьки срывают с обрабатываемой поверхности нежелательные частицы. В промышленности используется много различного ультразвукового оборудования для очистки поверхностей кварцевых кристаллов и оптического стекла, малых прецизионных шарикоподшипников, снятия заусенец с малогабаритных деталей; применяется оно и на конвейерных линиях.

Открытие ультразвука и пьезоэлектриков

С давних времён учёные-исследователи в области физики, математики, материаловедения, позднее в электронике, пытались проникнуть за грань материального.

Ещё Леонардо да Винчи в XV веке погружал в жидкость трубку, пытаясь определить движение и скорость движущихся навстречу друг другу кораблей. Так со временем появился ультразвук, которым стали пользоваться во многих сферах, с том числе в медицине, сначала в диагностике, а затем и в лечении. Что же такое ультразвук? Ультразвук – это упругие колебания с частотами выше диапазона слышимости человека (20 кГц), распространяющиеся в виде волны в газах, жидкостях и твёрдых телах или образующее в ограниченных областях этих сред стоячие волны.

В XIX веке ультразвук произвёл настоящий бум в среде исследователей, объединив усилия учёных различных областей. Например, швейцарский физик Жан – Даниел и математик Чарльз Штурм, занимаясь проблемами скорости звука в воде, внесли немалый вклад в развитие гидролокатора. Учёный Калладон в результате своих экспериментов сумел определить скорость звука в воде. Благодаря этому родилась гидроакустика.

В конце XIX века, в 1877 году, Джон Уильям Струтт разработал теорию звука, которая и явилась основой науки об ультразвуке. Тремя годами позже открытие учёных Пьера и Жака Кюри привело к развитию ультразвукового преобразователя. Их открытие пьезоэлектриков стало основой современного ультразвукового оборудования.

В XX веке исследования в области ультразвука были продолжены. Благодаря «сверхзвуковому рефлектоскопу», разработанному в первой половине 20 века учёными Спроулом, Фаярстоуном и Спер стало возможным обнаруживать дефекты в металле, что нашло своё применение в промышленности.

Во второй половине XX века учёные – исследователи Генри Хугес, Кельвин, Боттомли и Баярд изготовили металлический дефектоскоп, а Том Броун с Яном Дональдом разработали первую в мире контактную ультразвуковую машину. Кроме этого, Яну Дональду принадлежит заслуга в исследовании клинических областей использования ультразвука.

Польза

Укрощенное излучение не способно навредить организму, и часто применяется на пользу человеку, например, в физиотерапии.

  • регенерации тканей, ускорению заживления ран;
  • рассасыванию спаек и рубцов;
  • уменьшению спазмов и болевых ощущений в мышцах;
  • проницаемости кожных покровов для медикаментов;
  • повреждению клеточных оболочек бактерий;
  • отшелушиванию ороговевшего слоя кожи при пилинге.

Ультразвуковое обследование – современной, практичный и безвредный способ исследования женщины во время беременности. УЗИ обычно назначают:

  • для подтверждения зачатия;
  • для выявления возможных дефектов и отклонений развития плода, а также осмотра расположения плаценты;
  • для установления срока беременности;
  • для определения жизнеспособности и пола эмбриона.

В некоторых случаях применение УЗИ особенно необходимо – процедура поможет проверить течение беременности, своевременно выявить отклонения, а также сохранить жизнь и здоровье будущей матери и ее ребенка.

Специалисты уверены, что плановое осуществление ультразвукового обследования для выявления отклонений во время вынашивания ребенка не угрожает какими-либо вредными последствиями для здоровья.

Таким образом, применение ультразвука в диагностике не оказывает негативного воздействия на здоровье человека. Данный способ исследования является безопасным для людей всех возрастных категорий. Однако людям, чья деятельность связана с ультразвуковым излучением, необходимо придерживаться правил техники безопасности во избежание вредного влияния ультразвука.

Ультразвуковые волны отличаются широким практическим применением в разных сферах деятельности человека.

Приборы с ультразвуковыми генераторами используются для проведения медицинских диагностических процедур, для дефектоскопии, для выполнения ультразвуковой сварки, в различных производственных процессах и пр.

Кроме перечисленного выше УЗ-волны нашли широкое применение в быту и применяются с целью отпугивания различных вредителей: мышей, крыс, насекомых и пр.

Для этого созданы специальные приборы – ультразвуковые отпугиватели, которые устанавливают как на промышленных объектах, так и применяют в домашних условиях. В связи с этим «количество ультразвука» в жизни человека резко возросло.

Естественно, что возникает вопрос о том, опасно ли воздействие ультразвука на организм человека на производстве и в быту.

Чтобы дать утвердительный ответ на этот сложный вопрос следует разобраться, что собой представляют ультразвуковые волны и как функционирует УЗ-отпугиватель, которым человек пользуется в быту.

Гидролокация.

В конце Первой мировой войны появилась одна из первых практических ультразвуковых систем, предназначенная для обнаружения подводных лодок. Пучок ультразвукового излучения может быть сделан остро направленным, и по отраженному от цели сигналу (эхо-сигналу) можно определить направление на эту цель. Измеряя время прохождения сигнала до цели и обратно, определяют расстояние до нее. К настоящему времени система, именуемая гидролокатором, или сонаром, стала неотъемлемым средством мореплавания. См. также ГИДРОЛОКАТОР.

Если направить импульсное ультразвуковое излучение в сторону дна и измерить время между посылом импульса и его возвратом, можно определить расстояние между излучателем и приемником, т.е. глубину. Основанные на этом сложные системы автоматической регистрации применяются для составления карт дна морей и океанов, а также русел рек. Соответствующие навигационные системы атомных подводных лодок позволяют им совершать безопасные переходы даже под полярными льдами.

Акустическая микроскопия

Акустическая микроскопия — это метод использования звуковых волн для визуализации структур, которые слишком малы, чтобы их мог разглядеть человеческий глаз. В акустических микроскопах используются частоты до нескольких гигагерц. Отражение и дифракция звуковых волн от микроскопических структур может дать информацию, недоступную для света.

Человеческая медицина

Медицинский ультразвук — это основанный на ультразвуке метод диагностической медицинской визуализации , используемый для визуализации мышц, сухожилий и многих внутренних органов, чтобы зафиксировать их размер, структуру и любые патологические поражения с помощью томографических изображений в реальном времени. Ультразвук используется радиологами и сонографами для визуализации человеческого тела уже не менее 50 лет и стал широко используемым диагностическим инструментом. Эта технология относительно недорогая и портативная, особенно по сравнению с другими методами, такими как магнитно-резонансная томография (МРТ) и компьютерная томография (КТ). Ультразвук также используется для визуализации плодов во время плановой и неотложной дородовой помощи . Такие диагностические приложения, используемые во время беременности , называются акушерской сонографией . Правильно проведенное ультразвуковое исследование, применяемое в настоящее время в медицине, не представляет опасности для пациента. Сонография не использует ионизирующее излучение , а уровни мощности, используемые для визуализации, слишком низкие, чтобы вызывать неблагоприятные эффекты нагрева или давления в ткани. Хотя долгосрочные эффекты воздействия ультразвука при диагностической интенсивности все еще неизвестны, в настоящее время большинство врачей считают, что польза для пациентов перевешивает риски. Принцип ALARA (разумно достижимого низкого уровня) пропагандируется для ультразвукового исследования, то есть с минимальными настройками времени и мощности сканирования, но совместимыми с диагностической визуализацией, а также в немедицинских целях, которые по определению являются не нужны, активно отговариваются.

Ультразвук также все чаще используется в случаях травм и оказания первой помощи, при этом экстренное ультразвуковое исследование становится основным продуктом большинства бригад экстренной помощи . Кроме того, ультразвук используется в случаях удаленной диагностики, когда требуется телеконсультация , например, в научных экспериментах в космосе или диагностике мобильных спортивных команд.

Согласно RadiologyInfo, ультразвук полезен при обнаружении аномалий таза и может включать методы, известные как абдоминальное (трансабдоминальное) ультразвуковое исследование, вагинальное (трансвагинальное или эндовагинальное) ультразвуковое исследование у женщин, а также ректальное (трансректальное) ультразвуковое исследование у мужчин.

Ветеринария

Диагностический ультразвук используется наружно у лошадей для оценки травм мягких тканей и сухожилий, а внутри, в частности, для репродуктивной работы — оценки репродуктивного тракта кобылы и выявления беременности. Его также можно использовать наружно у жеребцов для оценки состояния и диаметра яичек, а также внутри для оценки репродуктивной функции (семявыносящий проток и т. Д.).

К 2005 году в мясном скотоводстве начали использовать ультразвуковые технологии для улучшения здоровья животных и продуктивности животноводческих хозяйств. Ультразвук используется для оценки толщины жира, области ребер и внутримышечного жира у живых животных. Он также используется для оценки здоровья и характеристик еще не родившихся телят.

Ультразвуковая технология позволяет производителям крупного рогатого скота получать информацию, которая может быть использована для улучшения разведения и содержания крупного рогатого скота. Технология может быть дорогой и требует значительных затрат времени на непрерывный сбор данных и обучение операторов. Тем не менее, эта технология оказалась полезной для управления и ведения животноводческой деятельности.

Применение в биологии и медицине.

То, что ультразвук активно воздействует на биологические объекты (например, убивает бактерии), известно уже более 70 лет. Ультразвуковые стерилизаторы хирургических инструментов применяются в больницах и клиниках. Электронная аппаратура со сканирующим ультразвуковым лучом служит целям обнаружения опухолей в мозгу и постановки диагноза, используется в нейрохирургии для инактивации отдельных участков головного мозга мощным сфокусированным высокочастотным (порядка 1000 кГц) пучком. Но наиболее широко ультразвук применяется в терапии – при лечении люмбаго, миалгии и контузий, хотя до сих пор среди медиков нет единого мнения о конкретном механизме воздействия ультразвука на больные органы. Высокочастотные колебания вызывают внутренний разогрев тканей, сопровождаемый, возможно, микромассажем.

Есть ли противопоказания?

  1. Если страдаете от онкологических заболеваний. Трудно предсказать, как на физиотерапевтическое воздействие отреагируют раковые клетки. Есть большой риск, что возникнут метастазы или опухоль выйдет из состояния ремиссии.
  2. В области глазных яблок, сердечной мышцы, гортани. Также не подвергайте вибрациям артерии и нервные пучки.
  3. Не применяйте аппарат сразу после получения травмы, особенно если это открытое повреждение. Ультразвук повлияет положительно на размножение инфекционных возбудителей. А также разнесет вредные вещества, попавшие в рану, по кровотоку.
  4. В период обострения воспалительных процессов, особенно инфекционных. Ультразвук сделает воспаление более интенсивным. Возможно, даже перенесет его на близлежащие ткани. После начала острого периода подождите несколько дней, пока он не начнет спадать.
  5. При повышенном артериальном давлении.
  6. Дерматологические болезни, гнойнички или ранки в области воздействия.
  7. Повышенная свертываемость крови.

Химическая технология.

Вышеописанные методы относятся к категории маломощных, в которых физические характеристики среды не изменяются. Но существуют и методы, в которых на среду направляют ультразвук большой интенсивности. При этом в жидкости развивается мощный кавитационный процесс (образование множества пузырьков, или каверн, которые при повышении давления схлопываются), вызывая существенные изменения физических и химических свойств среды (см. КАВИТАЦИЯ). Многочисленные методы ультразвукового воздействия на химически активные вещества объединяются в научно-техническую отрасль знаний, называемую ультразвуковой химией. В ней исследуются и стимулируются такие процессы, как гидролиз, окисление, перестройка молекул, полимеризация, деполимеризация, ускорение реакций.

Магнитострикционные преобразователи.

Эти устройства преобразуют энергию магнитного поля в механическую (звуковую или ультразвуковую) энергию. Их действие основано на магнитоупругом эффекте, т.е. на том, что некоторые металлы (железо, никель, кобальт) и их сплавы деформируются в магнитном поле. Ярко выраженными магнитоупругими свойствами обладают и ферриты (материалы, спекаемые из смеси окиси железа с окислами никеля, меди, кобальта и других металлов). Если магнитоупругий стержень расположить вдоль переменного магнитного поля, то этот стержень станет попеременно сокращаться и удлиняться, т.е. испытывать механические колебания с частотой переменного магнитного поля и амплитудой, пропорциональной его индукции. Вибрации преобразователя возбуждают в твердой или жидкой среде, с которой он соприкасается, волны ультразвука той же частоты. Обычно такие преобразователи работают на собственной частоте механических колебаний, так как на ней наиболее эффективно преобразование энергии из одной формы в другую. Магнитострикционные преобразователи из тонкого листового металла работают лучше всего в низкочастотном ультразвуковом диапазоне (от 20 до 50 кГц), на частотах выше 100 кГц у них очень низкий КПД.

Как работает ультразвук?

Времена с тех пор, безусловно, изменились, но наука о современных ультразвуковых системах в основном не изменилась. Ультразвуковые аппараты используют высокочастотные звуковые волны, которые находятся выше диапазона человеческого слуха (частоты более 20000 Гц). Звуковые волны генерируются и направлены на разные части тела. Затем изображение создается на основе того, сколько времени понадобилось для отражения сигнала обратно. Подобно летучим мышам, летящим в темноте, звуковые волны создают плавное цифровое изображение основных структур тела (органов), без необходимости оперировать пациента, чтобы увидеть проблему.

Ультразвуковая технология в настоящее время настолько чувствительна, что в режиме реального времени может определять поток крови к тканям и органам. Это делает ультразвуковые аппараты ценным диагностическим и лечебным инструментом, который может помочь исключить или поставить диагноз. Ультразвук безопасен, эффективен и быстр. Для большинства ультразвуковых исследований требуется час или меньше.

Проведение процедуры

Для выполнения процедуры не требуется никакой предварительной подготовки. Вначале косметолог производит очистку лица от макияжа и других загрязнений, обрабатывает антисептиком. Затем наносит лечебный препарат в виде геля, крема или раствора и перемещает насадку прибора по коже линейными и круговыми движениями по массажным линиям. При этом клиент ощущает приятную вибрацию и тепло.

В ходе процедуры специалист постепенно меняет мощность ультразвука, что позволяет регулировать глубину доставки активных компонентов в подкожные слои. После окончания наносят успокаивающий увлажняющий крем.

Длительность одного сеанса составляет от 10 минут до получаса. Курс включает 8-12 сеансов, которые выполняют ежедневно или через день. При необходимости повторять его рекомендуется не чаще чем раз в 4-6 месяцев.

Фонофорез можно совмещать с другими косметологическими процедурами для лица: мезотерапия, маски, микротоки, массаж. Особенностью его является простота выполнения, поэтому при наличии специального прибора его разрешается делать самостоятельно в домашних условиях, четко придерживаясь указанных в инструкции рекомендаций.

УЗИ при беременности

Ультразвуковое обследование в период вынашивания плода является стандартной процедурой, которую необходимо проводить минимум три раза за все 9 месяцев. Опасен ли ультразвук при беременности? В последнее время многие женщины отказываются от такого исследования, поскольку распространяется мнение, что УЗИ крайне вредно для плода в утробе.

Масштабные исследования на этот счет не осуществлялись, однако некоторые ученые говорят о вреде . Врачи же утверждают, что научных исследований слишком мало, чтобы с уверенностью говорить о пользе и вреде УЗИ.

В связи с этим не следует без особой необходимости часто прибегать к такому способу диагностики. Ультразвуковая частота определенно воздействует на ребенка, может даже повлиять на формирование его органов. Исследования П. Гаряева говорят о том, что есть вероятность мутации генов у плода.

Гинекологи считают УЗИ самым удобным и безопасным способом обследования. Его проводят с целью:

  1. Подтверждения беременности.
  2. Выявления срока беременности.
  3. Исключения аномального развития эмбриона.
  4. Определения пола ребенка.
  5. Подтверждения жизнеспособности плода.
  6. Выяснения расположения плаценты в данный момент.
  7. Выявления биофизического состояния малыша.

При беременности ультразвуковое обследование является важным методом обеспечения хорошей проверки развития плода. Процедура позволяет сохранить здоровье матери и ее малыша.

Вредна ли чистка зубов ультразвуком?

Преимущества УЗ-очищения зубов:

  • очищает от налёта;
  • удаляет камень;
  • отбеливает на 1-2 тона;
  • обеззараживает поверхность зубов;
  • повышает устойчивость к кариесу;
  • помогает предупредить гингивит, стоматит, и пародонтит;
  • повышает чувствительность эмали к кальцию и фтору.

При отсутствии ограничений профессиональное УЗ-очищение зубов не имеет никакой опасности. Однако, всё должно быть в меру. Процедуру не рекомендуется совершать больше 2 раз в течение года.

Более частое применение приводит к истончению эмали и к микроскопическим трещинам. Хотя при особых ситуациях таких как, нарушение минерального обмена или высокой вязкости слюны, процедуру назначают 1 раз в 3-4 мес.

Правила, которые необходимо соблюдать после процедуры:

  • в первый день нельзя принимать горячую и холодную пищу, кофе, красное вино, шоколадные изделия;
  • нельзя курить;
  • первые дни чистить зубы нужно обычной мягкой зубной щёткой каждый раз после приёма пищи;
  • рекомендуется старую зубную щётку сменить на новую.

Источники ультразвука

Частота ультразвуковых колебаний, применяемых в промышленности и биологии, лежит в диапазоне от нескольких десятков кГц до единиц МГц. Высокочастотные колебания обычно создают с помощью пьезокерамических преобразователей, например, из титанита бария. В тех случаях, когда основное значение имеет мощность ультразвуковых колебаний, обычно используются механические источники ультразвука. Первоначально все ультразвуковые волны получали механическим путём (камертоны, свистки, сирены).

В природе УЗ встречается как в качестве компонентов многих естественных шумов (в шуме ветра, водопада, дождя, в шуме гальки, перекатываемой морским прибоем, в звуках, сопровождающих грозовые разряды, и т. д.), так и среди звуков животного мира. Некоторые животные пользуются ультразвуковыми волнами для обнаружения препятствий, ориентировки в пространстве и общения (киты, дельфины, летучие мыши, грызуны, долгопяты).

Излучатели ультразвука можно подразделить на две большие группы. К первой относятся излучатели-генераторы; колебания в них возбуждаются из-за наличия препятствий на пути постоянного потока — струи газа или жидкости. Вторая группа излучателей — электроакустические преобразователи; они преобразуют уже заданные колебания электрического напряжения или тока в механическое колебание твёрдого тела, которое и излучает в окружающую среду акустические волны.

Свисток Гальтона

Основная статья: Свисток Гальтона

Первый ультразвуковой свисток сделал в 1883 году англичанин Фрэнсис Гальтон.

Ультразвук здесь создаётся подобно звуку высокого тона на острие ножа, когда на него попадает поток воздуха. Роль такого острия в свистке Гальтона играет «губа» в маленькой цилиндрической резонансной полости. Газ, пропускаемый под высоким давлением через полый цилиндр, ударяется об эту «губу»; возникают колебания, частота которых (около 170 кГц) определяется размерами сопла и губы. Мощность свистка Гальтона невелика. В основном его применяют для подачи команд при дрессировке собак и кошек. Его преимущество в том, что издаваемый звук слышат только животные, а значит, никакого неудобства посторонним людям такая работа с животным не принесет.

Жидкостный ультразвуковой свисток

Большинство ультразвуковых свистков можно приспособить для работы в жидкой среде. По сравнению с электрическими источниками ультразвука жидкостные ультразвуковые свистки маломощны, но иногда, например, для ультразвуковой гомогенизации, они обладают существенным преимуществом. Так как ультразвуковые волны возникают непосредственно в жидкой среде, то не происходит потери энергии ультразвуковых волн при переходе из одной среды в другую. Пожалуй, наиболее удачной является конструкция жидкостного ультразвукового свистка, изготовленного английскими учёными Коттелем и Гудменом в начале 50-х годов XX века. В нём поток жидкости под высоким давлением выходит из эллиптического сопла и направляется на стальную пластинку.

Различные модификации этой конструкции получили довольно широкое распространение для получения однородных сред. Благодаря простоте и устойчивости своей конструкции (разрушается только колеблющаяся пластинка) такие системы долговечны и недороги.

Сирена

Сирена — механический источник упругих колебаний и, в том числе, ультразвука. Их частотный диапазон может достигать 100 кГц, но известны сирены, работающие на частоте до 600 кГц. Мощность сирен доходит до десятков кВт.

Воздушные динамические сирены применяются для сигнализации и технологических целей (коагуляция мелкодисперсных аэрозолей (осаждение туманов), разрушение пены, ускорение процессов массо- и теплообмена и т. д.).

Все ротационные сирены состоят из камеры, закрытой сверху диском (статором), в котором сделано большое количество отверстий. Столько же отверстий имеется и на вращающемся внутри камеры диске — роторе. При вращении ротора положение отверстий в нём периодически совпадает с положением отверстий на статоре. В камеру непрерывно подаётся сжатый воздух, который вырывается из неё в те короткие мгновения, когда отверстия на роторе и статоре совпадают.

Частота звука в сиренах зависят от количества отверстий и их геометрической формы, и скорости вращения ротора.

Вреден ли ультразвук для человека?

Влияние ультразвука на организм человека характеризуется изменениями, которые возникают в зависимости от дозы воздействия. При малых дозах до 90 дБ происходит стимулирующий эффект, то есть микроскопический массаж с помощью вибрации, а также ускорение обменных процессов.

В зависимости от применяемой дозы механических колебаний, а также мощности ультразвук действует на ткани по-разному:

  • угнетает;
  • стимулирует;
  • разрушает.

Ультразвук для человека не вреден, если соблюдать определённую частоту и время, можно достичь положительных терапевтических результатов.

Благодаря ему можно:

  • в травматологии обнаружить внутреннее кровотечение;
  • в акушерстве оценить развитие плода и его параметры, а также узнать пол;
  • в кардиологии обследовать сердечную и сосудистую систему.

История

Свисток Гальтона, одно из первых устройств, производящих ультразвук

Акустика , наука о звуке , началась еще с Пифагора в 6 веке до нашей эры, который писал о математических свойствах струнных инструментов . Эхолокация у летучих мышей была обнаружена Лаззаро Спалланцани в 1794 году, когда он продемонстрировал, что летучие мыши охотятся и управляются с помощью неслышных звуков, а не зрения. Фрэнсис Гальтон в 1893 году изобрел свисток Гальтона , регулируемый свисток , производящий ультразвук, который он использовал для измерения диапазона слышимости людей и других животных, продемонстрировав, что многие животные могут слышать звуки, превышающие диапазон слышимости человека. Первое технологическое применение ультразвука была сделана попытка обнаружить подводные лодки от Поля Ланжевена в 1917 году пьезоэлектрический эффект , обнаруженный Жак и Пьер Кюри в 1880 г., была полезна в измерительных преобразователей генерировать и обнаруживать ультразвуковые волны в воздухе и воде.

Последствия воздействия УЗ-волн на человеческий организм

Влияние ультразвука на организм человека при высокой интенсивности вызывает последствия:

  • усиленную боль;
  • лысину;
  • разрушение эритроцитов кровяной системы;
  • помутнение роговицы глаза и хрусталика;
  • повышение количества мочевой, а также молочной кислоты, и холестерина в кровяной системе;
  • незначительные кровоизлияния тканей и органов человеческой системы;
  • значительное ухудшение слуха;
  • разрушение нервных клеток;
  • патологию и нарушение костной материи.

В следствии длительного влияния ультразвуковых колебаний могут возникать такие симптомы:

  • частая усталость;
  • головокружение;
  • быстрая утомляемость;
  • беспокойный сон;
  • забывчивость;
  • безразличие;
  • неуверенность;
  • отсутствие потребности в еде;
  • растерянность;
  • депрессивность.
admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий