Ondanks het feit dat de studie van ultrasone golven meer dan honderd jaar geleden begon, zijn ze pas de laatste halve eeuw op grote schaal gebruikt in verschillende gebieden van menselijke activiteit. Dit komt door de actieve ontwikkeling van zowel de kwantum- als niet-lineaire secties van de akoestiek, en van de kwantumelektronica en de vastestoffysica. Tegenwoordig is echografie niet alleen een aanduiding van het hoogfrequente gebied van akoestische golven, maar een hele wetenschappelijke richting in de moderne natuurkunde en biologie, die wordt geassocieerd met industriële, informatie- en meettechnologieën, evenals diagnostische, chirurgische en therapeutische methoden van moderne geneeskunde.
Wat is dit?
Alle geluidsgolven kunnen worden onderverdeeld in golven die hoorbaar zijn voor mensen - dit zijn frequenties van 16 tot 18 duizend Hz, en frequenties die buiten het bereik van menselijke waarneming vallen - infrarood en ultrageluid. Infrageluid wordt verstaan als golven die vergelijkbaar zijn met geluid, maar met frequenties die lager zijn dan die welke door het menselijk oor worden waargenomen. De bovengrens van het infrasonische gebied is 16 Hz en de ondergrens is 0,001 Hz.
Echografie- dit zijn ook geluidsgolven, maar alleen hun frequentie is hoger dan het menselijk gehoorapparaat kan waarnemen. In de regel bedoelen ze frequenties van 20 tot 106 kHz. Hun bovengrens hangt af van het medium waarin deze golven zich voortplanten. Dus in een gasvormig medium is de limiet 106 kHz en in vaste stoffen en vloeistoffen 1010 kHz. Er zijn ultrasone componenten in het geluid van regen, wind of watervallen, bliksemontladingen en het ruisen van kiezelstenen die door de zeegolf worden opgerold. Dankzij het vermogen om ultrasone golven waar te nemen en te analyseren, oriënteren walvissen en dolfijnen, vleermuizen en nachtelijke insecten zich in de ruimte.
Een beetje geschiedenis
De eerste onderzoeken naar echografie (VS) werden aan het begin van de 19e eeuw uitgevoerd door de Franse wetenschapper F. Savart, die de bovenste frequentiegrens van de hoorbaarheid van het menselijk gehoorapparaat probeerde te achterhalen. In de toekomst waren bekende wetenschappers als de Duitser V. Vin, de Engelsman F. G alton, de Rus P. Lebedev en een groep studenten bezig met de studie van ultrasone golven.
In 1916 was de Franse natuurkundige P. Langevin, in samenwerking met de Russische geëmigreerde wetenschapper Konstantin Shilovsky, in staat om kwarts te gebruiken om ultrageluid te ontvangen en uit te zenden voor mariene metingen en om onderwaterobjecten te detecteren, waardoor onderzoekers de eerste sonar, bestaande uit zender en ontvanger van ultrageluid.
In 1925 creëerde de Amerikaan W. Pierce een apparaat, tegenwoordig de Pierce-interferometer genaamd, dat snelheden en absorptie met grote nauwkeurigheid meetultrageluid in vloeibare en gasvormige media. In 1928 was de Sovjetwetenschapper S. Sokolov de eerste die ultrasone golven gebruikte om verschillende defecten in vaste stoffen te detecteren, waaronder metalen.
In de naoorlogse jaren 50-60, gebaseerd op de theoretische ontwikkelingen van een team van Sovjet-wetenschappers onder leiding van L. D. Rozenberg, begon echografie op grote schaal te worden gebruikt in verschillende industriële en technologische gebieden. Tegelijkertijd ontwikkelt een wetenschappelijke discipline als niet-lineaire akoestiek zich snel, dankzij het werk van Britse en Amerikaanse wetenschappers en het onderzoek van Sovjet-onderzoekers zoals R. V. Khokhlova, V. A. Krasilnikov en vele anderen.
Rond dezelfde tijd werden de eerste Amerikaanse pogingen gedaan om echografie in de geneeskunde te gebruiken.
Sovjetwetenschapper Sokolov ontwikkelde aan het einde van de jaren veertig van de vorige eeuw een theoretische beschrijving van een instrument dat is ontworpen om ondoorzichtige objecten te visualiseren - een "ultrasone" microscoop. Op basis van deze werken creëerden experts van de Stanford University halverwege de jaren 70 een prototype van een akoestische scanningmicroscoop.
Kenmerken
De golven van het hoorbare bereik, evenals ultrasone golven, hebben een gemeenschappelijk karakter en gehoorzamen aan fysieke wetten. Maar echografie heeft een aantal kenmerken waardoor het op grote schaal kan worden gebruikt in verschillende gebieden van wetenschap, geneeskunde en technologie:
1. Kleine golflengte. Voor het laagste ultrasone bereik is het niet groter dan enkele centimeters, wat de straalaard van de signaalvoortplanting veroorzaakt. Tegelijkertijd, de golfgefocust en gepropageerd door lineaire bundels.
2. Onbeduidende oscillatieperiode, waardoor ultrageluid in pulsen kan worden uitgezonden.
3. In verschillende omgevingen hebben ultrasone trillingen met een golflengte van niet meer dan 10 mm eigenschappen die vergelijkbaar zijn met lichtstralen, wat het mogelijk maakt om trillingen te focussen, gerichte straling te vormen, dat wil zeggen, niet alleen energie in de goede richting te sturen, maar deze ook te concentreren in de vereist volume.
4. Met een kleine amplitude is het mogelijk om hoge waarden van trillingsenergie te verkrijgen, wat het mogelijk maakt om ultrasone velden en stralen met hoge energie te creëren zonder het gebruik van grote apparatuur.
5. Onder invloed van ultrageluid op de omgeving zijn er veel specifieke fysieke, biologische, chemische en medische effecten, zoals:
- dispersie;
- cavitatie;
- ontgassen;
- plaatselijke verwarming;
- desinfectie en meer. anderen
Beelden
Alle ultrasone frequenties zijn onderverdeeld in drie typen:
- ULF - laag, met een bereik van 20 tot 100 kHz;
- MF - middenbereik - van 0,1 tot 10 MHz;
- UZVCh - hoge frequentie - van 10 tot 1000 MHz.
Tegenwoordig is het praktische gebruik van ultrageluid voornamelijk het gebruik van golven met een lage intensiteit voor het meten, controleren en bestuderen van de interne structuur van verschillende materialen en producten. Hoge frequenties worden gebruikt om verschillende stoffen actief te beïnvloeden, waardoor u hun eigenschappen kunt veranderenen structuur. Diagnose en behandeling van veel ziekten met echografie (met verschillende frequenties) is een apart en actief ontwikkelend gebied van de moderne geneeskunde.
Waar is het van toepassing?
In de afgelopen decennia zijn niet alleen wetenschappelijke theoretici geïnteresseerd in echografie, maar ook beoefenaars die het steeds vaker introduceren in verschillende soorten menselijke activiteiten. Tegenwoordig worden ultrasone eenheden gebruikt voor:
| Informatie verkrijgen over stoffen en materialen | Evenementen | Frequentie in kHz | ||
| van | naar | |||
| Onderzoek naar de samenstelling en eigenschappen van stoffen | vaste lichamen | 10 | 106 | |
| vloeistoffen | 103 | 105 | ||
| gassen | 10 | 103 | ||
| Control maten en niveaus | 10 | 103 | ||
| Sonar | 1 | 100 | ||
| Defectoscopie | 100 | 105 | ||
| Medische diagnostiek | 103 | 105 | ||
|
Gevolgen over stoffen |
Solderen en plateren | 10 | 100 | |
| Lassen | 10 | 100 | ||
| Plastic vervorming | 10 | 100 | ||
| Bewerking | 10 | 100 | ||
| Emulgering | 10 | 104 | ||
| Kristalisatie | 10 | 100 | ||
| Spuit | 10-100 | 103-104 | ||
| Aerosol coagulatie | 1 | 100 | ||
| Verspreiding | 10 | 100 | ||
| Reiniging | 10 | 100 | ||
| Chemische processen | 10 | 100 | ||
| Invloed op verbranding | 1 | 100 | ||
| Chirurgie | 10 tot 100 | 103 tot 104 | ||
| Therapie | 103 | 104 | ||
| Signaalverwerking en -beheer | Acoustoelelektronische omvormers | 103 | 107 | |
| Filters | 10 | 105 | ||
| Vertragingslijnen | 103 | 107 | ||
| Akoesto-optische apparaten | 100 | 105 | ||
In de wereld van vandaag is echografie een belangrijk technologisch hulpmiddel in industrieën zoals:
- metallurgisch;
- chemical;
- landbouw;
- textiel;
- eten;
- farmacologisch;
- machine- en instrumentenbouw;
- petrochemie, raffinage en andere.
Bovendien wordt echografie steeds vaker gebruikt in de geneeskunde. Dat is waar we het in de volgende sectie over zullen hebben.
Medisch gebruik
In de moderne praktische geneeskunde zijn er drie belangrijke toepassingsgebieden van echografie met verschillende frequenties:
1. Diagnostisch.
2. Therapeutisch.
3. Chirurgisch.
Laten we elk van deze drie gebieden eens nader bekijken.
Diagnose
Een van de meest moderne en informatieve methoden voor medische diagnostiek is echografie. De onbetwiste voordelen zijn: minimale impact op menselijke weefsels en hoge informatie-inhoud.
Zoals reeds vermeld, zijn echografie geluidsgolven,zich in een homogeen medium in een rechte lijn en met een constante snelheid voortplanten. Als er gebieden met verschillende akoestische dichtheden onderweg zijn, wordt een deel van de trillingen gereflecteerd en het andere deel gebroken, terwijl de rechtlijnige beweging wordt voortgezet. Dus hoe groter het verschil in de dichtheid van de grensmedia, hoe meer ultrasone trillingen worden gereflecteerd. Moderne methoden voor echografisch onderzoek kunnen worden onderverdeeld in locatiegebonden en doorschijnend.
Ultrasone locatie
Tijdens zo'n onderzoek worden pulsen opgenomen die worden weerkaatst door de grenzen van media met verschillende akoestische dichtheden. Met behulp van een beweegbare sensor kunt u de grootte, locatie en vorm van het te bestuderen object instellen.
Doorschijnend
Deze methode is gebaseerd op het feit dat verschillende weefsels van het menselijk lichaam ultrageluid verschillend absorberen. Tijdens de studie van een inwendig orgaan wordt er een golf met een bepaalde intensiteit in gericht, waarna het verzonden signaal vanaf de achterkant wordt geregistreerd met een speciale sensor. Het beeld van het gescande object wordt gereproduceerd op basis van de verandering in signaalintensiteit bij de "input" en "output". De ontvangen informatie wordt door een computer verwerkt en omgezet in de vorm van een echogram (curve) of een sonogram - een tweedimensionaal beeld.
Doppler-methode
Dit is de meest actief ontwikkelende diagnostische methode, die zowel gepulseerde als continue echografie gebruikt. Dopplerografie wordt veel gebruikt in de verloskunde, cardiologie en oncologie, voor zover dat mogelijk isvolg zelfs de kleinste veranderingen in haarvaten en kleine bloedvaten.
Toepassingsgebieden van diagnostiek
Tegenwoordig worden ultrasone beeldvorming en meetmethoden het meest gebruikt in medische gebieden, zoals:
- verloskunde;
- oogheelkunde;
- cardiologie;
- neurologie van pasgeborenen en zuigelingen;
- onderzoek van inwendige organen:
- nier echo;
- lever;
- galblaas en kanalen;
- vrouwelijk voortplantingssysteem;
diagnose van uitwendige en oppervlakkige organen (schildklier en borstklieren)
Gebruik in therapie
Het belangrijkste therapeutische effect van ultrageluid is te danken aan het vermogen om menselijke weefsels binnen te dringen, op te warmen en op te warmen, en micromassage van individuele gebieden uit te voeren. Echografie kan worden gebruikt voor zowel directe als indirecte effecten op de focus van pijn. Bovendien hebben deze golven onder bepaalde omstandigheden een bacteriedodend, ontstekingsremmend, pijnstillend en krampstillend effect. Echografie die voor therapeutische doeleinden wordt gebruikt, wordt voorwaardelijk verdeeld in trillingen van hoge en lage intensiteit.
Het zijn de golven met lage intensiteit die het meest worden gebruikt om fysiologische reacties of lichte, niet-schadelijke verwarming te stimuleren. Echografie heeft positieve resultaten opgeleverd bij ziekten zoals:
- artritis;
- artritis;
- myalgie;
- spondylitis;
- neuralgie;
- spataderen en trofische zweren;
- Spondylitis ankylopoetica;
- vernietiging van endarteritis.
Er zijn onderzoeken aan de gang die echografie gebruiken voor de behandeling van de ziekte van Ménière, emfyseem, zweren in de twaalfvingerige darm en maag, astma, otosclerose.
Ultrasone chirurgie
Moderne chirurgie met behulp van ultrasone golven is verdeeld in twee gebieden:
- selectieve vernietiging van weefselgebieden met speciale gecontroleerde ultrasone golven met hoge intensiteit met frequenties van 106 tot 107 Hz;
- met behulp van een chirurgisch instrument met gesuperponeerde ultrasone trillingen van 20 tot 75 kHz.
Een voorbeeld van selectieve ultrasone chirurgie is het verbrijzelen van stenen door middel van echografie in de nieren. Tijdens zo'n niet-invasieve operatie werkt een ultrasone golf op de steen door de huid, dat wil zeggen buiten het menselijk lichaam.
Helaas heeft deze chirurgische methode een aantal beperkingen. Gebruik geen ultrasoon breken in de volgende gevallen:
- zwangere vrouwen op elk moment;
- als de diameter van de stenen meer dan twee centimeter is;
- voor eventuele infectieziekten;
- in aanwezigheid van ziekten die de normale bloedstolling verstoren;
- in geval van ernstige botlaesies.
Ondanks het feit dat het verwijderen van nierstenen door middel van echografie wordt uitgevoerd zonder operatieincisies, het is behoorlijk pijnlijk en wordt uitgevoerd onder algemene of plaatselijke verdoving.
Chirurgische ultrasone instrumenten worden niet alleen gebruikt voor minder pijnlijke dissectie van bot en zachte weefsels, maar ook om bloedverlies te verminderen.
Laten we onze aandacht richten op tandheelkunde. Echografie verwijdert tandstenen minder pijnlijk en alle manipulaties van andere artsen zijn veel gemakkelijker te verdragen. Bovendien wordt in de trauma- en orthopedische praktijk echografie gebruikt om de integriteit van gebroken botten te herstellen. Tijdens dergelijke operaties wordt de ruimte tussen de botfragmenten gevuld met een speciale verbinding bestaande uit botchips en een speciale vloeibare kunststof, en vervolgens wordt deze blootgesteld aan ultrageluid, waardoor alle componenten stevig met elkaar verbonden zijn. Degenen die chirurgische ingrepen hebben ondergaan waarbij echografie werd gebruikt, laten verschillende beoordelingen achter - zowel positief als negatief. Er moet echter worden opgemerkt dat er nog meer tevreden patiënten zijn!
