Sa kabila ng katotohanan na ang pag-aaral ng mga ultrasonic wave ay nagsimula nang mahigit isang daang taon na ang nakalilipas, sa huling kalahating siglo lamang ang mga ito ay malawakang ginagamit sa iba't ibang larangan ng aktibidad ng tao. Ito ay dahil sa aktibong pag-unlad ng parehong quantum at nonlinear na mga seksyon ng acoustics, at quantum electronics at solid state physics. Ngayon, ang ultrasound ay hindi lamang isang pagtatalaga ng rehiyon ng mataas na dalas ng mga acoustic wave, ngunit isang buong pang-agham na direksyon sa modernong pisika at biology, na nauugnay sa mga teknolohiyang pang-industriya, impormasyon at pagsukat, pati na rin ang mga diagnostic, surgical at therapeutic na pamamaraan ng modernong gamot.
Ano ito?
Maaaring hatiin ang lahat ng sound wave sa mga naririnig ng tao - ito ang mga frequency mula 16 hanggang 18 thousand Hz, at ang mga nasa labas ng saklaw ng perception ng tao - infrared at ultrasound. Ang infrasound ay nauunawaan bilang mga alon na katulad ng tunog, ngunit may mga frequency na mas mababa kaysa sa nakikita ng tainga ng tao. Ang pinakamataas na limitasyon ng infrasonic na rehiyon ay 16 Hz, at ang mas mababang limitasyon ay 0.001 Hz.
Ultrasound- Ito rin ay mga sound wave, ngunit ang dalas lamang ng mga ito ay mas mataas kaysa sa nakikita ng pantao hearing aid. Bilang isang patakaran, ang ibig nilang sabihin ay mga frequency mula 20 hanggang 106 kHz. Ang kanilang itaas na limitasyon ay nakasalalay sa daluyan kung saan ang mga alon na ito ay nagpapalaganap. Kaya, sa isang gas na daluyan, ang limitasyon ay 106 kHz, at sa mga solido at likido umabot ito sa 1010 kHz. May mga ultrasonic component sa ingay ng ulan, hangin o talon, paglabas ng kidlat at kaluskos ng mga pebbles na iginulong ng alon ng dagat. Ito ay dahil sa kakayahang makita at suriin ang mga ultrasonic wave kung kaya't ang mga balyena at dolphin, paniki at mga insekto sa gabi ay naka-orient sa kalawakan.
Kaunting kasaysayan
Ang mga unang pag-aaral ng ultrasound (US) ay isinagawa noong simula ng ika-19 na siglo ng French scientist na si F. Savart, na naghangad na alamin ang pinakamataas na limitasyon ng frequency ng audibility ng human hearing aid. Sa hinaharap, ang mga kilalang siyentipiko tulad ng German V. Vin, ang Englishman na si F. G alton, ang Russian P. Lebedev at isang grupo ng mga estudyante ay nakikibahagi sa pag-aaral ng ultrasonic waves.
Noong 1916, ang French physicist na si P. Langevin, sa pakikipagtulungan ng Russian emigré scientist na si Konstantin Shilovsky, ay nakagamit ng quartz para tumanggap at naglalabas ng ultrasound para sa mga pagsukat sa dagat at makakita ng mga bagay sa ilalim ng tubig, na nagpapahintulot sa mga mananaliksik na lumikha ng una. sonar, na binubuo ng transmitter at receiver ng ultrasound.
Noong 1925, ang American W. Pierce ay lumikha ng isang device, na tinatawag ngayon na Pierce interferometer, na sumusukat sa mga bilis at pagsipsip nang may napakatumpak na katumpakanultrasound sa likido at gas na media. Noong 1928, ang siyentipikong Sobyet na si S. Sokolov ang unang gumamit ng mga ultrasonic wave upang makita ang iba't ibang mga depekto sa mga solido, kabilang ang mga metal.
Sa post-war 50-60s, batay sa teoretikal na pag-unlad ng isang pangkat ng mga siyentipikong Sobyet na pinamumunuan ni L. D. Rozenberg, nagsimulang malawakang gamitin ang ultrasound sa iba't ibang larangan ng industriya at teknolohikal. Kasabay nito, salamat sa gawain ng mga siyentipikong British at Amerikano, gayundin sa pagsasaliksik ng mga mananaliksik ng Sobyet tulad nina R. V. Khokhlova, V. A. Krasilnikov at marami pang iba, mabilis na umuunlad ang gayong disiplinang pang-agham bilang nonlinear acoustics.
Sa parehong oras, ginawa ang unang pagtatangka ng mga Amerikano na gumamit ng ultrasound sa medisina.
Ang Soviet scientist na si Sokolov sa pagtatapos ng dekada kwarenta ng huling siglo ay bumuo ng isang teoretikal na paglalarawan ng isang instrumento na idinisenyo upang mailarawan ang mga opaque na bagay - isang "ultrasonic" na mikroskopyo. Batay sa mga gawang ito, noong kalagitnaan ng dekada 70, gumawa ang mga eksperto mula sa Stanford University ng prototype ng isang scanning acoustic microscope.
Mga Tampok
Ang pagkakaroon ng isang karaniwang kalikasan, ang mga alon ng naririnig na hanay, pati na rin ang mga ultrasonic wave, ay sumusunod sa mga pisikal na batas. Ngunit ang ultrasound ay may ilang mga tampok na nagbibigay-daan sa malawakang paggamit nito sa iba't ibang larangan ng agham, medisina at teknolohiya:
1. Maliit na wavelength. Para sa pinakamababang hanay ng ultrasonic, hindi ito lalampas sa ilang sentimetro, na nagiging sanhi ng likas na sinag ng pagpapalaganap ng signal. Kasabay nito ang alonnakatutok at pinapalaganap ng mga linear beam.
2. Hindi gaanong panahon ng oscillation, dahil sa kung saan ang ultrasound ay maaaring ilabas sa mga pulso.
3. Sa iba't ibang mga kapaligiran, ang mga ultrasonic vibrations na may haba ng daluyong na hindi hihigit sa 10 mm ay may mga katangian na katulad ng mga light ray, na ginagawang posible na ituon ang mga vibrations, bumuo ng direktang radiation, iyon ay, hindi lamang magpadala ng enerhiya sa tamang direksyon, ngunit tumutok din ito sa kinakailangang volume.
4. Sa maliit na amplitude, posibleng makakuha ng matataas na halaga ng enerhiya ng vibration, na ginagawang posible na lumikha ng mga high-energy na ultrasonic field at beam nang hindi gumagamit ng malalaking kagamitan.
5. Sa ilalim ng impluwensya ng ultrasound sa kapaligiran, mayroong maraming partikular na pisikal, biyolohikal, kemikal at medikal na epekto, gaya ng:
- dispersion;
- cavitation;
- degassing;
- local heating;
- pagdidisimpekta at higit pa. iba
Views
Lahat ng ultrasonic frequency ay nahahati sa tatlong uri:
- ULF - mababa, na may saklaw na 20 hanggang 100 kHz;
- MF - mid-range - mula 0.1 hanggang 10 MHz;
- UZVCh - high-frequency - mula 10 hanggang 1000 MHz.
Ngayon, ang praktikal na paggamit ng ultrasound ay pangunahing paggamit ng mga low-intensity wave para sa pagsukat, pagkontrol at pag-aaral ng panloob na istraktura ng iba't ibang materyales at produkto. Ginagamit ang mataas na dalas upang aktibong maimpluwensyahan ang iba't ibang mga sangkap, na nagpapahintulot sa iyo na baguhin ang kanilang mga katangianat istraktura. Ang diagnosis at paggamot ng maraming sakit gamit ang ultrasound (gamit ang iba't ibang frequency) ay isang hiwalay at aktibong umuunlad na lugar ng modernong gamot.
Saan ito nalalapat?
Sa nakalipas na mga dekada, hindi lamang mga siyentipikong teoriya ang interesado sa ultrasound, kundi pati na rin ang mga practitioner na lalong nagpapakilala nito sa iba't ibang uri ng aktibidad ng tao. Ngayon ang mga ultrasonic unit ay ginagamit para sa:
| Pagkuha ng impormasyon tungkol sa mga sangkap at materyales | Mga Kaganapan | Dalas sa kHz | ||
| mula sa | to | |||
| Pananaliksik sa komposisyon at katangian ng mga sangkap | solid body | 10 | 106 | |
| likido | 103 | 105 | ||
| gases | 10 | 103 | ||
| Mga sukat at antas ng kontrol | 10 | 103 | ||
| Sonar | 1 | 100 | ||
| Defectoscopy | 100 | 105 | ||
| Mga medikal na diagnostic | 103 | 105 | ||
|
Mga Epekto sa mga substance |
Paghihinang at plating | 10 | 100 | |
| Welding | 10 | 100 | ||
| Plastic deformation | 10 | 100 | ||
| Machining | 10 | 100 | ||
| Emulsification | 10 | 104 | ||
| Crystallization | 10 | 100 | ||
| Spray | 10-100 | 103-104 | ||
| Aerosol coagulation | 1 | 100 | ||
| Dispersion | 10 | 100 | ||
| Paglilinis | 10 | 100 | ||
| Mga prosesong kemikal | 10 | 100 | ||
| Impluwensiya sa pagkasunog | 1 | 100 | ||
| Surgery | 10 hanggang 100 | 103 hanggang 104 | ||
| Therapy | 103 | 104 | ||
| Pagproseso at pamamahala ng signal | Acoustoelectronic transducers | 103 | 107 | |
| Mga Filter | 10 | 105 | ||
| Mga linya ng pagkaantala | 103 | 107 | ||
| Acousto-optic device | 100 | 105 | ||
Sa mundo ngayon, ang ultrasound ay isang mahalagang teknolohikal na tool sa mga industriya gaya ng:
- metallurgical;
- kemikal;
- agrikultura;
- textile;
- pagkain;
- pharmacological;
- paggawa ng makina at instrumento;
- petrochemical, refining at iba pa.
Bilang karagdagan, ang ultrasound ay lalong ginagamit sa medisina. Iyan ang pag-uusapan natin sa susunod na seksyon.
Paggamit na medikal
Sa modernong praktikal na gamot, mayroong tatlong pangunahing bahagi ng paggamit ng ultrasound ng iba't ibang frequency:
1. Diagnostic.
2. Therapeutic.
3. Surgical.
Suriin natin ang bawat isa sa tatlong bahaging ito.
Diagnosis
Isa sa pinakamoderno at nagbibigay-kaalaman na mga pamamaraan ng medikal na diagnostic ay ang ultrasound. Ang hindi mapag-aalinlanganang mga pakinabang nito ay: kaunting epekto sa mga tisyu ng tao at mataas na nilalaman ng impormasyon.
Tulad ng nabanggit na, ang ultrasound ay mga sound wave,pagpapalaganap sa isang homogenous medium sa isang tuwid na linya at sa isang pare-pareho ang bilis. Kung may mga lugar na may iba't ibang mga densidad ng acoustic sa kanilang paraan, kung gayon ang bahagi ng mga oscillations ay makikita, at ang iba pang bahagi ay refracted, habang nagpapatuloy sa rectilinear na paggalaw nito. Kaya, mas malaki ang pagkakaiba sa density ng boundary media, mas maraming ultrasonic vibrations ang makikita. Ang mga modernong paraan ng pagsusuri sa ultrasound ay maaaring hatiin sa lokasyonal at translucent.
Ultrasonic na lokasyon
Sa proseso ng naturang pag-aaral, ang mga pulso na makikita mula sa mga hangganan ng media na may iba't ibang densidad ng acoustic ay naitala. Sa tulong ng movable sensor, maaari mong itakda ang laki, lokasyon at hugis ng bagay na pinag-aaralan.
Translucent
Ang pamamaraang ito ay nakabatay sa katotohanan na ang iba't ibang mga tisyu ng katawan ng tao ay sumisipsip ng ultrasound nang iba. Sa panahon ng pag-aaral ng anumang panloob na organ, ang isang alon na may isang tiyak na intensity ay nakadirekta dito, pagkatapos kung saan ang ipinadala na signal ay naitala mula sa reverse side na may isang espesyal na sensor. Ang larawan ng na-scan na bagay ay muling ginawa batay sa pagbabago sa intensity ng signal sa "input" at "output". Ang natanggap na impormasyon ay pinoproseso at kino-convert ng isang computer sa anyo ng isang echogram (curve) o isang sonogram - isang dalawang-dimensional na imahe.
Doppler method
Ito ang pinakaaktibong pagbuo ng diagnostic na paraan, na gumagamit ng parehong pulsed at tuluy-tuloy na ultrasound. Ang Dopplerography ay malawakang ginagamit sa obstetrics, cardiology at oncology, dahil pinapayagan nitosubaybayan kahit ang pinakamaliit na pagbabago sa mga capillary at maliliit na daluyan ng dugo.
Mga larangan ng aplikasyon ng mga diagnostic
Ngayon, ang ultrasound imaging at mga paraan ng pagsukat ay pinakalaganap na ginagamit sa mga medikal na larangan gaya ng:
- obstetrics;
- ophthalmology;
- cardiology;
- neurology ng mga bagong silang at sanggol;
- pagsusuri ng mga laman-loob:
- kidney ultrasound;
- atay;
- gallbladder at ducts;
- babaeng reproductive system;
diagnosis ng external at superficial organs (thyroid at mammary glands)
Gamit sa therapy
Ang pangunahing therapeutic effect ng ultrasound ay dahil sa kakayahang tumagos sa mga tisyu ng tao, magpainit at magpainit sa kanila, at magsagawa ng micromassage ng mga indibidwal na lugar. Maaaring gamitin ang ultratunog para sa parehong direkta at hindi direktang epekto sa pokus ng sakit. Bilang karagdagan, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang mga alon na ito ay may bactericidal, anti-inflammatory, analgesic at antispasmodic effect. Ang ultratunog na ginagamit para sa mga layuning panterapeutika ay may kundisyong nahahati sa mataas at mababang intensity na vibrations.
Ito ay ang mga low-intensity wave na pinakamalawak na ginagamit upang pasiglahin ang mga tugon sa physiological o bahagyang, hindi nakakapinsalang pag-init. Ang paggamot sa ultratunog ay nagpakita ng mga positibong resulta sa mga sakit tulad ng:
- arthritis;
- arthritis;
- myalgia;
- spondylitis;
- neuralgia;
- varicose at trophic ulcers;
- Ankylosing spondylitis;
- nagpapawi ng endarteritis.
Isinasagawa ang mga pag-aaral na gumagamit ng ultrasound para gamutin ang Meniere's disease, emphysema, duodenal at gastric ulcers, hika, otosclerosis.
Ultrasonic Surgery
Ang modernong operasyon gamit ang ultrasound wave ay nahahati sa dalawang bahagi:
- piling sinisira ang mga tissue area na may espesyal na kinokontrol na high-intensity ultrasonic waves na may mga frequency mula 106 hanggang 107 Hz;
- gamit ang surgical instrument na may superimposed ultrasonic vibrations mula 20 hanggang 75 kHz.
Ang isang halimbawa ng selective ultrasound surgery ay ang pagdurog ng mga bato sa pamamagitan ng ultrasound sa mga bato. Sa proseso ng naturang non-invasive na operasyon, kumikilos ang isang ultrasonic wave sa bato sa pamamagitan ng balat, iyon ay, sa labas ng katawan ng tao.
Sa kasamaang palad, ang pamamaraang ito ng operasyon ay may ilang mga limitasyon. Huwag gumamit ng ultrasonic crushing sa mga sumusunod na kaso:
- mga buntis anumang oras;
- kung ang diameter ng mga bato ay higit sa dalawang sentimetro;
- para sa anumang mga nakakahawang sakit;
- sa pagkakaroon ng mga sakit na nakakagambala sa normal na pamumuo ng dugo;
- kung sakaling magkaroon ng matinding sugat sa buto.
Sa kabila ng katotohanan na ang pag-alis ng mga bato sa bato sa pamamagitan ng ultrasound ay ginagawa nang walang operasyonincisions, medyo masakit at ginagawa sa ilalim ng general o local anesthesia.
Ang mga surgical ultrasonic na instrumento ay ginagamit hindi lamang para sa hindi gaanong masakit na dissection ng buto at malambot na mga tisyu, kundi pati na rin upang mabawasan ang pagkawala ng dugo.
Ilipat natin ang ating atensyon sa dentistry. Ang ultratunog ay nag-aalis ng mga bato sa ngipin nang hindi gaanong masakit, at lahat ng iba pang manipulasyon ng doktor ay mas madaling tiisin. Bilang karagdagan, sa trauma at orthopaedic practice, ginagamit ang ultrasound upang maibalik ang integridad ng mga sirang buto. Sa panahon ng naturang mga operasyon, ang puwang sa pagitan ng mga fragment ng buto ay napuno ng isang espesyal na tambalan na binubuo ng mga chips ng buto at isang espesyal na likidong plastik, at pagkatapos ay nakalantad ito sa ultrasound, dahil sa kung saan ang lahat ng mga sangkap ay matatag na konektado. Ang mga sumailalim sa mga interbensyon sa operasyon kung saan ginamit ang ultrasound ay nag-iiwan ng iba't ibang mga pagsusuri - parehong positibo at negatibo. Gayunpaman, dapat tandaan na mas marami pa ring nasisiyahang pasyente!
