Ультрагук - гэта што? Ультразвук ў медыцыне. лячэнне ультрагукам

Нягледзячы на тое што даследаванні ультрагукавых хваль пачаліся больш за сто гадоў таму, толькі апошнія паўстагоддзя яны сталі шырока выкарыстоўвацца ў розных галінах чалавечай дзейнасці. Гэта звязана з актыўным развіццём як квантавага і нелінейнага раздзелаў акустыкі, так і квантавай электронікі і фізікі цвёрдага цела. Сёння ультрагук - гэта не проста абазначэнне высокачашчыннай вобласці акустычных хваль, а цэлы навуковы кірунак у сучаснай фізіцы і біялогіі, з якім звязаны прамысловыя, інфармацыйныя і вымяральныя тэхналогіі, а таксама дыягнастычныя, хірургічныя і лячэбныя метады сучаснай медыцыны.

Што гэта?

Усе гукавыя хвалі можна падпадзяліць на чутныя чалавекам - гэта частоты ад 16 да 18 тыс. Гц, і тыя, якія знаходзяцца па-за дыяпазону людскога ўспрымання - инфра- і ультрагук. Пад інфрагуку разумеюцца хвалі аналагічныя гукавым, але з частотамі, ніжэй ўспрыманых чалавечым вухам. Верхняй мяжой інфрагукавых вобласці лічыцца 16 Гц, а ніжняй - 0,001 Гц.

Ультрагук - гэта таксама гукавыя хвалі, але толькі іх частата вышэй, чым можа ўспрыняць слыхавы апарат чалавека. Як правіла, пад імі разумеюць частоты ад 20 да 106 кГц. Верхняя іх мяжа залежыць ад асяроддзя, у якіх гэтыя хвалі распаўсюджваюцца. Так, у газавай асяроддзі мяжа складае 106 кГц, а ў цвёрдых целах і вадкасцях ён дасягае адзнакі ў 1010 кГц. У шуме дажджу, ветру ці вадаспаду, навальнічных разрадах і ў шамаценне перакочваць марской хваляй галькі ёсць ультрагукавыя кампаненты. Менавіта дзякуючы здольнасці ўспрымаць і аналізаваць хвалі ультрагукавога дыяпазону кіты і дэльфіны, кажаны і начныя казуркі арыентуюцца ў прасторы.

трохі гісторыі

Першыя даследаванні ультрагуку (ВЗ) былі праведзены яшчэ ў пачатку XIX стагоддзя французскім навукоўцам Ф. Саваром (F. Savart), якія імкнуліся высветліць верхні частотны мяжа чутнасці чалавечага слыхавога апарата. У далейшым вывучэннем ультрагукавых хваль займаліся такія вядомыя навукоўцы, як немец В. Він, ангелец Ф. Гальтон, руская П. Лебедзеў з групай вучняў.

У 1916 году фізік з Францыі П. Ланжевена, у супрацоўніцтве з рускім навукоўцам-эмігрантам Канстанцінам Шылоўскі, змог выкарыстаць кварц для прыёму і выпраменьвання ультрагуку для марскіх вымярэнняў і выяўлення падводных аб'ектаў, што дазволіла даследчыкам стварыць першы гідралакатар, які складаўся з выпраменьвальніка і прымача ультрагуку. У 1925 году амерыканец В. Пірс стварыў прыбор, званы сёння інтэрфераметрыя Пірса, які вымярае з вялікай дакладнасцю хуткасці і паглынанне ультрагуку ў вадкіх і газавых асяроддзях. У 1928 году савецкі навуковец С. Сакалоў першым стаў выкарыстоўваць ультрагукавыя хвалі для выяўлення розных дэфектаў у цвёрдых, у тым ліку і металічных, целах.

У пасляваенныя 50-60-я гады, на аснове тэарэтычных распрацовак калектыву савецкіх навукоўцаў, узначаленых Л. Д. Розенбергам, пачынаецца шырокае прымяненне УАЗ ў розных прамысловых і тэхналагічных абласцях. У гэты ж час, дзякуючы працам ангельскіх і амерыканскіх навукоўцаў, а таксама даследаваннях савецкіх даследчыкаў, такіх як Р. В. Хахлова, В. А. Красільнікавай і многіх іншых, хутка развіваецца такая навуковая дысцыпліна, як нелінейная акустыка.

Прыкладна тады ж робяцца першыя спробы амерыканцаў выкарыстоўваць ультрагук ў медыцыне.

Савецкі навуковец Сакалоў яшчэ ў канцы саракавых гадоў мінулага стагоддзя распрацаваў тэарэтычнае апісанне прыбора, прызначанага для візуалізацыі непразрыстых аб'ектаў - «ультрагукавога» мікраскопа. Грунтуючыся на гэтых працах, у сярэдзіне 70-х гадоў спецыялісты з Стэнфардскага ўніверсітэта стварылі прататып сканавальнага акустычнага мікраскопа.

асаблівасці

Маючы агульную прыроду, хвалі чутнага дыяпазону, роўна як і ультрагукавыя, падпарадкоўваюцца фізічным законах. Але ў ультрагуку ёсць шэраг асаблівасцяў, якія дазваляюць шырока яго выкарыстоўваць у розных галінах навукі, медыцыны і тэхнікі:

1. Малая даўжыня хвалі. Для найбольш нізкага ультрагукавога дыяпазону яна не перавышае некалькіх сантыметраў, обуславливая прамянёвай характар распаўсюджвання сігналу. Пры гэтым хваля факусуюць і распаўсюджваецца лінейнымі пучкамі.

2. Нязначны перыяд ваганняў, дзякуючы чаму ультрагук можна выпраменьваць імпульсна.

3. У розных асяроддзях ультрагукавыя ваганні з даўжынёй хвалі, якая не перавышае 10 мм, валодаюць ўласцівасцямі, аналагічнымі светлавым прамяням, што дазваляе факусаваць ваганні, фарміраваць накіраванае выпраменьванне, гэта значыць не толькі пасылаць у патрэбным кірунку энергію, але і засяроджваць яе ў неабходным аб'ёме.

4. Пры малой амплітудзе існуе магчымасць атрымання высокіх значэнняў энергіі ваганняў, што дазваляе ствараць высокаэнергетычныя ультрагукавыя поля і пучкі без выкарыстання буйнагабарытнай апаратуры.

5. Пад уздзеяннем ультрагуку на сераду ўзнікае мноства спецыфічных фізічных, біялагічных, хімічных і медыцынскіх эфектаў, такіх як:

• диспергирование;
• кавітацыя;
• дэгазацыя;
• лакальны нагрэў;
• дэзінфекцыя і мн. інш.

віды

Усе ультрагукавыя частоты падпадзяляюцца на тры выгляду:

• УНЧ - нізкія, з дыяпазонам ад 20 да 100 кГц;
• УСЧ - сярэднечашчынныя - ад 0,1 да 10 МГц;
• УЗВЧ - высокачашчынныя - ад 10 да 1000 Мгц.

Сёння практычнае выкарыстанне ультрагуку - гэта перш за ўсё прымяненне хваляў малой інтэнсіўнасці для вымярэнняў, кантролю і даследаванняў ўнутранай структуры розных матэрыялаў і вырабаў. Высокачашчынныя выкарыстоўваюцца для актыўнага ўздзеяння на розныя рэчывы, што дазваляе змяняць іх ўласцівасці і структуру. Дыягностыка і лячэнне ультрагукам многіх захворванняў (пры дапамозе розных частот) з'яўляецца асобным і актыўна развіваюцца напрамкам сучаснай медыцыны.

Дзе ўжываецца?

У апошнія дзесяцігоддзі ультрагукам цікавяцца не толькі навуковыя тэарэтыкі, але і практыкі, усё больш актыўна ўкараняюць яго ў розныя віды чалавечай дзейнасці. Сёння ультрагукавыя ўстаноўкі выкарыстоўваюцца для:

Атрыманне інфармацыі аб рэчывах і матэрыялах	мерапрыемствы		Частата ў кГц
			ад	да
	Даследаванне складу і уласцівасцяў рэчываў	цвёрдыя цела	10	10 6
		вадкасці	10 3	10 5
		газы	10	10 3
	Кантроль памераў і узроўняў		10	10 3
	Гидролокация		1	100
	дэфектаскапія		100	10 5
	медыцынская дыягностыка		10 3	10 5
ўздзеяння на рэчывы	Пайка і металізацыя		10	100
	зварка		10	100
	пластычнае дэфармаванне		10	100
	механічная апрацоўка		10	100
	Эмульгирование		10	10 4
	крышталізацыя		10	100
	распыленне		10-100	10 3 -10 4
	каагуляцыя аэразоляў		1	100
	Диспергирование		10	100
	ачыстка		10	100
	хімічныя працэсы		10	100
	Ўздзеянне на гарэнне		1	100
	хірургія		10 да 100	10 3 да 10 4
	тэрапія		10 3	10 4
Апрацоўка і кіраванне сігналамі	Акустоэлектронные пераўтваральнікі		10 3	10 7
	фільтры		10	10 5
	лініі затрымкі		10 3	10 7
	Акустооптические прылады		100	10 5

У сучасным свеце ультрагук - гэта важны тэхналагічны інструмент у такіх прамысловых галінах, як:

• металургічная;
• хімічная;
• сельскагаспадарчая;
• тэкстыльная;
• харчовая;
• фармакалагічная;
• машына-і прыборабудаўнічы;
• нафтахімічная, перапрацоўчая і іншыя.

Акрамя гэтага, усе больш шырока выкарыстоўваецца ультрагук ў медыцыне. Вось пра гэта мы і пагаворым у наступным раздзеле.

Выкарыстанне ў медыцыне

У сучаснай практычнай медыцыне існуе тры асноўных напрамкі выкарыстання ультрагуку розных частот:

1. дыягнастычнае.

2. Тэрапеўтычнае.

3. Хірургічнае.

Разгледзім больш падрабязна кожнае з гэтых трох кірункаў.

дыягностыка

Адным з найбольш сучасных і інфарматыўных метадаў медыцынскай дыягностыкі з'яўляецца ультрагукавой. Яго несумнеўныя вартасці - гэта: мінімальнае ўздзеянне на чалавечыя тканіны і высокая інфарматыўнасць.

Як ужо гаварылася, ультрагук - гэта гукавыя хвалі, якія распаўсюджваюцца ў аднародным асяроддзі прамалінейна і з пастаяннай хуткасцю. Калі на іх шляху знаходзяцца вобласці з рознымі акустычнымі шчыльнасцямі, то частка ваганняў адлюстроўваецца, а іншая частка праламляецца, працягваючы пры гэтым сваё прамалінейны рух. Такім чынам, чым больш розніца ў шчыльнасці пагранічных асяроддзяў, тым больш ультрагукавых ваганняў адлюстроўваецца. Сучасныя метады ультрагукавога даследавання можна падпадзяліць на лакацыйныя і прасвечваюць.

Ультрагукавая лакацыя

У працэсе такога даследавання рэгіструюцца адлюстраваныя ад межаў асяроддзяў з рознымі акустычнымі шчыльнасцямі імпульсы. Пры дапамозе перамяшчанага датчыка можна ўсталяваць памер, размяшчэнне і форму доследнага аб'екта.

прасвечвання

Гэты метад заснаваны на тым, што розныя тканіны чалавечага арганізма па-рознаму паглынаюць ультрагук. Падчас даследавання якога-небудзь ўнутранага органа ў яго накіроўваюць хвалю з пэўнай інтэнсіўнасцю, пасля чаго адмысловым датчыкам рэгіструюць мінулы сігнал з адваротнага боку. Карціна сканаванага аб'екта прайграваецца на аснове змены інтэнсіўнасці сігналу на «ўваходзе» і «выхадзе». Атрыманая інфармацыя апрацоўваецца і пераўтворыцца кампутарам у выглядзе эхограммы (крывой) або сонограммы - двухмернага малюнка.

Допплер-метад

Гэта найбольш актыўна развіваецца метад дыягностыкі, у якім выкарыстоўваюцца як імпульсны, так і бесперапынны ультрагук. Доплераграфія шырока ўжываецца ў акушэрстве, кардыялогіі і анкалогіі, так як дазваляе адсочваць нават самыя нязначныя змены ў капілярах і невялікіх крывяносных сасудах.

Вобласці ўжывання дыягностыкі

Сёння ультрагукавыя метады візуалізацыі і вымярэнняў найбольш шырока прымяняюцца ў такіх галінах медыцыны, як:

• акушэрства;
• афтальмалогія;
• кардыялогія;
• неўралогія нованароджаных і немаўлят;
• даследаванне ўнутраных органаў:

- ультрагук нырак;

- печані;

- жоўцевай бурбалкі і параток;

- жаночай рэпрадуктыўнай сістэмы;

• дыягностыка вонкавых і прыпаверхневыя органаў (шчытападобнай і малочных залоз).

Выкарыстанне ў тэрапіі

Асноўнае лячэбнае ўздзеянне ультрагук абумоўлена яго здольнасцю пранікаць у чалавечыя тканіны, разаграваць і выграваць іх, ажыццяўляць микромассаж асобных участкаў. УЗ можа быць выкарыстаны як для непасрэднага, так і для ўскоснага ўздзеяння на ачаг болю. Акрамя таго, пры пэўных умовах гэтыя хвалі аказваюць бактэрыцыднае, супрацьзапаленчае, абязбольвальнае і спазмалітычнае дзеянне. Які выкарыстоўваецца ў тэрапеўтычных мэтах ультрагук ўмоўна падзяляюцца на ваганні высокай і нізкай інтэнсіўнасці. Менавіта хвалі нізкай інтэнсіўнасці найбольш шырока ўжываецца для стымуляцыі фізіялагічных рэакцый ці малаважнага, ня пашкоджвальнага нагрэву. Лячэнне ультрагукам дало станоўчыя вынікі пры такіх захворваннях, як:

• артрозы;
• артрыты;
• міалгія;
• спондилиты;
• неўралгіі;
• варыкозныя і трафічныя язвы;
• хвароба Бехцерава;
• аблетыруючае эндартерииты.

Праводзяцца даследаванні, падчас якіх выкарыстоўваецца ультрагук для лячэння хваробы Меньера, эмфізэмы лёгкіх, язваў дванаццаціперснай кішкі і страўніка, бранхіяльнай астмы, атасклероз.

ультрагукавая хірургія

Сучасная хірургія, якая выкарыстоўвае ультрагукавыя хвалі, падзяляецца на два напрамкі:

- выбарча разбуральная ўчасткі тканіны адмысловымі кіраванымі ультрагукавымі хвалямі высокай інтэнсіўнасці з частотамі ад 10 ⁶ да 10 ⁷ Гц;

- якая выкарыстоўвае хірургічны інструмент з накладаннем ультрагукавых ваганняў ад 20 да 75 кгц.

Прыкладам выбарчай УАЗ-хірургіі можа паслужыць драбненне камянёў ультрагукам у нырках. Падчас такой неинвазивной аперацыі ультрагукавая хваля ўздзейнічае на камень праз скуру, то ёсць звонку чалавечага цела. На жаль, падобны хірургічны метад мае шэраг абмежаванняў. Нельга выкарыстоўваць драбненне ультрагукам ў наступных выпадках:

- цяжарным жанчынам на любым тэрміне;

- калі дыяметр камянёў больш за два сантыметраў;

- пры любых інфекцыйных захворваннях;

- пры наяўнасці хвароб, якія парушаюць нармальную згусальнасць крыві;

- у выпадку цяжкіх паражэнняў касцяной тканіны.

Нягледзячы на тое што выдаленне ультрагукам нырачных камянёў праводзіцца без аперацыйных разрэзаў, яно даволі балючае і выконваецца пад агульнай або мясцовай анестэзіяй.

Хірургічныя ультрагукавыя прылады выкарыстоўваюцца не толькі для менш хваравітага рассякання касцяных і мяккіх тканін, але і для памяншэння кровастрат. Звернем свой погляд у бок стаматалогіі. Ультразвук камяні зубныя выдаляе менш балюча, ды і ўсе астатнія маніпуляцыі лекара пераносяцца значна лягчэй. Акрамя таго, у траўматалагічнай і артапедычнай практыцы ультрагук выкарыстоўваецца для аднаўлення цэласнасці зламаных костак. Падчас такіх аперацый прастора паміж касцянымі отломков запаўняюць адмысловым складам, якія складаюцца з касцяной габлюшкі і асаблівай вадкай пластмасы, а затым ўздзейнічаюць ультрагукам, дзякуючы чаму ўсе кампаненты моцна злучаюцца. Тыя, хто перанёс хірургічныя ўмяшанні, падчас якіх выкарыстоўваўся ультрагук, водгукі пакідаюць розныя - як станоўчыя, так і адмоўныя. Аднак варта адзначыць, што задаволеных пацыентаў ўсё ж больш!