Ultrasonik dalgalarla ilgili çalışmaların yüz yıldan daha uzun bir süre önce başlamış olmasına rağmen, yalnızca son yarım yüzyılda insan faaliyetinin çeşitli alanlarında yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Bu, akustiğin hem kuantum hem de doğrusal olmayan bölümlerinin ve kuantum elektroniğinin ve katı hal fiziğinin aktif gelişiminden kaynaklanmaktadır. Bugün, ultrason sadece akustik dalgaların yüksek frekanslı bölgesinin bir tanımı değil, aynı zamanda endüstriyel, bilgi ve ölçüm teknolojilerinin yanı sıra teşhis, cerrahi ve terapötik yöntemlerle ilişkili modern fizik ve biyolojide bütün bir bilimsel yöndür. modern tıp.
Bu nedir?
Tüm ses dalgaları, insanlar tarafından duyulabilenlere ayrılabilir - bunlar 16 ila 18 bin Hz arasındaki frekanslardır ve insan algısı aralığının dışında olanlar - kızılötesi ve ultrason. Infrasound, sese benzer, ancak insan kulağının algıladığı frekanslardan daha düşük frekanslara sahip dalgalar olarak anlaşılır. Infrasonik bölgenin üst sınırı 16 Hz'dir ve alt sınırı 0,001 Hz'dir.
Ultrason- bunlar da ses dalgalarıdır, ancak yalnızca frekansları insan işitme cihazının algılayabileceğinden daha yüksektir. Kural olarak, 20 ila 106 kHz arasındaki frekansları ifade ederler. Üst limitleri, bu dalgaların yayıldığı ortama bağlıdır. Yani gazlı bir ortamda sınır 106 kHz'dir ve katı ve sıvılarda 1010 kHz'e ulaşır. Yağmur, rüzgar veya şelale seslerinde, yıldırım deşarjlarında ve deniz dalgasının yuvarladığı çakılların hışırtısında ultrasonik bileşenler vardır. Balinalar ve yunuslar, yarasalar ve gece böcekleri kendilerini uzayda yönlendiren ultrasonik dalgaları algılama ve analiz etme yeteneği sayesindedir.
Biraz tarih
İlk ultrason çalışmaları (ABD) 19. yüzyılın başında, insan işitme cihazının işitilebilirliğinin üst frekans sınırını bulmaya çalışan Fransız bilim adamı F. Savart tarafından yapılmıştır. Gelecekte, Alman V. Vin, İngiliz F. G alton, Rus P. Lebedev ve bir grup öğrenci gibi tanınmış bilim adamları ultrasonik dalgalar üzerinde çalıştılar.
1916'da Fransız fizikçi P. Langevin, Rus göçmen bilim adamı Konstantin Shilovsky ile işbirliği içinde, deniz ölçümleri için ultrason almak ve yaymak ve su altı nesnelerini tespit etmek için kuvarsı kullanmayı başardı ve bu da araştırmacıların ilkini yaratmalarına izin verdi. ultrason vericisi ve alıcısından oluşan sonar.
1925'te Amerikan W. Pierce, bugün Pierce interferometre adı verilen ve hızları ve absorpsiyonu büyük bir doğrulukla ölçen bir cihaz yarattı.sıvı ve gaz ortamında ultrason. 1928'de Sovyet bilim adamı S. Sokolov, metalik olanlar da dahil olmak üzere katılardaki çeşitli kusurları tespit etmek için ultrasonik dalgaları kullanan ilk kişi oldu.
Savaş sonrası 50-60'larda, L. D. Rozenberg başkanlığındaki bir Sovyet bilim adamı ekibinin teorik gelişmelerine dayanan ultrason, çeşitli endüstriyel ve teknolojik alanlarda yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Aynı zamanda, İngiliz ve Amerikalı bilim adamlarının çalışmaları ve ayrıca R. V. Khokhlova, V. A. Krasilnikov ve diğerleri gibi Sovyet araştırmacılarının araştırmaları sayesinde, doğrusal olmayan akustik gibi bir bilimsel disiplin hızla gelişiyor.
Yaklaşık olarak aynı zamanda, tıpta ultrason kullanmak için ilk Amerikan girişimleri yapıldı.
Sovyet bilim adamı Sokolov, geçen yüzyılın kırklarının sonunda, opak nesneleri görselleştirmek için tasarlanmış bir enstrümanın teorik bir tanımını geliştirdi - bir "ultrasonik" mikroskop. Bu çalışmalara dayanarak, 70'lerin ortalarında, Stanford Üniversitesi'nden uzmanlar bir taramalı akustik mikroskop prototipi oluşturdular.
Özellikler
Ortak bir yapıya sahip olan işitilebilir aralığın dalgaları ve ultrasonik dalgalar fiziksel yasalara uyar. Ancak ultrasonun bilim, tıp ve teknolojinin çeşitli alanlarında yaygın olarak kullanılmasına izin veren bir dizi özelliği vardır:
1. Küçük dalga boyu. En düşük ultrasonik aralık için, sinyal yayılımının ışın yapısına neden olan birkaç santimetreyi geçmez. Aynı zamanda dalgadoğrusal ışınlar tarafından odaklanılır ve yayılır.
2. Darbelerde ultrasonun yayılabilmesi nedeniyle önemsiz salınım süresi.
3. Çeşitli ortamlarda, dalga boyu 10 mm'yi geçmeyen ultrasonik titreşimler, ışık ışınlarına benzer özelliklere sahiptir, bu da titreşimleri odaklamayı, yönlendirilmiş radyasyon oluşturmayı, yani sadece enerjiyi doğru yönde göndermeyi değil, aynı zamanda onu yoğunlaştırmayı mümkün kılar. gerekli hacim.
4. Küçük bir genlik ile, büyük ekipman kullanmadan yüksek enerjili ultrasonik alanlar ve kirişler oluşturmayı mümkün kılan yüksek titreşim enerjisi değerleri elde etmek mümkündür.
5. Ultrasonun çevre üzerindeki etkisi altında, birçok spesifik fiziksel, biyolojik, kimyasal ve tıbbi etki vardır, örneğin:
- dağılma;
- kavitasyon;
- gaz giderme;
- yerel ısıtma;
- dezenfeksiyon ve daha fazlası. diğerleri
Görüntülemeler
Tüm ultrasonik frekanslar üç türe ayrılır:
- ULF - düşük, 20 ila 100 kHz aralığında;
- MF - orta aralık - 0,1 ila 10 MHz;
- UZVCh - yüksek frekans - 10 ila 1000 MHz arası.
Bugün, ultrasonun pratik kullanımı, çeşitli malzeme ve ürünlerin iç yapısını ölçmek, kontrol etmek ve incelemek için öncelikle düşük yoğunluklu dalgaların kullanılmasıdır. Yüksek frekans, özelliklerini değiştirmenize izin veren çeşitli maddeleri aktif olarak etkilemek için kullanılır.ve yapı. Ultrason ile (farklı frekanslar kullanılarak) birçok hastalığın teşhis ve tedavisi modern tıbbın ayrı ve aktif olarak gelişen bir alanıdır.
Nerede uygulanır?
Son yıllarda ultrasonla yalnızca bilimsel teorisyenler ilgilenmiyor, aynı zamanda onu çeşitli insan faaliyetleriyle giderek daha fazla tanıştıran uygulayıcılar da ilgileniyor. Günümüzde ultrasonik üniteler şu amaçlarla kullanılmaktadır:
| Maddeler ve malzemeler hakkında bilgi edinme | Olaylar | kHz cinsinden frekans | ||
| den | to | |||
| Maddelerin bileşimi ve özellikleri üzerine araştırma | katı cisimler | 10 | 106 | |
| sıvılar | 103 | 105 | ||
| gazlar | 10 | 103 | ||
| Kontrol boyutları ve seviyeleri | 10 | 103 | ||
| Sonar | 1 | 100 | ||
| Defektoskopi | 100 | 105 | ||
| Tıbbi teşhis | 103 | 105 | ||
|
Etkiler maddeler üzerine |
Lehimleme ve kaplama | 10 | 100 | |
| Kaynak | 10 | 100 | ||
| Plastik deformasyon | 10 | 100 | ||
| İşleme | 10 | 100 | ||
| Emülsifikasyon | 10 | 104 | ||
| Kristalizasyon | 10 | 100 | ||
| Sprey | 10-100 | 103-104 | ||
| Aerosol pıhtılaşması | 1 | 100 | ||
| Dağılım | 10 | 100 | ||
| Temizlik | 10 | 100 | ||
| Kimyasal işlemler | 10 | 100 | ||
| Yanmaya etkisi | 1 | 100 | ||
| Ameliyat | 10 ila 100 | 103 ila 104 | ||
| Terapi | 103 | 104 | ||
| Sinyal işleme ve yönetimi | Akustoelektronik dönüştürücüler | 103 | 107 | |
| Filtreler | 10 | 105 | ||
| Gecikme hatları | 103 | 107 | ||
| Akusto-optik cihazlar | 100 | 105 | ||
Günümüz dünyasında ultrason, aşağıdaki gibi sektörlerde önemli bir teknolojik araçtır:
- metalurjik;
- kimyasal;
- tarım;
- tekstil;
- yemek;
- farmakolojik;
- makine ve alet yapımı;
- petrokimya, rafineri ve diğerleri.
Ayrıca ultrason tıpta giderek daha fazla kullanılıyor. Bir sonraki bölümde bundan bahsedeceğiz.
Tıbbi kullanım
Modern pratik tıpta, çeşitli frekanslarda ultrasonun üç ana kullanım alanı vardır:
1. Teşhis.
2. Tedavi edici.
3. Cerrahi.
Bu üç alanın her birine daha yakından bakalım.
Teşhis
Tıbbi teşhisin en modern ve bilgilendirici yöntemlerinden biri ultrasondur. Şüphesiz avantajları şunlardır: insan dokuları üzerinde minimum etki ve yüksek bilgi içeriği.
Daha önce de belirtildiği gibi, ultrason ses dalgalarıdır,homojen bir ortamda düz bir çizgide ve sabit bir hızla yayılır. Yolda farklı akustik yoğunluklara sahip alanlar varsa, salınımların bir kısmı yansır, diğer kısmı ise kırılır ve doğrusal hareketini sürdürür. Bu nedenle, sınır ortamının yoğunluğundaki fark ne kadar büyük olursa, ultrasonik titreşimler o kadar fazla yansıtılır. Modern ultrason muayenesi yöntemleri lokal ve yarı saydam olarak ikiye ayrılabilir.
Ultrasonik konum
Böyle bir çalışma sürecinde, farklı akustik yoğunluktaki ortamların sınırlarından yansıyan darbeler kaydedilir. Hareketli bir sensör yardımıyla incelenen nesnenin boyutunu, konumunu ve şeklini ayarlayabilirsiniz.
Yarı Saydam
Bu yöntem, insan vücudunun farklı dokularının ultrasonu farklı şekilde emmesi gerçeğine dayanmaktadır. Herhangi bir iç organın çalışması sırasında, içine belirli bir yoğunluğa sahip bir dalga yönlendirilir, ardından iletilen sinyal özel bir sensörle arka taraftan kaydedilir. Taranan nesnenin resmi, "giriş" ve "çıkış"taki sinyal yoğunluğundaki değişime dayalı olarak yeniden üretilir. Alınan bilgiler bir bilgisayar tarafından ekogram (eğri) veya sonogram - iki boyutlu bir görüntü biçiminde işlenir ve dönüştürülür.
Doppler yöntemi
Bu, hem darbeli hem de sürekli ultrason kullanan, en aktif olarak gelişen tanı yöntemidir. Dopplerografi, izin verdiği için obstetrik, kardiyoloji ve onkolojide yaygın olarak kullanılmaktadır.kılcal damarlardaki ve küçük kan damarlarındaki en küçük değişiklikleri bile takip edin.
Tanılamanın uygulama alanları
Günümüzde, ultrason görüntüleme ve ölçüm yöntemleri en yaygın olarak tıp alanlarında kullanılmaktadır:
- obstetrik;
- oftalmoloji;
- kardiyoloji;
- Yenidoğan ve bebeklerin nörolojisi;
- iç organların muayenesi:
- böbrek ultrasonu;
- karaciğer;
- safra kesesi ve kanalları;
- dişi üreme sistemi;
dış ve yüzeysel organların (tiroid ve meme bezleri) teşhisi
Tedavide kullanın
Ultrason'un ana terapötik etkisi, insan dokularına nüfuz etme, onları ısıtma ve ısıtma ve bireysel bölgelere mikro masaj yapma yeteneğinden kaynaklanmaktadır. Ultrason, ağrının odağı üzerinde hem doğrudan hem de dolaylı etkiler için kullanılabilir. Ayrıca belirli koşullar altında bu dalgaların bakterisidal, antiinflamatuar, analjezik ve antispazmodik etkisi vardır. Terapötik amaçlar için kullanılan ultrason, şartlı olarak yüksek ve düşük yoğunluklu titreşimlere bölünmüştür.
Fizyolojik tepkileri veya hafif, zarar vermeyen ısınmayı uyarmak için en yaygın olarak kullanılan düşük yoğunluklu dalgalardır. Ultrason tedavisi aşağıdaki gibi hastalıklarda olumlu sonuçlar göstermiştir:
- artrit;
- artrit;
- miyalji;
- spondilit;
- nevralji;
- varis ve trofik ülserler;
- Ankilozan spondilit;
- obliterating endarterit.
Meniere hastalığı, amfizem, duodenum ve mide ülseri, astım, otosklerozu tedavi etmek için ultrason kullanan araştırmalar devam etmektedir.
Ultrasonik Cerrahi
Ultrason dalgalarını kullanan modern cerrahi iki alana ayrılır:
- 106 ila 107 Hz; frekansları ile özel kontrollü yüksek yoğunluklu ultrasonik dalgalarla doku alanlarını seçici olarak yok etme
- 20 ila 75 kHz arasında üst üste bindirilmiş ultrasonik titreşimlere sahip bir cerrahi alet kullanma.
Seçici ultrason cerrahisinin bir örneği, böbreklerde ultrason ile taşların kırılmasıdır. Böyle bir non-invaziv operasyon sürecinde, ultrasonik bir dalga deri yoluyla, yani insan vücudunun dışında taşa etki eder.
Maalesef bu cerrahi yöntemin bir takım sınırlamaları vardır. Aşağıdaki durumlarda ultrasonik kırma kullanmayın:
- herhangi bir zamanda hamile kadınlar;
- taşların çapı iki santimetreden fazlaysa;
- herhangi bir bulaşıcı hastalık için;
- normal kan pıhtılaşmasını bozan hastalıkların varlığında;
- şiddetli kemik lezyonları durumunda.
Böbrek taşlarının ultrasonla alınması ameliyatsız yapılmasına rağmenkesiler, oldukça ağrılıdır ve genel veya lokal anestezi altında yapılır.
Cerrahi ultrasonik aletler sadece kemik ve yumuşak dokuların daha az ağrılı diseksiyonu için değil, aynı zamanda kan kaybını az altmak için de kullanılır.
Dikkatimizi diş hekimliğine çevirelim. Ultrason diş taşlarını daha az ağrılı bir şekilde çıkarır ve diğer tüm doktor manipülasyonlarına katlanmak çok daha kolaydır. Ayrıca travma ve ortopedik uygulamada kırık kemiklerin bütünlüğünü geri kazandırmak için ultrason kullanılır. Bu tür işlemler sırasında, kemik parçaları arasındaki boşluk, kemik yongaları ve özel bir sıvı plastikten oluşan özel bir bileşik ile doldurulur ve daha sonra tüm bileşenlerin sıkıca bağlı olduğu ultrasona maruz bırakılır. Ultrasonun kullanıldığı cerrahi müdahaleler geçirenler, hem olumlu hem de olumsuz olmak üzere farklı incelemeler bırakıyorlar. Ancak yine de memnun olan hastaların daha fazla olduğunu belirtmek gerekir!
