Ультразвук. Получение и регистрация ультразвука на основе обратного и прямого пьезоэлектрического эффекта

Ультразвуком (УЗ) называют механические колебания и волны с частотами более 20 кГц. Осуществляются при помощи генератора, называемого так же УЗ - излучателем. Наибольшее распространение получили электромеханические излучатели, основанные на явлении обратного пьезолектрического эффекта. Пьезоэлектрический эффект – явление возникновения поляризации в кристаллических диэлектриках при отсутствии электрического поля из-за деформации. Обратный пьезоэффект заключается в механической деформации тел под действием электрического поля. Основной частью такого излучателя является пластина или стержень их вещества с хорошо выраженными пьезоэлектрическими свойствами (кварц, сегнетова соль, керамический материал на основе титана бария и др.). На поверхность пластины в виде проводящих слоев нанесены электроды. Если к электродам приложить переменное электрическое напряжение от генератора, то пластина благодяра обратному пьезоэффекту начнет вибрировать, излучая механическую волну соответствующей частоты. Приемник УЗ можно создать на основе пьезоэлектрического эффекта (прямой пьезоэффект). В этом случае под действием механической волны (УЗ-волны) возникает деформация крастилла, которая приводит при пьезоэффекте к генерации переменного электрического поля; соответствующее электрическое напряжение может быть измерено.

11. Взаимодействие ультразвука различной частоты и интенсивности с веществом. Применение ультразвука в медицине. Ультразвук (УЗ) характеризуется следующими видами действия на вещество:

механическое действие. Оно связано с деформацией микроструктуры вещества вследствие периодического сближения и отдаления составляющих вещество микрочастиц. Например, в жидкости УЗ-волна вызывает разрывы её целостности с образованием полостей – кавитаций. Это энергетически невыгодное состояние жидкостей, поэтому полости быстро закрываются с выделением большого количества энергии.

тепловое действие. Связано с тем, что энергия, заключённая в УЗ-волне и выделяющаяся при закрытии кавитаций, частично рассеивается в тканях в виде тепла, что приводит к их нагреванию.

физико-химическое действие. Проявляется в ионизации и диссоциации молекул веществ, ускорении химических реакций (например, окисления и восстановления) и т.д.

На комплексном действии механических, тепловых и физико-химических факторов основано биологическое действие УЗ. Это действие будет определяться интенсивностью УЗ-волны:

УЗ малой и средней интенсивности (соответственно 1,5 Вт на кв. см. и 3 Вт на кв.см) вызывают в живых организмах позитивные эффекты, стимулирует протекание нормальных физиологических процессов. Это основа использования УЗ в физиотерапии. УЗ улучшает проницаемость клеточных мембран, активизирует все виды транспорта через мембрану, влияет на скорость протекания биохимических реакций.

Увеличение интенсивности УЗ-волны приводит к разрушающему его действию на клетки. Это используется для стерилизации медицинских помещений путём уничтожения ультразвуком вирусов и клеток бактерий и грибков.

В медицине ультразвук используется для диагностики, терапевтического и хирургического лечения в различных областях клинической медицины.

Ультразвуковая хирургия подразделяется на две разновидности, одна из которых связана с разрушением тканей собственно звуковыми колебаниями, а вторая — с наложением ультразвуковых колебаний на хирургический инструмент. В первом случае применяется фокусированный ультразвук с частотами порядка 106— 107 гц, во втором — колебания на частотах 20—75 кгц с амплитудой 10—50 мкм. Ультразвуковые инструменты применяются для рассечения мягких и костных тканей, позволяя при этом существенно уменьшать усилие резания, кровопотери и болевые ощущения. В травматологии и ортопедии ультразвук используют для сварки сломанных костей: при этих операциях костной стружкой, смешанной с жидкой пластмассой, заполняют пространство между костными отломками; под действием ультразвука образуется их соединение.

12. Ультразвуковые методы исследования (УЗИ) в медицинской диагностике. Способность ультразвука без существенного поглощения проникать в мягкие ткани организма и отражаться от акустических неоднородностей используется для исследования внутренних органов. Ультразвуковые методы диагностики в ряде случаев позволяют более тонко различать структуру тканей, чем рентгеновские. Так, с помощью ультразвука обнаруживаются опухоли мягких тканей, часто не различимые др. способами. Ультразвук применяют в акушерстве для диагностического исследования плода и беременной женщины, в нейрохирургии — для распознавания опухолей в головном мозге (эхоэнцефалография), в кардиологии — для изучения гемодинамики, выявления гипертрофии мышцы сердца.

Эхоэнцефалография – метод исследования головного мозга с помощью ультразвука. Основан на свойстве ультразвука отражаться от границ сред (структурных образований мозга) различной плотности.

Методы диагностики:

эхоэнцефалография – опред опухолей и отека головного мозга

уз-кардиография – измерение размеров сердца в динамике

уз локация для опред размеров глазных сред

Методы воздействия:

Уз физиотерапия – мех и тепловое воздействие на ткани

При операциях «уз-скальпель», уз остеосинтез