Ультразвук. Физические основы применения в медицине

- это механические продольные колебания и волны, частота которых превышает 20 кГЦ.

Ультразвуковая волна - это последовательность сгущений и разрежений.

Источники и приемники

Источники УЗ:

-Магнитостракция

-Обратный пьезоэффект . Заключается в механической деформации тел под действием

электрического поля. Схема кристалла с пьезоэлектрическими свойствами . Кристалл изменяет Форму. когда окружающее электрическое поле меняет направление на противоположное. Длина волны излучаемого ультразвука является функцией размера кристалла.

Приемники УЗ:

-Прямой пьезоэффект. Под действием УЗ происходит деформация кварца, которая приводит к генерации переменного электрического поля.

Особенности распространения УЗ волн

- Лучевой характер

- Возможность получения больших интенсивностей

- Легко фокусировать

- Подчиняется законам отражения и преломления

- Отражается от объектов небольших размеров

Действие УЗ на вещество, на клетки и ткани организма Действие УЗ:

Механическое+тепловое+Физико-химическое

Механическое действие связано с деформациеймикроструктурывещества,

вследствиепериодического сближения и отдалениямикрочастицвещества.

Например, в жидкости УЗ волна вызывает разрыв ее целостности с образованием полостей.

Это кавитация. Это энергетически невыгодное состояние жидкостей, поэтому полости быстро закрываются с выделением большого количества энергии.

Кавитация - разрыв сплошности жидкости (cavltas - пустота, пузырьки).

Возникновение в жидкости, облучаемой УЗ, пульсирующих и захлопывающихся пузырьков.

Применение в медицине:

Диагностика:

1. Эхолокационные методы отражения УЗ

2. Эффект Допплера

Применение УЗ в диагностике основано на отражении УЗ волн на границе сред с разными акустическими сопротивлениями.

Использование ультразвука для лечения

1. УЗ низких интенсивностей - Физиотерапия

2. УЗ высоких интенсивностей - УЗ хирургия

Вязкость. Формула Ньютона Вязкость (внутреннее трение)

- этосвойство текучих тел (жидкостей и газов)оказывать сопротивление перемещению слоев. Вязкость возникает из-за внутреннего трения между молекулами жидкости.

Формулировка: сила внутреннего трения F между слоями движущейся жидкости прямо пропорциональна скорости сдвига — площади поверхности соприкасающихся слоев*S. Коэффициентом пропорциональности является коэффициент вязкости ŋ(это)

F = ŋdv\dx*S – Уравнение Ньютона

Вязкость – это мера легкости, с которой течет жидкость.

σ=ŋ -gradv

Напряжение сдвига прямо пропорционально скорости сдвига.

ŋ - коэффициент динамической вязкости

Вязкость зависит от температуры, природы жидкости и формы молекул.

Кинематическая вязкость.

V =ŋ\p (стокс)

Текучесть - величина, обратная вязкости.

Кровь как неньютоновская жидкость.

Кровь = плазма + форменные элементы

Кровь является неньютоновской жидкостью, так I как это суспензия форменных элементов в I белковом растворе. Вязкость rj крови 4-5 мПа*с.

Вязкость крови зависит от режима течения. Чем медленнее течет кровь, тем выше вязкость/

Зависимость вязкости крови от режима течения

При низких скоростях сдвига эритроциты образуют «монетные столбики»

При высоких скоростях сдвига вязкость крови определяется

1) Концентрацией эритроцитов

2) Их физическими свойствами

Плазма крови - водно-солевой белковый раствор.

Плазма - ньютоновская жидкостьŋ=1,2мПа*с

Влияние Физических свойств эритроцитов на вязкость крови

1.Форма клеток

2.Эластичность оболочки

3.Способность к деформации

4.Наличие двойного электрического слоя.

5.Способность образовывать агрегаты низких скоростях сдвига.

6. Адгезность

Вязкозть определяется при помощи вискозиметра

Методы вискозиметрии

1. метод Стокса= метод падающего шарика

2. вискозиметр Оствальда

3. Ротационный вискозиметр

4. Вискозиметр Гесса

Стационарный поток

- это такой поток, в котором через каждый уровень поперечного сечения, протекает одинаковый объем жидкости

Q- Объемнаяскорость - этообъемжидкости, протекающий через поперечное сечение за единицу времени.

Q = VS условия стационарного потока

Ламинарное и турбулентное течение

Ламинарное течение - это слоистое течение. Слои жидкости движутся параллельно, не смешиваясь между собой.

Турбулентное течение - это вихревое течение- жидкости сопровождающееся перемешиванием слоев, обусловленным образованием вихрей.

Скорость частиц непрерывно меняется.

Число Рейнольдса- Характер течения жидкости определяется числом Рейнольдса.

Ламинарное течение переходит в турбулентное, когда число Рейнольдса превышает критическое значение.

20. Формула Паузеля:

Формулировка: Объём жидкости Q, протекающей по горизонтальной трубе небольшого сечения за единицу времени, прямо пропорционален радиусу трубы R в четвёртой степени, разности давлений ▲P на концах трубы, обратно пропорционален коэффициенту вязкости rj и длине трубы i. Коэффициентом пропорциональности является п/8 (получен эмпирически).

Гидравлическое сопротивление в последовательных, параллельных и комбинированных системах трубок. Разветвляющиеся сосуды.

Сужение сосуда - Скорость потока возрастает, сопротивление увеличивается, перепад давлений увеличивается.

Расширение сосуда – скорость потока уменьшается, сопротивление падает, перепад давлений уменьшается

Группа суженных сосудов, соединенных параллельно при большом суммарном поперечном сечении -

Замедление потока,скорость потока уменьшается из-за трения, сопротивление возрастает, перепад давлений увеличивается