Виды физического действия ультразвука и их характеристика.

ЯГМА

Кафедра медицинской физики

Лечебный факультет

Курс

Семестр

Лекция № 5

«УЛЬТРАЗВУК»

Составила: Дигурова И.И.

Выполнила: Кобякова Е.А.

Студентка 1 курса, 23 группа

Г.

Ультразвук - это механические волны с частотой от 20000Гц до 10¹º - 10¹² Гц. Верхняя граница частот обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться в среде так, что длинна волны не может быть меньше расстояния между частицами среды. Ультразвук распространяется в упругих средах преимущественно в виде продольных волн.

Источники ультразвука.

1.Естественные.

1) Живые - дельфины и летучие мыши.

2) Не живые - шелест листьев.

2.Искуственные.

1) Акустико-механические. Их работа основана на прерывании струи жидкости или газа.

2) Пьезоэлектрические. Их работа основана на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта. Его суть заключается в механической деформации тел под действием переменного электрического поля. Кристаллы-диэлектрики - вещества, у которых хорошо выражены пьезоэлектрические свойства (кварц, сегнетова соль). При создании периодического электрического заряда на гранях кристалла, он начинает деформироваться: сжиматься и растягиваться. Возникают колебания частиц, которые зависят от частоты изменения знака потенциала на гранях кристалла. Пластинка начинает вибрировать, излучая механические волны ультразвуковой частоты.

3) Магнитострикционные. Если в переменное электрическое поле поместить ферромагнетики (кобальт, никель и их сплавы), то под действием магнитной составляющей электромагнитного поля эти тела начнут изменять свои размеры, с частотой соответствующей частоте поля. Такие преобразователи дешевле пьезоэлектрических, но они не могут работать при высоких температурах.

Ультразвуковой генератор.

Устройство. Принцип действия.

Ультразвуковой генератор - это техническое устройство для получения и выявления ультразвука. В его состав входят:

1.Ламповый или полупроводниковый генератор электрических колебаний ультразвуковой частоты.

2. Излучатель ультразвука преобразующий электрические колебания в механические такой же частоты.

В медицине генератор используется для диагностики, терапевтического и хирургического лечения, научных исследований. Для диагностики используется генератор с частотой 5-6 МГц с излучателем пьезоэлектрического типа. В терапии - с частотой 880кГц с излучателем пьезоэлектрического типа. В хирургии - с частотой до 100кГц с излучателем магнитострикционного типа. В медицине используются генераторы, работающие в непрерывном или импульсном режиме.

Особенности и свойства ультразвука, при его

Распространении в среде.

Свойства ультразвука определяются характеристиками волны и той средой, в которой она распространяется. Скорость ультразвука, как и у слышимого звука, зависит от вида среды и температуры. По сравнению со слышимым звуком ультразвуковые волны имеют малую длину волны, поэтому дифракция звуковых волн происходит на объектах малых размеров. Упругие препятствия ультразвук огибает плохо и оставляет за ними акустическую тень.

Звук. Ультразвук.

ν=1кГц ν=1кГц

υ= 1500м/с υ=1500м/с

υ=ν*λ υ=ν*λ

λ=υ/ν λ=υ/ν

λ=1,5м λ=1,5мм

Тело размерами в 1мм не является препятствием для звуковой волны, но является препятствием для ультразвуковой волны. Ультразвуковые волны легко фокусируются в узкие направленные пучки. Они имеют большую интенсивность, чем слышимый звук, так как интенсивность прямо пропорциональна квадрату частоты. При прохождении через различные среды ультразвук может преломляться, отражаться и рассеиваться. Преломление и отражение наблюдается на границе раздела сред с различным акустическим сопротивлением.

R=(Z 2 -Z1)²

(Z2 +Z1)²

R-коэффициент отражения; Z-коэффициент сопротивления.

На границе воздух-кожа отражение составляет более 99%, поэтому между телом человека и излучением должна быть промежуточная среда (водно-масляная). Ультразвук частично поглощается. Интенсивность ультразвуковых волн ослабляется по-разному разными тканями. Глубина, на которой интенсивность уменьшается в 2 раза, называется глубиной полу поглощения.

Костная ткань-0,23 см.

Мышечная ткань-2,1 см.

Жировая ткань-3,3см.

Кровь-35см.

Следовательно, поглощение в жидкой среде больше, чем в мягких и костных тканях. Снижение интенсивности при поглощении приводит к тому, что эхосигнал, пришедший от структуры располагающейся в глубине слабее того сигнала, который образуется от поверхностно расположенного объекта, имеющего тоже акустическое сопротивление.

Виды физического действия ультразвука и их характеристика.

Ультразвук оказывает следующие воздействия:

1) Тепловое - выделение тепловой энергии при прохождении ультразвука, то есть механическая энергия переходит в тепловую энергию. Тепловое действие обусловлено следующими причинами:

а) Периодическое сжатие участков среды.

б) Трение частиц среды. Оно наиболее выражено на границе раздела сред.

в) Поглощение ультразвука в среде.

2) Физико-химическое.

Под действием ультразвука ускоряются окислительно-восстановительные реакции и происходят те, которые в обычных условиях не происходят.

Способность расщеплять макромолекулы. При распространении ультразвука в веществе возникают деформации связанные с поочередным растяжением и сгущением частиц. Так как ультразвук преимущественно продольная волна, в зависимости от интенсивности ультразвука эти деформации вызывают либо незначительное структурное изменение, либо разрушение структуры. Это используется при измельчении (дистергировании) среды. При распространении ультразвука в жидкости в областях растяжения возникают растягивающие силы. Они могут привести к разрыву сплошной жидкости и образованию пузырьков. Они заполнены парами жидкости. Это явление называется кавитацией. Кавитационные пузырьки образуются при достижении растягивающего напряжения (порога кавитации). Для чистой воды порог кавитации = 1,5 * 10 Па. Кавитационное явление недолгое. Пузырьки быстро захлопываются, их содержимое нагревается, при этом выделяются газы, содержащие атомарные или ионизированные компоненты. В результате вещество в кавитационной области подвергается интенсивному воздействию, происходит разрывание вещества, диссоциация и ионизация молекул. Кавитация происходит при интенсивности ультразвука равной или более чем 8000 Вт\м . Ультразвук вызывает и другие эффекты, например акустические потоки, с их помощью происходит перемещение жидкости.