- Цели и задачи курса медицинской и биологической физики
- Основные задачи медицинской акустики
- II. Основные характеристики звуковой волны.
- Характеристики звукового поля.
- III. Психофизические характеристики звука. Психофизика
- IV. Логарифмические единицы звуковых измерений.
- V. Условия и особенности восприятия звука человеком. Пороговые характеристики. Область слышимости.
- VI. Звуковые методы исследования в клинике. Аудиометрия. Аудиограмма и ее получение. Основные звуковые методы. Аускультация
- « Ультразвук » I. Ультразвук. Его виды. Источники ультразвука.
- II. УЗ генератор. Принципы его работы.
- Для диагностики
- В хирургии
- III. Виды физического воздействия УЗ и их характеристика. Тепловое
- Малые и средние величины
- Высокие и сверхвысокие интенсивности
- V. Применение УЗ в диагностике и медицине. Существует 3 метода применения УЗ в диагностике: Теневой метод
- Эхографический метод
- Эхоофтальмология
- Метод, основанный на эффекте Доплера.
- В офтальмологии
1.01.АКУСТИКА. Акустика I. Предмет физики. Ее задачи. Звук, его характеристики
 Скачать 265.5 Kb.
|
|
« Акустика » I. Предмет физики. Ее задачи. Звук, его характеристики. Физика - наука о свойствах и формах существования материи. Биофизика - медико-биодогическая наука, изучающая физические процессы и явления в живых системах, в том числе при различных внешних воздействиях. Цели и задачи курса медицинской и биологической физики:
Особенности современной физики. а) Современная физика имеет пограничные области с другими науками. б) Физика разделена на ряд узких областей по разным признакам:
Роль физики для других наук возрастает, она дает им теории, принципы, системы единиц, результаты экспериментов, создает основу для конструирования медицинской аппаратуры, объясняет различные физико-биологические процессы. Особенности биофизики:
Звук, его характеристика. Акустика - это наука о получении, распространении и свойствах механических волн и взаимодействии этих волн с физическими и биофизическими объектами. Виды акустики:
Основные задачи медицинской акустики:
Звук как физическое явление. Звук - разновидность механических колебаний, распространяемых в упругих средах преимущественно в виде продольных волн. В вакууме звук не распространяется. Звуковая волна - механическое возмущение, распространяемое в упругой среде. Звуковые колебания - механические колебания условных частиц среды. Условные частицы - объемы среды, которые достаточно малы по сравнению с длинной волны. Звуковое поле - часть пространства, в котором распространяется звуковая волна. Классификация звуковых волн: 1. По частоте
(все границы условны) Инфразвук, ультразвук и гиперзвук не воспринимаются слуховым анализатором.
 В жидкостях и газах упругие силы возникают только при изменении объема, в них образуются только продольные волны. В твердых телах упругие силы возникают как при изменении объема, так и при изменении формы, в них образуются как продольные, так и поперечные волны, причем скорость продольных волн больше скорости поперечных волн примерно в половину. 3. По форме колебаний:
Гармонический спектр Их особенностью является то, что их можно представить математически и графически в виде суммы конечного или бесконечного числа простых по частоте синусоид, колеблющихся с равной амплитудой.  II. Основные характеристики звуковой волны.
 n- число колебаний; t - время колебаний.
  Характеристики звукового поля. 1. Линейные: а) Звуковое давление - это переменное давление, добавочное к статистическому давлению среды, возникающее при прохождении звука (р [Па]). б) Смещение частиц среды - отклонение условных частиц среды от положения равновесия при прохождении звука (L[м]) в) Скорость колебаний частиц среды - быстрота изменения смещения частиц среды при прохождении звука.  г) Акустическое сопротивление - это величина, равная отношению звукового давления к скорости смещения частиц среды.   - плотность среды [кг/м3] - скорость звуковой волны [м/с]2. Энергетические: Интенсивность (сила звука) - это величина, равная энергии звуковой волны, переносимой через единицу площади в единицу времени.        III. Психофизические характеристики звука. Психофизика - наука о связи физических воздействий и возникающих при этом ощущений. Психофизически звук делят на:
а) простые - звуковой сигнал данной частоты. б  ) сложные – состоят из кратного количества простых тонов.в) основные - тоны, соответствующие минимальной частоте в наборе данного звука. г) обертоны - тоны, соответствующие остальным частотам в наборе данного звука.
Психофизические характеристики звука.
При J=const:
Единицы измерения громкости [Фон]
Борьба с шумами. Если звуковая волна взаимодействует с телом, то она частично поглощается и частично отражается от стен, потолка, пола. При этом отраженный звук будет сливаться с основным и при отключении источника звука затухает через некоторое время. Это явление называется реверберация. Время реверберации учитывается при строительстве аудиторий, концертных залов, театров и др. Шум вредно воздействует на живой организм: возникает ослабление чувствительности слуха, частичная потеря слуха, повышение утомляемости, развитие нервных заболевании; устранение источников вредных шумов находится под надзором СЭС. Вредность шума зависит от громкости и спектрального состава. Чем выше частота шума, тем более вредное воздействие он оказывает. Борьба с шумами ведется путем озеленения, применения звукоизоляционных материалов, различных амортизаторов и глушителей и др. Нормально допустимый уровень шума - 40 - 50 дб Предельный уровень для звуковой высокой частоты ≈ 30 дб; для звуков низкой частоты – 100 дб. Контроль производится с помощью шумометра, где звуковые колебания преобразуются в электрические, а шкала измерений дана в дб. IV. Логарифмические единицы звуковых измерений. Прирост ощущений высоты тона и громкости подчиняется логарифмическому закону, для измерения уровня громкости используют логарифмические единицы измерений. 1. Бел [Б] — это логарифмическая единица измерения уровня силы звука, равная десятичному логарифму отношения двух одноименных величин (например, интенсивностей).  , если  ,  - уровень громкости увеличивается в 2раза. 2. На практике чаще используют более мелкую единицу - децибел [дб] 1дб=0,1Б3. Октава [Ок] - логарифмическая единица, применяемая для характеристики интервала частот и равная двоичному логарифму отношения частот.   4 – уровень громкости в октавах увеличивается в 4 раза.4. Декада [Дк] - наиболее часто используется в медицине. Это десятичный логарифм отношения двух частот:  V. Условия и особенности восприятия звука человеком. Пороговые характеристики. Область слышимости. Условия восприятия звука человеком:
Пороговые характеристики - это величины, определяющие верхнюю и нижнюю границы слышимости.
Порог слышимости на частоте v= 1000Гц называется стандартным и составляет 10-12 Вт/м2.
Порог боли на частоте v= 1500Гц называется стандартным и составляет 102 Вт/м2.  На практике определение порога слышимости применяется в клинике для определения остроты слуха. Особенности восприятия звука: (по графику)
VI. Звуковые методы исследования в клинике. Аудиометрия. Аудиограмма и ее получение. Основные звуковые методы.
Р   азличают следующие виды аудиометрии:Субъективная Объективная    Тональная Речевая Ультразвуковая   Пороговая Болевая При тональной аудиометрии определяют слышимость тона на разных частотах. Если этот тон имеет интенсивность на уровне порога слышимости, то это будет пороговая тональная аудиометрия. При речевой аудиометрии определяют пороги разборчивости речи:
По результатам тональной или речевой аудиометрии строят графики - аудиограммы. Графики строятся на специальных бланках, где по ОХ – откладывается n звука в октавном диапазоне, а по ОY – потеря слышимости звука в дб.  Исходной линией вертикальной шкалы является 0 дб, что соответствует стандартному порогу слышимости человека – норма. Испытуемого помещают в изолированную комнату – сурдокамеру, на ухо плотно накладывают телефон. Затем на частоте 125Гц устанавливают нулевой уровень интенсивности, соответствующий стандартному. Если звук слышен, то переходят на следующую частоту и т. д. Если на какой-либо частоте звук не слышен, то усиливают сигнал на 10дб, что соответствует понижению уровня слуха. Если при этом испытуемый слышит звук, то на аудиограмме ставят отметку, если нет – то усиливают сигнал еще на 10дб и т. д. Все полученные точки пороговой слышимости соединяют линией (аудиограммой). Она строится отдельно для каждого уха на одном и том же бланке. Аудиограмма позволяет определить:
« Ультразвук » I. Ультразвук. Его виды. Источники ультразвука. Ультразвук (УЗ) – это механические колебания, распространяющиеся в виде продольных волн в упругих средах с частотой свыше 20000 Гц. По частоте УЗ различают:
Источники УЗ   естественные искусственные      Живые неживые Акустико- пьезо- магнитно- (дельфин, (ветер, шум механические электрические стрекционные. летучие листьев, мыши) обвал,гроза). 1. Акустико-механические – их работа основана на прерывании струи газа или жидкости. Это воздушные или жидкостные свистки. Их недостаток - это нестабильность частоты и амплитуды, их область применения ограничена. 2. Пьезоэлектрические – основаны на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта. Его сущность: под действием электрического поля происходит механическая деформация тел (сжатие и растяжение). При этом возникают колебания, частота которых зависит от частоты изменения знака потенциала на гранях кристалла. Он начинает вибрировать, излучая механическую волну (УЗ) с соответствующей частотой. Вещества, в которых хорошо выражены пьезоэлектрические свойства - кристаллические диэлектрики (кварц, сегнетова соль). 3. Магнитно-стрикционные – их работа основана на явлении магнитострикции, то есть способности ферромагнитных материалов (кобальт, никель, их сплавы, ферриты), помещённых в переменное магнитное поле, изменять свои размеры с частотой равной частоте поля. При этом возникает УЗ-волна:  Такие преобразователи дешевле пьезоэлектрических, но не могут работать при высоких температурах. II. УЗ генератор. Принципы его работы. Это техническое устройство для получения и выявления УЗ.  Он состоит: 1.Ламповый или полупроводниковый генератор электрических колебаний УЗ частоты. 2.Излучатель УЗ, преобразующий электрические колебания в механические. Принцип работы: от генератора к излучателю поступает переменное электрическое напряжение нужной частоты и мощности. При этом между электродами создаётся переменное электрическое поле, под действием которого кварцевая пластинка изменяет свои линейные размеры. При этом возникают механические колебания в среде в виде ультразвука. В медицине генератор используется для диагностики, терапии, хирургии, для научных исследований. Для диагностики – используется генератор с частотой 5-6 МГц и излучатели пьезоэлектрического типа. В терапии – n = 880 кГц, излучатели пьезоэлектрического типа. В хирургии – n = 100 кГц, излучатели магнитострикционного типа, работающие либо в непрерывном, либо в импульсивном режиме. Особенности и свойства УЗ при его распространении в среде. При достаточно больших частотах (малых l), УЗ обладает некоторыми свойствами: 1.УЗ имеет малую «l», поэтому дифракция (огибание) происходит на объектах малых размеров. Другие препятствия УЗ огибает плохо и оставляет за ними «акустическую тень» при n = 1 кГц l = 1,5 м n = 1 МГц l = 1,5 мм. 2. УЗ обладает направленностью и может фокусироваться в узкие направленные пучки с помощью специальных линз или придания определённой формы излучателю. 3. УЗ поглощается при взаимодействии со средой и это в значительной степени зависит от его частоты и свойств самой среды. В различных тканях интенсивность поглощения УЗ разная. Глубина, на которой интенсивность УЗ уменьшается вдвое, называется глубиной полупоглощения. На частоте n = 1 МГц глубина полупоглощения:
Поглощение в жидкой среде намного меньше, чем в мягких тканях, особенно, в костной. 4. УЗ может преломляться, отражаться, рассеиваться. Преломление и отражение наблюдается при прохождении УЗ через границу раздела сред с различным акустическим сопротивлением. Почти полное отражение наблюдается при переходе УЗ из твёрдого тела в жидкость или газ. На границе вода-воздух отражение » 99% , следовательно, при введении УЗ в ткань между телом человека и излучателем должна быть связующая среда (водная, масляная).   Z2 – Z1 2 r = — коэффициент отражения.Z2 + Z1   кг×м кг Z   = r´n — акустическое сопротивление = =м3×с м2 ×с III. Виды физического воздействия УЗ и их характеристика.
Так как поглощение УЗ различно различными средами, то и выделение тепла не будет одинаковым. При jУЗ = 5 Вт/см2 и t = 1 мин. Температура мышц повышается на 1 0С, а костного мозга на 5 0С. Сравнительно много тепла выделяется на границе мягких тканей и кости. Ткани со сложной структурой более чувствительны, чем однородные. Локальный нагрев ткани на доли градусов увеличивает жизнедеятельность биологических объектов, интенсивность процессов обмена. Длительное воздействие приводит к перегреву.
Ещё одно механическое воздействие УЗ волн – возникновение акустических потоков – звуковой ветер. С их помощью перемешиваются жидкости.
Особенности распространения УЗ в тканях. Комплексное действие УЗ на биологические объекты основано на механических, тепловых и химических факторах. Биологическое действие УЗ зависит от частоты, интенсивности, от времени действия, от типа ткани, её физиологического состояния, от вида воздействия. В медицине выделяют УЗ разных интенсивностей:  Малые и средние величины – оказывают положительный биологический эффект (стимуляция роста и развития клеток способствует жизнедеятельности объекта, повышает интенсивность обмена веществ). Микромассаж тканей происходит за счёт микровибрации на клеточном и субклеточном уровне. Высокие и сверхвысокие интенсивности - вызывают замедление роста клеток, разрушение биоструктур. Например, большие дозы УЗ снижают активность вирусов гриппа почти в тысячу раз, а некоторые бактерии (стрептококки, стафилококки) уничтожаются полностью. Очень чувствительна к УЗ нервная ткань и внутренние органы. При воздействии больших доз УЗ на сердце может возникнуть стенокардия, на кожу – физиологическое и функциональное её изменение. УЗ оказывает воздействие на клеточные мембраны. Акустические потоки приводят к переносу вещества и перемешиванию жидкостей. Внутри клетки микропотоки могут менять взаимное расположение клеточных органелл, перемешивать цитоплазму, изменять её вязкость. Они могут отрывать от мембраны биологические макромолекулы, изменять поверхностный заряд мембран и их проницаемость, оказывая влияние на жизнедеятельность клетки. Под действием УЗ мембраны могут разрушаться. V. Применение УЗ в диагностике и медицине. Существует 3 метода применения УЗ в диагностике:
а) Эхоэнцефалография – используется для диагностики объёмных поражений головного мозга (опухоли, абсцессы), определяет некоторые патологические состояния головного мозга и сосудов (тромбоз). б) Эхоофтальмология – для обнаружения инородных тел в глазу, отслоения сетчатки, разрыва склеры и т.д. в) Эхокардиография – диагностирует сердечно-сосудистые заболевания.
Суть метода: при перемещении объекта (крови) относительно неподвижного приёмника происходит изменение частоты УЗ-сигнала, отражённого от объекта. Этот метод используется при УЗ-исследовании движущихся структур.  При приближении объекта к приёмнику частота отражённого сигнала «Öотр» возрастает, при удалении – уменьшается. Это явление называется Доплеровский сдвиг частот. Формула для расчётов Доплеровской частоты «Öд»: 2Ö0 × υ ×cosj  Öд =с Ö0 – зондирующая частота, посылаемая источником; υ – скорость движущегося объекта; с – скорость УЗ в среде; j– угол между УЗ-лучом и направлением движения объекта. Этот метод применяется:
Применение УЗ в медицине:
|
