Основы биоакустики. Ультразвук и его применение в медицине

процессы, происходящие в живых организмах, с помощью современных физических методов (люминесцентный анализ, электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ, радиоспектроскопия электронного парамагнитного резонанса и ядерного магнитного резонанса и т.д.)

медицинской аппаратуры (применение физических факторов в диагностике, терапии и хирургии; принципы устройства и работы медицинских приборов).

В соответствие с основными документами, регламентирующими подготовку врача в медицинских ВУЗах (ОПП и ОПХ), после изучения медицинской физики и биофизики студент должен уметь:
Давать характеристику процессам жизнедеятельности в организме человека на основе понятий, принципов и законов физики;
Характеризовать действие физических факторов/полей окружающей среды на организм человека;
Объяснять основы медицинской аппаратуры.

(косинуса), т.е. их графиком служит синусоида (косинусоида), а в их уравнение входит функция синус (косинус).

S

Негармонические колебания не осуществляются по закону синуса или косинуса.

S

Синусоида описывает изменение смещения колеблющегося тела от положения равновесия во времени, а не тело движется по синусоиде!

тела от положения равновесия. Измеряется в метрах.

S

S

амплитуда постоянна

амплитуда уменьшается во времени

2. Период колебания (T) – время одного полного колебания. Единицей измерения периода является секунда.

положение колеблющегося тела в любой момент времени в радианах.
5. Угловая скорость, или круговая частота колебаний ( ω) – число радиан, пройденных колеблющимся телом за единицу времени. Измеряется в рад/с.

3. Линейная частота колебаний (ν) - число колебаний в единицу времени. Измеряется в Герцах.

Частота и период – физические величины, обратные друг другу.

амплитуды колебаний в единицу времени.

Уравнение свободных затухающих гармонических колебаний

Для любого тела с частотой собственных колебаний существует набор резонансных частот вынуждающей силы. Это связано с влиянием коэффициента затухания на колебательный процесс.
Максимальная амплитуда может быть достигнута при условиях:
Малого коэффициента затухания колебаний,
Совпадении частот вынуждающей силы и собственных колебаний тела.

вредное действие инфразвука и вибрации )

полезное явление (например, при получении ультразвука или других вынужденных колебаний)

СОБСТВЕННЫЕ (РЕЗОНАНСНЫЕ) ЧАСТОТЫ НЕКОТОРЫХ ЧАСТЕЙ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

• 20-30 Гц (резонанс головы) • 40-100 Гц (резонанс глаз) • 0,5-13 Гц (резонанс вестибулярного аппарата) • 4-6 Гц (резонанс сердца) • 2-3 Гц (резонанс желудка) • 2-4 Гц (резонанс кишечника)

Для уменьшения резонанса применяют демпферы – устройства или вещества, увеличивающие коэффициент затухания колебаний.
Хорошие демпферные свойства биологических тканей защищают органы от повреждений при воздействии инфразвука и вибрации достаточно большой амплитуды.
Однако функциональные нарушения могут возникать и под влиянием инфразвука и вибрации даже небольшой амплитуды в связи с наличием резонансных частот у органов.

и температуры

Как и для света (электромагнитная волна) для звука характерны явления: 1. интерференции и 2. дифракции
Звуки, как и свет, могут отражаться от границы раздела двух сред и проходить во вторую среду, преломляясь, то есть изменяя направление.

звука, и соответствующие им интенсивности.

сплошной

основной

обертоны

интенсивностью звукового раздражения: если интенсивность звука (раздражения) І изменяется в геометрической прогрессии (І , І 2, І 3 …), то сила соответствующего звукового ощущения Е изменяется в арифметической прогрессии (Е , 2.Е, 3.Е …) .

Интенсивность звука часто выражают в логарифмических единицах, называя подученную величину уровнем интенсивности (L):

Е - громкость звука

k – коэффициент пропорциональности для звуков разных частот
k=1 (условно) для звука 1000 Гц

I – интенсивность любого звука

I0 – пороговая интенсивность (порог слышимости)
1Белл=10 децибелл (дБ)

k<1 – для звуков менее слышимых, чем 1000 Гц; k>1 для более слышимых звуков

частота звуков (Гц)

Каждая кривая соответствует определённой громкости звуков разных частот (фоны)

Для звуков частотой 1000 Гц шкала в фонах совпадает со шкалой в дБ.

Поднятие каждой кривой выше уровня прохождения кривой для 1000 Гц, означает уменьшенную чувствительность слуха к звукам этих частот.

Опускание каждой кривой ниже уровня прохождения кривой для 1000 Гц, означает повышенную чувствительность слуха к звукам этих частот.

вызывают в улитке колебания кортиева органа. В нём расположены волосковые рецепторные клетки, чувствительные к механическому воздействию и преобразующие его в нервный (электрический) импульс.

прибор, генерирующий электрические колебания разных частот с регулируемой интенсивностью.

От аудиометра колебания передаются обследуемому через наушники, в которых они преобразуются в звуки (простые тоны).

Определяют пороги слышимости (минимальные интенсивности, вызывающие слуховые ощущения) звуков различных частот для каждого уха и получают аудиограмму.

или других внутренних органов.

4. ФОНОКАРДИОГРАФИЯ - запись звуков,
возникающих
при работе сердца.

3. ПЕРКУССИЯ -выстукивание, изучение положения и состояния внутренних органов по отраженному звуку.

2. АКУСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ КРОВИ -прослушивание тонов Короткова.

ЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ В МЕДИЦИНЕ

- это методы, в которых звук несёт информацию об определённых внутренних процессах.

больше 20 000 Гц. Может иметь высокую интенсивность за счёт того, что она прямо пропорциональна частоте волны в квадрате.

Обратный пьезоэлектрический эффект – возникновение ультразвука (свыше 200 кГц) при воздействии на пьезокристалл переменным электрическим полем

Магнитострикционный метод - возникновение ультразвука (до 200 кГц) при воздействии на ферромагнетик переменным магнитным полем

Способы получения ультразвука: