Биомеханика. Акустика

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Биомеханика. Акустика

Содержание

2. Лекция 3 Ростов-на-Дону 2012 Биомеханика Акустика
3. Содержание лекции №3 Введение Механические волны Эффект Доплера Звук Ультразвук
4. Физические процессы в организме Организм = физика + механика + химия Физические методы диагностики Физические свойства
5. Средства обучение Манекены – простые изделия, которые не могут имитировать сложные физиологические реакции Симулятор - компьютер
6. Сэр Вильям Ослер Робот-хирург да Винчи
7. Физика- это наука, Изучающая простейшие и наиболее общие количественные! закономерности явлений природы, свойства и строение материи
8. Биофизика - это физика живых систем на различных уровнях организации: молекулярном, мембранном, клеточном, органном, популяционном Задача
9. Классификация общего курса биофизики: Теоретическая биофизика; Биофизика сложных систем; ТД биологических процессов – преобразование энергии в
10. КОГДА РОДИЛАСЬ БИОФИЗИКА? 1893 г – появился термин. Пирсон Карл- выдающийся английский математик, основатель современной статистики
11. 1791 г ЛУИДЖИ ГАЛЬВАНИ открыл биоэлектричество. А. Вольта 1799 За 2000 лет до изобретения батарейки. Багдад,
12. ГАРВЕЙ, УИЛЬЯМ (Harvey, William, 1578-1657), английский врач, анатом, физиолог и эмбриолог. В мае 1593 г. Уильям
13. Томас Юнг разработал теорию цветного зрения. Основоположник волновой теории света. Пуазейль – врач, физик и физиолог
14. Роберт Майер 1814-1878 Нем. Врач и естествоиспытатель Изучал медицину в Мюнхене и Париже. Научная сфера –
15. Лазарев П.П. – один из основоположников биофизики в России 1901 г. окончил медицинский факультет Московского университета.
16. Биомеханика- это раздел биофизики, посвященный изучению механических свойств живых тканей, а также механических процессов в организме.
17. Механические волны Уравнение плоской волны Механическая волна-это распространение механических колебаний в упругой среде Уравнение волны описывает
18. Амплитуда А, м Период Т, с. Это время одного полного колебания. Частота ν, Гц Это число
19. Бегущая волна переносит энергию. Условие существования волны: Упругая среда Инерция Пример: Волна давления в артериях. Упругость
20. Энергетические характеристики [Вт Энергия W , Дж Поток энергии (устар. мощность) , Вт -это физическая величина,
21. -это физическая величина, равная потоку энергии волны через единицу площади, перпендикулярной к направлению распространения волны. 3.
22. Вектор Умова Вектор Умова – это вектор плотности потока энергии волны, направленный в сторону переноса энергии
23. Эффект Доплера и его применение в медицине Доплер Христиан (1803-1853) - австрийский физик, математик, астроном. Жил
24. Если приближается (объект, наблюдатель), то скорость берется со знаком «+» Если удаляется, то скорость берется со
25. Эффект Доплера используется для определения скорости движения тела в среде, скорости кровотока, скорости движения клапанов и
26. Благодаря аппарату Доплера гинеколог, ведущий беременность, делает вывод о том, есть ли угроза для развития ребенка,
27. Двухмерное цветовое доплеровское картирование при нарушении оттока из левого желудочка. Относительно низкая скорость выходного потока левого
28. Звук –это механическая волна в упругой среде, воспринимаемая ухом человека. Упругая среда –это среда между частицами
29. Виды звуков. Спектр звука Чистый тон Шум Спектр сплошной Спектр линейчатый ν Сложный тон Спектр –
30. Z – акустический импеданс = волновое сопротивление характеризует свойство среды проводить акустическую энергию Волновое сопротивление Волновое
31. Характеристики звука 2. Высота 1. Тембр 3. Громкость Частота Скорость Акустический спектр Звуковое давление Интенсивность Уровень
32. Объективные (физические) характеристики звука Слышимость на разных частотах Частота-число колебаний в единицу времени ν = 16
33. Скорость звука в различных средах и акустические сопротивления сред
34. 3. Акустический спектр Спектр линейчатый обертоны Одна и та же нота Рояль Кларнет ν Основной тон
35. 4. Звуковое давление ρ - плотность среды V – скорость колебательного движения частиц среды С –
36. 5. Интенсивность звука I0 = 10 -12 Вт/м2 Порог слышимости на 1 кГц
37. 6. Уровень интенсивности Для сравнения интенсивностей звуков используют логарифмическую шкалу. децибел 1 Б- это уровень интенсивности,
38. Субъективные характеристики, их связь с объективными Высота звука –это качество звука, определяемое человеком субъективно, на слух,
39. 3. Громкость звука – это уровень слухового ощущения, вызываемого этим звуком. Громкость зависит от интенсивности, частоты
40. Закон Вебера - Фехнера Эрнст Вебер Физиолог, анатом. 1795-1878 Густав Фехнер немецкий физик и психолог 1801-1887
41. Если раздражение (I) увеличивать в геометрической прогрессии (то есть в одинаковое число раз), то ощущение (E)
42. Справка Шорох листьев – 10 дБ Шепот за последним столом - 30 дБ Шум сливного бачка
43. Мотоцикл с глушителем – 85 дБ Раскаты грома – 100 дБ Автомагистраль – 90 дБ
44. Максимально допустимое звуковое давление для наушников плеера по европейским нормам-100 дБ ВУВУЗЕЛА – 124 дБ Болевой
45. Физические основы звуковых методов исследования в клинике Перкуссия Лат. Percussio – удар, простукивание Метод исследования внутренних
46. Изобрел в 1761 г.австрийский терапевт Аэнбруггер, по совместительству музыкант. Он был сыном трактирщика и В детстве
47. 2.Аускультация – метод исследования внутренних органов, основанный на выслушивании звуковых явлений, возникающих при физиологической деятельности внутренних
48. Ультразвук, физические основы применения в медицине УЗ – это механические продольные колебания и волны, частота которых
49. Источники и приемники ультразвука 1. Магнитострикция Стержень Fe, Ni в переменном магнитном поле νУЗ=50кГц Источники УЗ:
50. Заключается в механической деформации тел под действием электрического поля. 2. Обратный пьезоэффект Схема кристалла с пьезоэлектрическими
51. Приемники УЗ: прямой пьезоэффект Ультразвуковой приемник Под действием УЗ происходит деформация кварца, которая приводит к генерации
52. Особенности распространения УЗ волн Малая λ λУЗ=2÷0,6 мм Лучевой характер Легко фокусировать Подчиняется законам отражения и
53. Действие УЗ на вещество, на клетки и ткани организма Действие УЗ: механическое+тепловое+физико-химическое Микромассаж клеток и тканей
54. Механическое действие связано с деформацией микроструктуры вещества, вследствие периодического сближения и отдаления микрочастиц вещества. Например, в
55. Кавитация – разрыв сплошности жидкости. Возникновение в жидкости, облучаемой УЗ, пульсирующих и захлопывающихся пузырьков. Заполнены паром
56. Сегодня принцип кавитации применяют в различных областях медицины: в стоматологии — для удаления зубного налета и
57. Применение в медицине Диагностика Лечение Эхолокационные методы: отражение УЗ I = 50 мВт/см2 ν от 1
58. Применение УЗ в диагностике основано на отражении УЗ волн на границе сред с разными акустическими сопротивлениями.
59. Основные режимы работы УЗ-сканирования: А – одномерная эхолокация . Исследование неподвижных объектов Amplitude mode (amplitude -
60. 2. Режим M – (motion - движение) – одномерная эхограмма с разверткой во времени Исследование движущихся
61. М – эхокардиограмма пациента с ишемической болезнью сердца. Левая сторона перегородки (LS) движется нормально у основания
62. 3. Метод B (brightness – яркость) Двумерное изображение поперечной картины Поперечное сечение сердца, показывающее структуры, через
63. Цветокодированные двухмерные эхокардиограммы. Эти изображения в режиме «B-цвета» могут создаваться различными цветами и оттенками.
64. Сравнение M- и B- методов Схема, сравнивающая M-режим и двухмерное секторное сканирование сферического объекта, движущегося как
65. Использование ультразвука для лечения УЗ низких интенсивностей УЗ высоких интенсивностей Физиотерапия ν=880 кГц I=1 Вт/см2 УЗ
66. Фонофорез УЗ -ингалятор УЗ- акупунктура
67. УЗ остеосинтез= соединение поврежденных (сломанных) костей
68. Частота 55 кГц УЗ скальпель HARMONIC
70. Скачать презентацию

Слайд 2

Лекция 3

Ростов-на-Дону
2012
Биомеханика
Акустика

Слайд 3

Содержание лекции №3
Введение
Механические волны
Эффект Доплера
Звук
Ультразвук

Слайд 4

Физические процессы в организме
Организм = физика + механика + химия
Физические методы

диагностики

Физические свойства материалов

Воздействиефизических факторов на организм

Дыхание

Теплообмен

УЗ

Электроды

Протезы

Клапаны

Гамма-терапия

УВЧ

-терапия

Электрокардиостимулятор

ЭКГ

ЭЭГ

Кровообращение

Слайд 5

Средства обучение
Манекены – простые изделия, которые не могут имитировать сложные физиологические

реакции
Симулятор - компьютер симулирует на экране изображение, полностью имитируя процессы происходящие в организме человека в ответ на действия врача
Фантом — модель человека или отдельные органы в натуральную величину, служащая наглядным пособием

Слайд 6

Сэр Вильям
Ослер

Робот-хирург да Винчи

Слайд 7

Физика- это наука,
Изучающая простейшие и
наиболее общие количественные! закономерности явлений

природы, свойства и строение материи и законы ее естествознания.

Биофизика – один из самых интересных разделов физики. ( от др. греч. жизнь, др. греч.-природа)

Белок бактерии родопсин

Слайд 8

Биофизика - это физика живых систем на различных уровнях организации: молекулярном,

мембранном, клеточном, органном, популяционном

Задача биофизики:
Исследование биологических процессов со стороны физики и изучение физических процессов в биологических явлениях

Особенности
курса б/ф

Нет четкого определения биофизики,
Нет дня рождения

Предмет и задачи по-разному

Биофизика

Химия

Физика

Математика

Биология

Биофизика- это наука, возникшая на базе взаимодействия:

Слайд 9

Классификация общего курса биофизики:
Теоретическая биофизика;
Биофизика сложных систем;
ТД биологических процессов – преобразование

энергии в живых структурах;
Молекулярная биофизика;
Биофизика клеточных процессов;
Биофизика мембранных процессов: свойства БМ;
Биофизика фотобиологических процессов- воздействие внешних источников света на живые системы;
Радиационная биофизика – влияние ИИ на организм;
Математическая биофизика;
Прикладная биофизика;
Биоинформатика;
Биометрия;
Биомеханика;
Биофизика индивидуального развития;
Медицинская биофизика;
Экологическая биофизика

Слайд 10

КОГДА РОДИЛАСЬ БИОФИЗИКА?
1893 г – появился термин.
Пирсон Карл-

выдающийся английский математик, основатель современной статистики
1857-1936

Уже на начальных этапах своего развития биофизика была тесно связана с идеями и методами физики, химии и математики.

Нанобиология

Слайд 11

1791 г ЛУИДЖИ ГАЛЬВАНИ

открыл биоэлектричество.

А. Вольта 1799

За 2000 лет до
изобретения батарейки.
Багдад, раскопки

Слайд 12

ГАРВЕЙ, УИЛЬЯМ (Harvey, William, 1578-1657),

английский врач, анатом, физиолог и эмбриолог.

В мае 1593 г. Уильям Гарвей был принят в колледж Кембриджского университета.

Первые три года учебы Гарвей посвятил изучению «дисциплин, полезных для врача» - классических языков (латыни и греческого),
риторики, философии и математики.

Слайд 13

Томас Юнг разработал теорию цветного зрения. Основоположник волновой теории света.
Пуазейль –

врач, физик и физиолог –механика кровообращения

Нем., физиолог, физик и психолог Гельмгольц – теория функционирования глаза

Декарт описал оптическую систему глаза

Слайд 14

Роберт Майер
1814-1878
Нем. Врач и естествоиспытатель
Изучал медицину в Мюнхене и Париже. Научная

сфера – физика.
В 1840 году в качестве судового врача совершил путешествие на остров Яву. Обосновал I закон ТД.

Сеченов И.М.
1829-1905
Выдающийся русский физиолог.
«Рефлексы головного мозга».
Закон растворимости газов в крови.

Слайд 15

Лазарев П.П. – один из основоположников биофизики в России
1901

г. окончил медицинский факультет Московского университета.
С 1903 г – доктор медицины.
И в 1903 г. закончил физико-математический факультет.
В 1927 г. создал государственный институт биофизики в Москве.

Физик, биофизик,
геофизик, медик

Создал ионную
теорию возбуждения

Разработал теорию
адаптации (все органы и ЦНС)

Вывел единый
закон раздражения

Исследование магнитной
аномалии

Вопрос: Как долго институт просуществовал?

Слайд 16

Биомеханика- это раздел биофизики, посвященный изучению механических свойств живых тканей, а

также механических процессов в организме.

Слайд 17

Механические волны Уравнение плоской волны
Механическая волна-это распространение механических колебаний в упругой

среде

Уравнение волны описывает
зависимость смещения S
частиц среды от координаты Х
и времени t

Уравнение плоской
волны

A- амплитуда
- циклическая частота
t- время
X-координата
V- скорость волны
S- смещение

Слайд 18

Амплитуда А, м
Период Т, с. Это время одного полного колебания.
Частота

ν, Гц Это число колебаний за единицу времени.
Длина волны м. Это путь, пройденный волной за период. Иначе: Это расстояние между двумя точками, колеблющимися в одинаковых фазах.
Скорость волны v м/с
Фаза, рад

Параметры колебаний и волн

Циклическая частота ω = 2πν

Колебание

Волна

Слайд 19

Бегущая волна переносит энергию.
Условие существования волны:
Упругая среда
Инерция
Пример: Волна давления

в артериях.

Упругость стенок
Кровь

Слайд 20

Энергетические характеристики

[Вт
Энергия W , Дж
Поток энергии (устар.

мощность)

, Вт

-это физическая величина, равная отношению энергии, переносимой волной, ко времени.

Слайд 21

-это физическая величина, равная потоку энергии волны через единицу площади,

перпендикулярной к направлению распространения волны.

3. Плотность потока энергии =
= интенсивность волны

4. Объемная плотность энергии волны

-это средняя энергия колебательного движения, приходящегося на единицу объема среды

это энергия в единице объема

Или:

Слайд 22

Вектор Умова
Вектор Умова – это вектор плотности потока энергии волны, направленный

в сторону переноса энергии волной.
Он равен

Умов Н. А. (1846-1915)

Слайд 23

Эффект Доплера и его применение в медицине
Доплер Христиан (1803-1853) -

австрийский физик, математик, астроном.

Жил в Зальцбурге. Директор первого в мире физического института.

Эффект Доплера заключается в изменении частоты колебаний, воспринимаемых наблюдателем, вследствие движения источника волн и наблюдателя относительно друг друга.

Слайд 24

Если приближается (объект, наблюдатель),
то скорость берется со знаком «+»
Если удаляется,

то скорость берется
со знаком «-»

Классический пример этого феномена: Звук свистка от движущегося поезда.

Слайд 25

Эффект Доплера используется для определения скорости движения тела в среде, скорости

кровотока, скорости движения клапанов и стенок сердца = доплеровская эхокардиография.

Когда звук отражается от движущегося объекта, частота отраженного сигнала изменяется. Происходит сдвиг частоты.
При наложении первичных и отраженных сигналов возникают биения, которые прослушиваются с помощью наушников или громкоговорителя.

Доплеровский сдвиг- это разность между отраженной и переданной частотами ∆ ν.

Слайд 26

Благодаря аппарату Доплера гинеколог, ведущий беременность, делает вывод о том, есть

ли угроза для развития ребенка, насколько хорошо его состояние, сильное сердце, нормальный ли кровоток к сердцу и каково состояние кровообращения в организме малыша, все ли хорошо с пуповиной у мамы в системе мать-плод-плацента, нет ли у младенца пороков сердца, анемии или гипоксии.

Допплерометрия

Слайд 27

Двухмерное цветовое доплеровское картирование при нарушении оттока из левого желудочка. Относительно

низкая скорость выходного потока левого желудочка кодируется синим цветом. В области сужения скорость возрастает, возникает наложение спектров (aliasing), и кодировка сигнала потока меняется на красную. На участке обструкции регистрируется относительно узкий турбулентный поток.

LV – левый желудочек

AO – аорта

Слайд 28

Звук –это механическая волна в упругой среде, воспринимаемая ухом человека.

Упругая

среда –это
среда между частицами которой существуют силы упругости,
препятствующие ее деформации

16 Гц – 20 кГц

Звук

Инфразвук до 16 Гц
Слышимый звук
16 Гц-20 кГц
Ультразвук
20 кГц – 1 ГГц

Слайд 29

Виды звуков. Спектр звука
Чистый тон
Шум
Спектр сплошной
Спектр линейчатый

ν
Сложный тон
Спектр –

это график зависимости амплитуды от частоты

Слайд 30

Z – акустический импеданс = волновое сопротивление характеризует свойство среды проводить

акустическую энергию

Волновое сопротивление

Волновое сопротивление – это произведение плотности среды на скорость звука в этой среде.

Слайд 31

Характеристики звука
2. Высота
1. Тембр
3. Громкость
Частота
Скорость
Акустический спектр
Звуковое давление
Интенсивность
Уровень интенсивности
Физические = =объективные

слухового ощущения= =субъективные

Слайд 32

Объективные (физические) характеристики звука
Слышимость на разных частотах
Частота-число колебаний в единицу времени

ν = 16 – 20000 Гц

2. Скорость звука

В воздухе 331,5 м/с

340 м/с (20ºС)

Вода 1500 м/с

Кровь 1540 м/с

Кость ≈ 4000 м/с

Слайд 33

Скорость звука в различных средах и акустические сопротивления сред

Слайд 34

3. Акустический спектр
Спектр линейчатый
обертоны
Одна и та же нота
Рояль
Кларнет
ν
Основной тон
Сложный тон
А –max ν

-min

Слайд 35

4. Звуковое давление

ρ - плотность среды
V – скорость колебательного

движения частиц среды
С – скорость звука

Слайд 36

5. Интенсивность звука
I0
= 10 -12 Вт/м2
Порог слышимости на 1 кГц

Слайд 37

6. Уровень интенсивности
Для сравнения интенсивностей
звуков используют
логарифмическую шкалу.

децибел
1

Б- это уровень интенсивности, при котором интенсивности сравниваемых волн отличаются в 10 раз

Порог слышимости
0 дБ

бел

Слайд 38

Субъективные характеристики, их связь с объективными
Высота звука –это качество звука,

определяемое человеком субъективно,
на слух, и зависящее от частоты.

увеличением частоты

высота

2 Тембр определяется спектральным составом звука.

Слайд 39

3. Громкость звука – это уровень слухового ощущения, вызываемого этим звуком.
Громкость

зависит от интенсивности, частоты и формы колебаний.

Если надо выразить различие в восприятии человеком звуков разной интенсивности, то используют уровень громкости

Кривые равной громкости

На ν = 1 кГц 1 фон = 1дБ

ВОПРОС:

Как связаны фон и децибел?

Звуки разной частоты и интенсивности воспринимаются ухом как звуки одинаково громкие,! если попадают на эти кривые.

Слайд 40

Закон Вебера - Фехнера

Эрнст Вебер
Физиолог, анатом.
1795-1878
Густав Фехнер немецкий физик

и психолог
1801-1887

Фехнер сформулировал основной психофизический закон: ощущение раздражения пропорционально логарифму силы раздражения.

логарифмический закон,
отражающий свойство адаптации уха

Слайд 41

Если раздражение (I) увеличивать в геометрической прогрессии (то есть в одинаковое

число раз), то ощущение (E) этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии (то есть на одинаковую величину).
aI0 a2I0 a3I0
E0 2E0 3E0

Слайд 42

Справка
Шорох листьев – 10 дБ
Шепот за последним
столом - 30

дБ

Шум сливного бачка – 75 дБ

Слайд 43

Мотоцикл с глушителем – 85 дБ
Раскаты грома – 100 дБ
Автомагистраль –

90 дБ

Слайд 44

Максимально допустимое звуковое давление для наушников плеера по европейским нормам-100 дБ
ВУВУЗЕЛА

– 124 дБ

Болевой порог – 130 дБ

Полицейская сирена 110 дБ

Слайд 45

Физические основы звуковых методов исследования в клинике
Перкуссия
Лат. Percussio – удар, простукивание
Метод

исследования внутренних органов, основанный на простукивании по поверхности тела больного с оценкой характера возникаюших при этом звуков.

Характер перкуторного звука зависит
от количества воздуха в органе, от
упругости тканей.

Слайд 46

Изобрел в 1761 г.австрийский
терапевт Аэнбруггер,
по совместительству музыкант.
Он был

сыном трактирщика и
В детстве помогал отцу разливать
вино, простукивая бочки,
чтобы узнать, насколько они
наполнены вином.

Слайд 47

2.Аускультация – метод исследования
внутренних органов, основанный на выслушивании
звуковых явлений, возникающих

при физиологической деятельности внутренних органов.

фонендоскоп

Слайд 48

Ультразвук, физические основы применения в медицине
УЗ – это механические продольные колебания

и волны, частота которых превышает 20 кГц.

Ультразвуковая волна – это последовательность сгущений и разрежений

Ультразвук 20 кГц – 1 ГГц
Гиперзвук ˃ 1 ГГц

Слайд 49

Источники и приемники ультразвука
1. Магнитострикция
Стержень Fe, Ni в переменном магнитном поле
νУЗ=50кГц
Источники

УЗ:

Слайд 50

Заключается в механической деформации тел под действием электрического поля.
2. Обратный пьезоэффект
Схема

кристалла с пьезоэлектрическими свойствами. Кристалл изменяет форму, когда окружающее электрическое поле меняет направление на противоположное. Длина волны излучаемого ультразвука является функцией размера кристалла.

νУЗ =10МГц

Толщина кварца 1мм

Почему обратный?

Слайд 51

Приемники УЗ: прямой пьезоэффект
Ультразвуковой приемник
Под действием УЗ происходит деформация кварца,

которая приводит к генерации переменного электрического поля.

Основные компоненты ультразвукового датчика

Эл. Импульс УЗ

Вольтметр

Электроды

Кварц

Слайд 52

Особенности распространения УЗ волн
Малая λ
λУЗ=2÷0,6 мм
Лучевой характер
Легко фокусировать
Подчиняется законам

отражения и преломления

Возможность получения
больших интенсивностей

Отражается от объектов
небольших размеров

Слайд 53

Действие УЗ на вещество, на клетки
и ткани организма
Действие УЗ: механическое+тепловое+физико-химическое
Микромассаж
клеток

и тканей

Разрушение
биомакромолекул,

Перестройка БМ

Изменение
Проницаемости БМ

33%→в тепло→
ткани прогреваются

образование
биологически
активных
молекул
активность
ферментов

Ионизация и диссоциация молекул вещества

Разрушение
клеток и микроорганизмов

Пример: При облучении УЗ в течение 10 минут брюшной полости собаки температура печени увеличилась на 0,5 0 С, в жировой ткани на 3 0 С, а в мышечной на 5 0 С.

Слайд 54

Механическое действие связано с деформацией микроструктуры вещества, вследствие периодического сближения

и отдаления микрочастиц вещества.
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.

Слайд 55

Кавитация – разрыв сплошности жидкости.
Возникновение в жидкости, облучаемой УЗ, пульсирующих и

захлопывающихся пузырьков.

Заполнены
паром или
газом

Пузырьки
существуют
недолго

Выделяется значительная
энергия

вещество

Разогревается

( Латин. cavitas - пустота, пузырьки).

Слайд 56

Сегодня принцип кавитации применяют в различных областях медицины: в стоматологии —

для удаления зубного налета и камня в нефрологии — для удаления камней в почках в аппаратной косметологии – для борьбы с жировыми отложениями. Для лечения и очистки гнойных ран дезинфекции и эмульгирования растворов создания ингаляционных смесей.

Кавитация – это один из современных методов избавления от излишних жировых отложений.

Слайд 57

Применение в медицине
Диагностика
Лечение
Эхолокационные методы: отражение УЗ
I = 50 мВт/см2
ν от

1 до 30 МГц
Чаще всего 2,25-5 МГц

2. Эффект Доплера

УЗ
высоких
интенсивностей

УЗ
низких
интенсивностей

Физиотерапия

ν=880 кГц
I=1 Вт/см2

Глубина проникновения 3-5 см

УЗ-ингаляция

фонофорез

УЗ хирургия

I=103 Вт/см2
Цель: вызвать управляемое избирательное разрушение в тканях.
Два метода:
▪Разрушение тканей УЗ
ν=4 МГц
Снижение усилия при резании ν=50 кГц

Noli nocere!

1. Метод А

2. Метод M

3. Метод B

Слайд 58

Применение УЗ в диагностике основано на отражении УЗ волн на границе

сред с разными акустическими сопротивлениями.

99,9% времени эхозонд работает как воспринимающее устройство.

Гель используется

Для исключения воздушной прослойки, для выравнивания акустических сопротивлений

Слайд 59

Основные режимы работы УЗ-сканирования:
А – одномерная эхолокация .
Исследование неподвижных объектов
Amplitude

mode (amplitude - амплитуда)

Эхосигналы, преобразованные в датчике в эл. поле, вызывают вертикальное отклонение луча развертки в форме пиков, амплитуда которых будет зависеть от интенсивности отраженной УЗ-волны.

1. Режим А

Сканирование = последовательный просмотр обследуемой области.

Слайд 60

2. Режим M – (motion - движение) – одномерная эхограмма с

разверткой во времени

Исследование движущихся структур

М – эхокардиограмма ребенка младшего возраста, демонстрирующая разницу размеров левого желудочка, полученных в момент, соответствующий зубцу Q ЭКГ , и после начала систолы желудочка. А – передняя; Р – задняя.

Слайд 61

М – эхокардиограмма пациента с ишемической болезнью сердца. Левая сторона перегородки

(LS) движется нормально у основания вблизи аорты (AO). Рядом с верхушкой движение перегородки акинетично. EN – задний эндокард левого желудочка; LA – левое предсердие; Apex – верхушка.

Слайд 62

3. Метод B (brightness – яркость)
Двумерное изображение поперечной картины
Поперечное сечение сердца,

показывающее структуры, через которые проходит УЗ луч.

Эхосигналы, преобразованные в датчике в эл. поле вызывают на экране свечение точек разной яркости, а это зависит от интенсивности эхосигнала.

Слайд 63

Цветокодированные двухмерные эхокардиограммы. Эти изображения в режиме «B-цвета» могут создаваться различными

цветами и оттенками.

Слайд 64

Сравнение M- и B- методов
Схема, сравнивающая M-режим и двухмерное секторное сканирование

сферического объекта, движущегося как маятник в мензурке с водой.

Слайд 65

Использование ультразвука
для лечения
УЗ
низких интенсивностей

УЗ
высоких интенсивностей
Физиотерапия
ν=880 кГц
I=1 Вт/см2
УЗ

хирургия

Глубина проникновения 3-5 см

Слайд 66

Фонофорез
УЗ -ингалятор
УЗ- акупунктура

Слайд 67

УЗ остеосинтез= соединение поврежденных (сломанных) костей

Слайд 68

Биомеханика. Акустика

Содержание

Лекция 3 Ростов-на-Дону2012Биомеханика Акустика

Содержание лекции №3 ВведениеМеханические волны Эффект Доплера ЗвукУльтразвук

Физические процессы в организмеОрганизм = физика + механика + химияФизические методы

Средства обучениеМанекены – простые изделия, которые не могут имитировать сложные физиологические

Сэр Вильям Ослер Робот-хирург да Винчи

Физика- это наука, Изучающая простейшие и наиболее общие количественные! закономерности явлений

Биофизика - это физика живых систем на различных уровнях организации: молекулярном,

Классификация общего курса биофизики:Теоретическая биофизика;Биофизика сложных систем;ТД биологических процессов – преобразование

КОГДА РОДИЛАСЬ БИОФИЗИКА?1893 г – появился термин. Пирсон Карл-

1791 г ЛУИДЖИ ГАЛЬВАНИ

ГАРВЕЙ, УИЛЬЯМ (Harvey, William, 1578-1657),

Томас Юнг разработал теорию цветного зрения. Основоположник волновой теории света.Пуазейль –

Роберт Майер1814-1878Нем. Врач и естествоиспытательИзучал медицину в Мюнхене и Париже. Научная

Лазарев П.П. – один из основоположников биофизики в России1901

Биомеханика- это раздел биофизики, посвященный изучению механических свойств живых тканей, а

Механические волны Уравнение плоской волныМеханическая волна-это распространение механических колебаний в упругой

Амплитуда А, мПериод Т, с. Это время одного полного колебания. Частота

Бегущая волна переносит энергию.Условие существования волны: Упругая среда ИнерцияПример: Волна давления

Энергетические характеристики [ВтЭнергия W , Дж Поток энергии (устар.

-это физическая величина, равная потоку энергии волны через единицу площади,

Вектор УмоваВектор Умова – это вектор плотности потока энергии волны, направленный

Эффект Доплера и его применение в медицине Доплер Христиан (1803-1853) -

Если приближается (объект, наблюдатель), то скорость берется со знаком «+»Если удаляется,

Эффект Доплера используется для определения скорости движения тела в среде, скорости

Благодаря аппарату Доплера гинеколог, ведущий беременность, делает вывод о том, есть

Двухмерное цветовое доплеровское картирование при нарушении оттока из левого желудочка. Относительно

Звук –это механическая волна в упругой среде, воспринимаемая ухом человека. Упругая

Виды звуков. Спектр звукаЧистый тонШумСпектр сплошнойСпектр линейчатый νСложный тонСпектр –

Z – акустический импеданс = волновое сопротивление характеризует свойство среды проводить

Объективные (физические) характеристики звукаСлышимость на разных частотахЧастота-число колебаний в единицу времени

Скорость звука в различных средах и акустические сопротивления сред

3. Акустический спектрСпектр линейчатыйобертоныОдна и та же нотаРояльКларнетνОсновной тонСложный тонА –max ν

4. Звуковое давление ρ - плотность средыV – скорость колебательного

5. Интенсивность звукаI0= 10 -12 Вт/м2Порог слышимости на 1 кГц

6. Уровень интенсивностиДля сравнения интенсивностей звуков используют логарифмическую шкалу. децибел1

Субъективные характеристики, их связь с объективными Высота звука –это качество звука,

3. Громкость звука – это уровень слухового ощущения, вызываемого этим звуком.Громкость

Закон Вебера - Фехнера Эрнст ВеберФизиолог, анатом. 1795-1878Густав Фехнер немецкий физик