Ultradzwięki
Wykład dla studentów kierunku
Analityka medyczna
2012 - 2013
Hanna Trębacz
Katedra i Zakład Biofizyki
Uniwersytet Medyczny w Lublinie
TrochÄ™ podstaw
" Ultradzwięki to fale akustyczne o częstotliwości
powyżej 20 kHz
" Zjawiska i parametry dotyczÄ…ce rozchodzenia siÄ™ fal
dzwiękowych stosuje się również do ultradzwięków
" Fale ultradzwiękowe odbijają się i załamują na
granicach pomiędzy różnymi ośrodkami
Akustyczne parametry ośrodka
(tkanki)
Prędkość propagacji fali w ośrodku c
Impedancja akustyczna ośrodka Z
Współczynnik tłumienia fali a
Prędkość ultradzwięków w ośrodku
W ciałach stałych
M
M moduł sprężystości
c =ð
Á
gęstość
W cieczach i gazach
K
K współczynnik ściśliwości
c =ð
Á
Prędkość ultradzwięków wzrasta wraz ze
wzrostem temperatury
Tłumienie ultradzwięków
A =ð A0e-ðax
A amplituda fali
a współczynnik tłumienia
x przebyta droga
a = aabsorbcja+ arozpraszanie
Fala akustyczna jako rozchodzÄ…ce siÄ™
periodyczne ruchy cząsteczek ośrodka
Periodyczne ruchy cząsteczek (o prędkości v)
powodują lokalne zmiany ciśnienia (Dp) w ośrodku
Impedancja akustyczna (opór akustyczny)
Stosunek lokalnych zmian ciśnienia Dp wywołanych przez
oscylujące cząsteczki do prędkości cząsteczki podczas
oscylacji v nazywany jest impedancjÄ… akustycznÄ… Z :
Z = Dp/v
Impedancja akustyczna jest parametrem zwiÄ…zanym z
oporem ośrodka przeciw rozchodzącej się w nim fali.
Impedancja akustyczna ośrodka (np. Powietrza, skały,
wody, tkanki), jest parametrem materiałowym:
Z = Á·c
Gdzie: Á to gÄ™stość oÅ›rodka, a c to prÄ™dkość sprężystej fali
podłużnej (np. dzwięku) w tym ośrodku
Impedancja Współczynnik
akustyczna tłumienia (1MHz)
Ośrodek Prędkość
x
x
106 kg/m2s
103 m/s dB/cm
Woda 1.483 1.48 0.0022
Powietrze 0.343 0.00045 12
Krew 1.55 1.61 0.17
Tkanka 1.45 1.38 3.0
tłuszczowa
Mięsień 1.55 1.62 0.53
Kość 2.35 - 4.55 4.5 9.2 5.0 12.0
Ultradzwięki w medycynie
Zastosowania diagnostyczne:
2MHz 15 MHz
Zastosowania terapeutyczne:
0.5 1.2 MHz
Inne zastosowania laboratoryjne
Diadnostyka ultradzwiękowa
Obrazowanie ultradzwiękowe
Monitorowanie zabiegów wewnątrz ciała
Odbicie ultradzwięków na granicy
pomiędzy dwoma różnymi ośrodkami
Z1 = r1c1 Z2 = r2c2
IT
Io
IR (Z1 -ð Z2 )2
IR
R =ð =ð
IO
(Z1 +ð Z2 )2
Współczynnik odbicia to stosunek natężenia fali
odbitej na granicy do natężenia fali padającej.
Odbicie na granicy:
tkanka tłuszczowa-nerka
Z1 = 1.38x106kg/(m2s) Z2 = 1.62x106kg/(m2s)
R = 0.0064
Io = 1
IT = 0.9936
IR = 0.0064
Odbicie na granicy: mięsień-powietrze
Z1 = 1.62x106kg/(m2s) Z2 = 0.00045x106kg/(m2s)
R = 0.999
Io = 1
IT = 0.001
IR = 0.999
Odbicie ultradzwięków
Prezentacja A
1 2
4
3
Ekran oscyloskopu
4
1 2 3
Obrazowanie ultradzwiękowe
Prezentacja B
ULTRASONOGRAFIA
" Fala ultradzwiękowa wytworzona przez przetwornik piezoelektryczny jest
wprowadzana do ciała pacjenta (kontaktowo)
" Fala odbija się na granicach pomiędzy tkankami i strukturami w tkankach
" Odbite fale (echa) trafiajÄ… do tego samego przetwornika i sÄ… przetwarzane na
sygnał elektryczny
" Zmiany tego sygnału są przetwarzane na obraz na ekranie komputera
Metoda echa
Ultrasonografia
rozdzielczość ~ 1 mm
Efekt Dopplera
w pomiarach prędkości krwi
2v
fD =ð f ×ð ×ðcosa
c
Ultrasonografia dopplerowska
Oddziaływanie ultradzwięków z materią
podstawy fizyczne
" Efekt termiczny
-Absorpcja energii kinetycznej czÄ…steczek i jej
zamiana na ciepło; zależy od natężenia i czasu
trwania ekspozycji
Np. 1 MHz o natężeniu 1 W/cm2, powoduje
wzrost temperatury 1 cm3 tkanki miękkiej o
1.44K/min
" Efekt mechaniczny
- Ruch składników materii
Terapeutyczne zastosowanie ultradzwięków
" Diatermia ultradzwiękowa
" (efekt termiczny)
przykład zastosowania:
bóle mięśni i stawów
" Mikromasaż
Wnikanie w skórę
" (efekt mechaniczny)
Masaż ręczny
przykład zastosowania:
Masaż
leczenie zbliznowaceń
mechaniczny
Masaż
ultradzwiękowy
Oddziaływanie ultradzwięków z materią
Kawitacja akustyczna
Ultradzwięki rozchodzą się jako lokalne zagęszczenia i
rozrzedzenia ośrodka. Przy wystarczająco dużej mocy fali,
podczas fazy rozrzedzenia może dojść do utworzenia
pęcherzyków kawitacyjnych wypełnionych parą wodną.
Jeżeli ciecz gwałtownie przyśpiesza, to zgodnie z zasadą
zachowania energii, ciśnienie statyczne cieczy musi
zmaleć.
Im niższe ciśnienie tym niższa temperatura wrzenia
ciecz wrze i pęcherzyki wypełniają się para wodną.
Kawitacja to gwałtowna przemiana fazowa z fazy
ciekłej w fazę gazową pod wpływem zmniejszenia
ciśnienia.
Oddziaływanie ultradzwięków z materią
Kawitacja akustyczna
Amplituda ciśnienia
akustycznego
Rozmiar
pęcherzyków
Kawitacja akustyczna
Pęcherzyki rosną stopniowo a potem zapadają się
podczas fazy kompresji wydzielajÄ…c energiÄ™
wystarczajÄ…cÄ… zainicjowania zmian mechanicznych i
chemicznych w ośrodku.
Tworzenie
rodników
Erozja
powierzchni
Emisja
akustyczna
Emisja
światła
Wpływ ultradzwięków wysokiej
mocy na materiÄ™
" Efekt termiczny
" Efekt mechaniczny
Oddziaływanie ultradzwięków z materią
" Przyspieszenie i wzmocnienie pewnych procesów, np.:
dyfuzja, powstawanie rodników, tworzenie emulsji,
polimeryzacja
" Dezintegracja i fragmentacja czÄ…steczek w
zawiesinach (efekt bakteriobójczy), erozja powierzchni,
usuwanie osadów
Efekt zależy od natężenia !
Natężenia fali ultradzwiękowej w
zależności od zastosowania
Diagnostyka - obrazowanie - do 0,1W/cm2
Diagnostyka Dopplerowska - do 1W/cm2
Zabiegi fizjoterapeutyczne - (1- 3) W/cm2
Czyszczenie powierzchni, rozdrabnianie
cząsteczek, efekty chemiczne - powyżej 10 W/cm2
Uwaga: Efekt działania zależy nie tylko od mocy ale i od
czasu ekspozycji.
< 0,1W/cm2 efektu biologicznego nie stwierdzono
nawet po wielu godzinach działania,
> 10 W/cm2 efekt biologiczny możliwy już po 20 s
Ultradzwięki wysokiej mocy w
laboratorium
Myjki (wanny) ultradzwiękowe,
Dezintegratory i homogenizatory
Sterylizatory ultradzwiękowe
Nawilżacze
Ultradzwięki wysokiej mocy w
stomatologii
Usuwanie zmian próchniczych,
Oczyszczanie zębów z kamienia
nazębnego
Dziękuję za uwagę!
Zęby psa przed i po czyszczeniu
ultradzwiękowym
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
analityka fale 2012 2013analityka czasteczka oddzialywania 2012 2013analityka błony i potenc 2012 2013Filozofia religii cwiczenia dokladne notatki z zajec (2012 2013) [od Agi]Podstawy diagnozowania pedagogicznego Pedagogika S 2012 2013Biologiczne podstawy zachowań cz I Psychologia N 2012 2013filozofia religii wykłady 2012 20132 NOWY Aminokwasy I 2012 2013zadania 1 2012 2013analityka wstep 2012 13info odnośnie różnicy między 2012 a 2013ratunki test lekarskiego 2012 i 2013 SUMPatomorfologia 2012 2013 sem zimowy i letni wykładyCieciuch Metodologia Wykład 2012 2013wejscie 4 grupa 2012 20132012 2013 kolokwium 1Biostatystyka z demografią Ratownictwo Medyczne S 2012 2013więcej podobnych podstron