الممتصات الصوتية النشطة للموجات فوق الصوتية والصوت تحت الصوتي. موسوعة المدرسة

الموجات فوق الصوتية:

ما هو الموجات فوق الصوتية؟
تأثير الموجات فوق الصوتية على جسم الإنسان؛
استخدام الموجات فوق الصوتية في الصناعة والاقتصاد.
آفاق استخدام الموجات فوق الصوتية.

الموجات فوق الصوتية:

ما هي الموجات فوق الصوتية؟
تأثير الموجات فوق الصوتية على جسم الإنسان.
الشذوذات دون الصوتية.
الحيوانات التي تستخدم الموجات فوق الصوتية؛
آفاق استخدام الموجات فوق الصوتية؛
خاتمة

الموجات فوق الصوتية

1. ما هي الموجات فوق الصوتية؟

في الآونة الأخيرة، أصبحت العمليات التكنولوجية القائمة على استخدام طاقة الموجات فوق الصوتية منتشرة بشكل متزايد في الإنتاج. كما وجدت الموجات فوق الصوتية التطبيق في الطب. بسبب الزيادة في قدرات الوحدة وسرعات الوحدات والآلات المختلفة، تتزايد مستويات الضوضاء، بما في ذلك نطاق الترددات فوق الصوتية.

الموجات فوق الصوتية هي اهتزاز ميكانيكي لوسط مرن بتردد يتجاوز الحد الأعلى للسمع -20 كيلو هرتز. وحدة مستوى ضغط الصوت هي ديسيبل. وحدة قياس شدة الموجات فوق الصوتية هي واط لكل سنتيمتر مربع (W/s2). لا تستطيع الأذن البشرية إدراك الموجات فوق الصوتية، لكن بعض الحيوانات، مثل الخفافيش، يمكنها سماع الموجات فوق الصوتية وإنتاجها. يتم إدراكه جزئيًا بواسطة القوارض والقطط والكلاب والحيتان والدلافين. تحدث الاهتزازات فوق الصوتية أثناء تشغيل محركات السيارات والآلات ومحركات الصواريخ.

نظرًا لترددها العالي (الطول الموجي القصير)، تتمتع الموجات فوق الصوتية بخصائص خاصة. وبالتالي، مثل الضوء، يمكن للموجات فوق الصوتية أن تشكل حزمًا موجهة بدقة. إن انعكاس وانكسار هذه الأشعة عند حدود الوسطين يخضع لقوانين البصريات الهندسية. يمتص بقوة بالغازات وبضعف بالسوائل. في السائل تحت تأثير الموجات فوق الصوتية، تتشكل الفراغات على شكل فقاعات صغيرة مع زيادة قصيرة المدى في الضغط بداخلها. بالإضافة إلى ذلك، تعمل الموجات فوق الصوتية على تسريع عمليات الانتشار.

تحدد خصائص الموجات فوق الصوتية وخصائص تفاعلها مع البيئة استخدامها التقني والطبي الواسع. تستخدم الموجات فوق الصوتية في الطب وعلم الأحياء لتحديد الموقع بالصدى، لتحديد وعلاج الأورام وبعض العيوب في أنسجة الجسم، في الجراحة والرضوح لقطع الأنسجة الرخوة والعظمية أثناء العمليات المختلفة، ولحام العظام المكسورة، وتدمير الخلايا (الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة). في العلاج بالموجات فوق الصوتية، يتم استخدام التذبذبات من 800-900 كيلو هرتز للأغراض العلاجية.

2. تأثير الموجات فوق الصوتية على جسم الإنسان

الموجات فوق الصوتية لها تأثير موضعي بشكل أساسي على الجسم، حيث أنها تنتقل من خلال الاتصال المباشر بأداة الموجات فوق الصوتية أو قطع العمل أو البيئات التي يتم فيها تحفيز الاهتزازات فوق الصوتية. الاهتزازات بالموجات فوق الصوتية الناتجة عن المعدات الصناعية ذات التردد المنخفض بالموجات فوق الصوتية لها تأثير سلبي على جسم الإنسان. يؤدي التعرض المنهجي طويل الأمد للموجات فوق الصوتية المحمولة جواً إلى حدوث تغييرات في الجهاز العصبي والقلب والأوعية الدموية والغدد الصماء والمحللات السمعية والدهليزية.

في مجال الاهتزازات فوق الصوتية في الأنسجة الحية، يكون للموجات فوق الصوتية تأثيرات ميكانيكية وحرارية وفيزيائية وكيميائية (التدليك الدقيق للخلايا والأنسجة). في الوقت نفسه، يتم تنشيط عمليات التمثيل الغذائي وزيادة الخصائص المناعية للجسم.

3. استخدام الموجات فوق الصوتية في الصناعة والاقتصاد

اليوم، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية في عدد كبير من الصناعات. من بينها: الطب، والجيولوجيا، وصناعة الصلب، والصناعة العسكرية، وغيرها. تستخدم الموجات فوق الصوتية بشكل مكثف للغاية في الجيولوجيا، وهناك علم خاص - الجيوفيزياء.

باستخدام الموجات فوق الصوتية، يعثر الجيوفيزيائيون على رواسب من المعادن القيمة ويحددون عمق موقعها. في صناعة مسبك المعادن، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية لتشخيص حالة الشبكة البلورية المعدنية. عند "الاستماع" إلى الأنابيب والكمرات من المنتجات عالية الجودة، يتم الحصول على إشارة معينة، ولكن إذا كان المنتج به شيء مختلف عن القاعدة (الكثافة، عيب في التصميم)، فستكون الإشارة مختلفة، مما سيوضح للمهندس أن إنه معيب.

عندما تكون الغواصة محاطة بسفن العدو، ليس لديها سوى طريقة واحدة آمنة للاتصال بالقاعدة - إرسال إشارة في البيئة المائية. للقيام بذلك، يتم استخدام إشارة بالموجات فوق الصوتية مكيفة خاصة بتردد معين - يكاد يكون من المستحيل اعتراض مثل هذه الرسالة، لأن للقيام بذلك، تحتاج إلى معرفة تردده ووقت الإرسال الدقيق و"المسار". ومع ذلك، فإن إرسال إشارة من القارب يعد أيضًا إجراءً معقدًا - فمن الضروري مراعاة جميع الأعماق ودرجة حرارة الماء وما إلى ذلك. يمكن للقاعدة، التي تستقبل الإشارة ومعرفة وقت سفرها، حساب المسافة إلى القارب، ونتيجة لذلك، موقعها. يستخدم أسطول الغواصات أيضًا نبضات فوق صوتية قصيرة خاصة يتم إرسالها بواسطة السونار مباشرةً من الغواصة؛ ينعكس الدافع من الأشياء - الصخور والسفن الأخرى، وبمساعدتها يتم حساب الاتجاه والمسافة إلى العائق (تقنية مستعارة من الحيوانات المفترسة الليلية - الخفافيش).

تُستخدم حمامات الموجات فوق الصوتية أيضًا لتطهير الأدوات ولأغراض التجميل - تدليك القدمين واليدين والوجه. تعتبر أجهزة ترطيب الهواء والفوهات بالموجات فوق الصوتية، بالإضافة إلى أجهزة تحديد المدى، فعالة للغاية (تستخدم رادارات السرعة المعروفة لشرطة المرور أيضًا نبضات فوق صوتية).

4. آفاق استخدام الموجات فوق الصوتية

من المتوقع في المستقبل أن يتم استخدام نبضات الموجات فوق الصوتية على نطاق أوسع لأغراض التجميل - حيث يستخدم العلماء بالفعل الموجات فوق الصوتية لتنظيف المسام وتحديث وتجديد شباب البشرة المتقدمة في السن - التقشير بالموجات فوق الصوتية. ويجري العمل حالياً على تصنيع أسلحة الموجات فوق الصوتية، وكذلك تطوير أنظمة الحماية منها. ومن المتوقع أن يتم استخدام الموجات فوق الصوتية على نطاق أوسع في المنازل.

الموجات فوق الصوتية

5. ما هي الموجات فوق الصوتية؟

إن تطور التكنولوجيا والمركبات وتحسين العمليات التكنولوجية والمعدات يصاحبه زيادة في قوة وأبعاد الآلات، مما يحدد ميل المكونات ذات التردد المنخفض في الأطياف إلى الزيادة وظهور الموجات فوق الصوتية، وهو أمر عامل جديد نسبيًا ولم تتم دراسته بشكل كامل في بيئة الإنتاج.

تشير الموجات تحت الصوتية إلى الاهتزازات الصوتية بتردد أقل من 20 هرتز. يقع نطاق التردد هذا تحت عتبة إمكانية السمع والأذن البشرية غير قادرة على إدراك اهتزازات هذه الترددات. تحدث الموجات دون الصوتية الصناعية بسبب نفس العمليات التي تحدث بسبب ضوضاء الترددات المسموعة. يتم إنشاء أعظم شدة للاهتزازات تحت الصوتية بواسطة الآلات والآليات التي لها أسطح كبيرة تؤدي اهتزازات ميكانيكية منخفضة التردد (تحت الصوت من أصل ميكانيكي) أو تدفقات مضطربة من الغازات والسوائل (تحت الصوت من أصل ديناميكي أو هيدروديناميكي). تصل المستويات القصوى للاهتزازات الصوتية منخفضة التردد الصادرة عن المصادر الصناعية ومصادر النقل إلى 100-110 ديسيبل.

6. تأثير الموجات فوق الصوتية على جسم الإنسان

أظهرت دراسات التأثير البيولوجي للموجات فوق الصوتية على الجسم أنه عند مستويات تتراوح من 110 إلى 150 ديسيبل أو أكثر، يمكن أن تسبب أحاسيس ذاتية غير سارة وتغيرات تفاعلية عديدة لدى الأشخاص، والتي تشمل تغيرات في الجهاز العصبي المركزي والقلب والأوعية الدموية والجهاز التنفسي، و المحلل الدهليزي . هناك أدلة على أن الموجات فوق الصوتية تسبب فقدان السمع في المقام الأول عند الترددات المنخفضة والمتوسطة. تعتمد شدة هذه التغييرات على مستوى شدة الموجات فوق الصوتية ومدة العامل.

الموجات فوق الصوتية ليست بأي حال من الأحوال ظاهرة تم اكتشافها مؤخرًا. في الواقع، كان معروفًا لعازفي الأرغن منذ أكثر من 250 عامًا. تحتوي العديد من الكاتدرائيات والكنائس على أنابيب أرغن طويلة جدًا لدرجة أنها تنتج صوتًا بتردد أقل من 20 هرتز، وهو صوت غير محسوس للأذن البشرية. ولكن، كما وجد الباحثون البريطانيون، فإن مثل هذه الموجات فوق الصوتية يمكن أن تغرس في الجمهور مشاعر مختلفة وليست ممتعة للغاية - الشوق، والشعور بالبرد، والقلق، والارتعاش في العمود الفقري. يعاني الأشخاص الذين يتعرضون للموجات فوق الصوتية من نفس الأحاسيس تقريبًا عند زيارة الأماكن التي حدثت فيها لقاءات مع الأشباح.

7. شذوذ الموجات فوق الصوتية

يشكل ساحل أمريكا الشمالية حول كيب هاتيراس وشبه جزيرة فلوريدا وجزيرة كوبا عاكسًا عملاقًا. تولد العاصفة التي تحدث في المحيط الأطلسي موجات تحت صوتية، والتي تنعكس من هذا العاكس، تتركز في منطقة مثلث برمودا. تشير الأبعاد الهائلة لبنية التركيز إلى وجود مناطق يمكن أن تصل فيها الاهتزازات تحت الصوتية إلى قيم كبيرة، وهذا هو سبب الظواهر الشاذة التي تحدث هنا. كما هو معروف، فإن الاهتزازات القوية تحت السمعية تسبب الخوف من الذعر لدى الشخص إلى جانب الرغبة في الهروب من مكان ضيق. من الواضح أن هذا السلوك هو نتيجة لرد فعل "غريزي" على الموجات فوق الصوتية التي تم تطويرها في الماضي البعيد كنذير وقوع زلزال. رد الفعل هذا هو الذي دفع الطاقم والركاب إلى مغادرة سفينتهم في حالة من الذعر. يمكنهم ركوب القوارب والسباحة بعيدًا عن سفينتهم، أو الركض على سطح السفينة ورمي أنفسهم في البحر. إذا كانت شدة الموجات فوق الصوتية عالية جدًا، فقد يموتون حتى - إذا تناغمت مع الإيقاعات الحيوية البشرية، فإن الموجات فوق الصوتية ذات الكثافة العالية بشكل خاص يمكن أن تسبب الموت الفوري.

يمكن أن تسبب الموجات دون الصوتية اهتزازات رنانة في صواري السفن، مما يؤدي إلى انهيارها (يمكن أن يؤدي تأثير الموجات دون الصوتية على العناصر الهيكلية للطائرة إلى عواقب مماثلة). يمكن أن تتسبب الاهتزازات الصوتية منخفضة التردد في ظهور ضباب كثيف ("مثل الحليب") فوق المحيط والذي يظهر بسرعة ويختفي أيضًا بسرعة. وأخيرًا، يمكن أن يتردد صدى الموجات فوق الصوتية بتردد 5-7 هرتز مع بندول ساعة ميكانيكية محمولة باليد لها نفس فترة التذبذب.

ومن الواضح أن هياكل تركيز مماثلة موجودة في مناطق أخرى من العالم. من الواضح أن الذعر الناجم عن الاهتزازات تحت الصوتية الشديدة في أحد هذه الهياكل كان بمثابة "نقطة البداية" لأسطورة صفارات الإنذار...

يمكن أن تنتشر الموجات فوق الصوتية تحت الماء، ويمكن تشكيل هيكل التركيز من خلال التضاريس السفلية. يمكن أن يكون مصدر الاهتزازات تحت الصوتية البراكين والزلازل تحت الماء. وبطبيعة الحال، فإن شكل العاكسات "المناظر الطبيعية" بعيد جدًا عن الكمال. لذلك يجب أن نتحدث عن نظام من العناصر العاكسة الخاصة بكل حالة. ومع الأبعاد المتناسبة مع الطول الموجي، يمكن للبنية أن تكون رنانة.

8. الحيوانات باستخدام الموجات فوق الصوتية

اكتشف العلماء الأمريكيون أن النمور والأفيال لا تستخدم فقط الهدير أو الخرخرة أو الزئير ونداءات البوق للتواصل مع بعضها البعض، ولكن أيضًا تستخدم الموجات فوق الصوتية، أي إشارات صوتية منخفضة التردد للغاية غير مسموعة للأذن البشرية. وفقا للعلماء، تسمح الموجات فوق الصوتية للحيوانات بالحفاظ على الاتصال على مسافة تصل إلى 8 كيلومترات، لأن انتشار الإشارات دون الصوتية يكاد يكون غير حساس للتداخل الناجم عن التضاريس، ويعتمد قليلا على الطقس والعوامل المناخية مثل رطوبة الهواء.

يعتزم العلماء الآن معرفة ما إذا كانت أطياف تردد أصوات النمر لها خصائص فردية تسمح لهم بالتعرف على الحيوانات. وهذا من شأنه أن يسهل إلى حد كبير محاسبة مواشيهم.

أثناء دراسة سلوك مجموعة من الأفيال في حديقة حيوان بورتلاند في ولاية أوريغون، "شعرت" مجموعة من الباحثين باهتزازات غير عادية في الهواء. وباستخدام نظام إلكتروني متطور للكشف عن الصوت، اكتشف الباحثون أن هذه الموجات تحت الصوتية تنبعث من الأفيال. أثناء مراقبة الأفيال التي تتجول بحرية في كينيا، سجل الباحثون الذين يستخدمون نفس المعدات بالضبط نفس النوع من الأمواج. وخلص العلماء إلى أن الحيوانات تستخدم أصواتا منخفضة التردد للتواصل مع بعضها البعض على مسافة عدة كيلومترات.

يأمل العلماء في المستقبل، بعد أن حددوا معنى الإشارات دون الصوتية، للانتقال إلى المرحلة الأكثر إثارة من التجارب - إقامة اتصال مع الأفيال بمساعدتهم.

9. آفاق استخدام الموجات فوق الصوتية

يقوم العلماء الآن بتطوير ما يسمى بـ "المدفع الذي يعمل بالموجات فوق الصوتية". ومن المخطط استخدام الموجات الصوتية منخفضة التردد هنا "كمولد للذعر". في هذه الحالة، تعد الموجات فوق الصوتية أكثر ملاءمة بكثير من الموجات عالية التردد، لأنها تشكل في حد ذاتها تهديدًا لصحة الإنسان. تقع ترددات نظامنا العصبي والقلب في نطاق الموجات فوق الصوتية - 6 هرتز. إن محاكاة هذه الترددات تؤدي إلى اعتلال الصحة، والخوف غير المعقول، والذعر، والجنون، وأخيرا الموت.

10. الاستنتاج

بعد الانتهاء من هذا العمل - جمع ومعالجة وتلخيص كمية كبيرة من المواد حول هذه المشكلة، تعلمنا الكثير عن طبيعة الصوت. حول الخطر الذي يمكن أن يشكله على جسم الإنسان، وحول مدى إمكانية استخدامه في المنزل. كانت الفرضية الأكثر إثارة للاهتمام بالنسبة لنا تتعلق بطبيعة "الرهبة"، رهبة الناس في الهيكل. نحن نعتبر البحث في طرق التواصل مع الحيوانات، وبالطبع استخدام الموجات فوق الصوتية للتنبؤ بمكان ووقت الانفجارات والزلازل المستقبلية واعدًا للغاية.

الموجات فوق الصوتية:

ما هو الموجات فوق الصوتية؟
تأثير الموجات فوق الصوتية على جسم الإنسان؛
استخدام الموجات فوق الصوتية في الصناعة والاقتصاد.
آفاق استخدام الموجات فوق الصوتية.

الموجات فوق الصوتية:

ما هي الموجات فوق الصوتية؟
تأثير الموجات فوق الصوتية على جسم الإنسان.
الشذوذات دون الصوتية.
الحيوانات التي تستخدم الموجات فوق الصوتية؛
آفاق استخدام الموجات فوق الصوتية؛
خاتمة

الموجات فوق الصوتية

1. ما هي الموجات فوق الصوتية؟

2. تأثير الموجات فوق الصوتية على جسم الإنسان

3. استخدام الموجات فوق الصوتية في الصناعة والاقتصاد

4. آفاق استخدام الموجات فوق الصوتية

الموجات فوق الصوتية

5. ما هي الموجات فوق الصوتية؟

6. تأثير الموجات فوق الصوتية على جسم الإنسان

7. شذوذ الموجات فوق الصوتية

8. الحيوانات باستخدام الموجات فوق الصوتية

9. آفاق استخدام الموجات فوق الصوتية

10. الاستنتاج

الموجات فوق الصوتية– اهتزازات مرنة بتردد أعلى من 20 ألف هرتز. قد تنشأ من المصادر الميكانيكية والكهرومغناطيسية والحرارية. مع زيادة وتيرة اهتزازات الموجات فوق الصوتية، يزداد امتصاصها من قبل البيئة ويتناقص عمق اختراق الأنسجة البشرية. ويرافق امتصاص الموجات فوق الصوتية تسخين الوسط. تنقسم الموجات فوق الصوتية إلى:

تردد منخفض

· تردد عالي؛

· هواء؛

· اتصال.

تنتقل الاهتزازات الصوتية منخفضة التردد بشكل جيد في الهواء.

حاليًا، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في مختلف مجالات التكنولوجيا والصناعة، خاصة للتحليل والتحكم: اكتشاف العيوب، والتحليل الهيكلي للمواد، وتحديد الخواص الفيزيائية والكيميائية للمواد، وما إلى ذلك.

العمليات التكنولوجية: تنظيف وإزالة الشحوم من الأجزاء، المعالجة الميكانيكية للمواد الصلبة والهشة، اللحام، اللحام، التعليب، عمليات التحليل الكهربائي، تسريع التفاعلات الكيميائية - استخدام الاهتزازات فوق الصوتية ذات التردد المنخفض من 18 إلى 30 كيلو هرتز والطاقة العالية - حتى 6- 7 واط/سم². مصادر الموجات فوق الصوتية الأكثر شيوعًا هي محولات الطاقة الكهرضغطية والمغناطيسية. بالإضافة إلى ذلك، في الظروف الصناعية، غالبًا ما يتم إنشاء الموجات فوق الصوتية LF أثناء العمليات الديناميكية الهوائية: تشغيل المحركات النفاثة، وتوربينات الغاز، ومحركات الهواء القوية، وما إلى ذلك.

أصبحت الموجات فوق الصوتية منتشرة على نطاق واسع في الطب لعلاج أمراض العمود الفقري والمفاصل والجهاز العصبي المحيطي، وكذلك لإجراء العمليات الجراحية والتشخيص. في عام 2002، طور العلماء الأمريكيون طريقة لإزالة أورام المخ غير القابلة للعلاج الجراحي التقليدي. يعتمد هذا العلاج على المبدأ المستخدم في إزالة إعتام عدسة العين - وهو سحق التكوين المرضي باستخدام الموجات فوق الصوتية المركزة.

في عام 2006، طور أطباء من جامعة ألبرتا الكندية تقنية تعلموا من خلالها استخدام الموجات فوق الصوتية النابضة منخفضة الكثافة لتحفيز إعادة نمو الأسنان المكسورة والمسقطة.

تم استخدام الموجات فوق الصوتية التشخيصية بشكل مكثف لمدة ثلاثة عقود أثناء الحمل ولأمراض الأعضاء الفردية. الموجات فوق الصوتية، عند مواجهة عائق على شكل أعضاء بشرية أو جنينية، تحدد وجودها وحجمها. لا تتجاوز شدة الموجات فوق الصوتية العلاجية المستخدمة في أغلب الأحيان 0.2-0.4 واط/سم²؛ يتراوح تردد اهتزازات الموجات فوق الصوتية المستخدمة في التشخيص من 800 كيلو هرتز إلى 20 ميجا هرتز، وتتراوح شدتها من 0.01 إلى 20 واط / سم² أو أكثر. تستخدم جراحة المخ والأعصاب معدات إلكترونية ذات شعاع قوي عالي التردد (حوالي 1000 كيلو هرتز).

يعتمد التأثير البيولوجي للتعرض على الجسم على شدة التعرض ومدته وحجم الجسم المعرض للموجات فوق الصوتية.

يسبب التأثير المنهجي طويل المدى لانتشار الموجات فوق الصوتية في الهواء اضطرابات وظيفية في الجهاز العصبي والقلب والأوعية الدموية والغدد الصماء والمحللات السمعية والدهليزية.

يعاني الأشخاص الذين يعملون على أجهزة الموجات فوق الصوتية من الوهن الشديد، وانخفاض ضغط الدم الوعائي، وانخفاض النشاط الكهربائي للقلب والدماغ. هناك تغييرات في الجهاز العصبي المركزي ذات طبيعة منعكسة - شعور بالخوف في الظلام، في مكان ضيق؛ هجمات مفاجئة مع زيادة معدل ضربات القلب، والتعرق الزائد، وتشنجات في المعدة والأمعاء والمرارة.

الأعراض الأكثر شيوعًا هي خلل التوتر العضلي الوعائي الخضري مع شكاوى من التعب الشديد والصداع والشعور بالضغط في الرأس وصعوبة التركيز وتثبيط عملية التفكير والأرق.

يؤدي تأثير ملامسة الموجات فوق الصوتية عالية التردد على اليدين إلى تعطيل الدورة الدموية الشعرية في اليدين وانخفاض حساسية الألم. لقد ثبت أن الاهتزازات فوق الصوتية يمكن أن تسبب تغيرات في بنية العظام مع انخفاض في كثافة العظام.

الموجات فوق الصوتية– موجات مرنة تشبه الموجات الصوتية ولكن تردداتها أقل من تلك التي يسمعها الإنسان. وعادةً ما يُؤخذ 16-25 هرتز باعتباره الحد الأعلى لمدى الموجات دون الصوتية (IS)؛ ولم يتم تحديد الحد الأدنى. يتم احتواء الموجات فوق الصوتية في ضوضاء الغلاف الجوي والغابات والبحر. مصادر تذبذبات الأشعة تحت الحمراء هي تفريغات البرق (الرعد)، والانفجارات، وطلقات الرصاص. تُلاحظ تذبذبات IZ في القشرة الأرضية، وتتأثر بمصادر مختلفة، بما في ذلك الزلازل والانفجارات والانهيارات الأرضية والمركبات.

يتم امتصاص الموجات فوق الصوتية بشكل ضعيف في البيئات المختلفة، لذلك يمكنها الانتقال لمسافات طويلة جدًا. ولهذا تطبيقات عملية في تحديد موقع مركز الزلزال أو الانفجار الكبير أو السلاح الناري. إن انتشار الإشعاع على مسافات طويلة في البحر يجعل من الممكن التنبؤ بالكوارث الطبيعية (تسونامي). تُستخدم الانفجارات التي تولد نطاقًا واسعًا من ترددات الأشعة تحت الحمراء لدراسة الطبقات العليا من الغلاف الجوي وخصائص البيئة المائية.

أدى تطور الإنتاج الصناعي والنقل إلى زيادة كبيرة في مصادر الأشعة تحت الصوتية في البيئة وزيادة في مستواها. يوضح الجدول المصادر الرئيسية للموجات فوق الصوتية من صنع الإنسان في المدينة (الجدول 3):

الجدول 3

في ظروف الإنتاج، عادة ما يتم دمج الموجات فوق الصوتية مع ضوضاء منخفضة التردد، وفي بعض الحالات مع اهتزاز منخفض التردد.

وفي أواخر الستينيات اكتشف الباحث الفرنسي جافرو أن الموجات تحت الصوتية ذات ترددات معينة يمكن أن تسبب القلق والأرق والصداع وتقليل الانتباه والأداء وتعطيل وظيفة الجهاز الدهليزي وتسبب نزيفًا من الأنف والأذنين. اقترح البروفيسور جافرو أن التأثير البيولوجي للموجات فوق الصوتية يتجلى إذا تزامن تردد الموجة مع إيقاع ألفا للدماغ البشري.

لم يتم بعد تحديد آلية إدراك الموجات فوق الصوتية وتأثيرها الفسيولوجي على البشر بشكل كامل. من الممكن أن يرتبط بإثارة التذبذبات الرنانة في الجسم. وبالتالي، فإن التردد الطبيعي لجهازنا الدهليزي يقترب من 6 هرتز، والعديد من الأشخاص على دراية بالأحاسيس غير السارة عند ركوب الحافلة لفترة طويلة أو القطار أو الإبحار على متن سفينة أو التأرجح على الأرجوحة. الموجات فوق الصوتية بتردد 7 هرتز قاتلة. تستخدم الشرطة قدرة الموجات فوق الصوتية على إثارة الخوف في عدد من البلدان حول العالم: لتفريق الحشد، يتم تشغيل مولدات قوية، تختلف تردداتها بمقدار 5-9 هرتز. الإشعاعات الناشئة نتيجة الاختلاف في ترددات هذه المولدات لها تردد IZ وتسبب لدى الكثير من الناس شعورًا غير واعي بالخوف والرغبة في المغادرة في أسرع وقت ممكن.

تحت تأثير الموجات فوق الصوتية، قد تختلف الصور المرئية التي تم إنشاؤها بواسطة العين اليسرى واليمنى، ويبدأ الأفق في التشويه، وتنشأ مشاكل في التوجه في الفضاء. تنتج أحاسيس مماثلة عن نبض الضوء بتردد 4-8 هرتز. حتى الكهنة المصريون، من أجل قمع نفسية الأسير والحصول على اعتراف منه، قيدوه واستخدموا المرايا، ووجهوا شعاع الشمس النابض إلى عينيه. وبعد مرور بعض الوقت، بدأ السجين يعاني من التشنجات، وبدأت الرغوة في الفم، وكان يجيب على الأسئلة.

عندما يتعرض الجسم للأشعة تحت الصوتية عند مستوى 110-150 ديسيبل، قد تحدث اضطرابات في الجهاز العصبي المركزي، وجهاز القلب والأوعية الدموية، والجهاز التنفسي، والمحلل الدهليزي. هناك شكاوى من الصداع والدوخة وطنين في الأذنين والرأس وانخفاض الانتباه والأداء. قد يكون هناك شعور بالخوف والنعاس وصعوبة التحدث وعدم التوازن والقلق وعدم اليقين وعدم الاستقرار العاطفي.

الموجات فوق الصوتيةهو الصوت الذي يكون تردده أعلى من الحد الأعلى لسمعية الأذن البشرية العادية. تعمل أجهزة الموجات فوق الصوتية بترددات تتراوح من 20 كيلو هرتز إلى عدة جيجاهيرتز.

الشكل 1. نطاقات التردد

الموجات فوق الصوتية في الحياة البرية

تستخدم الخفافيش موجات فوق صوتية عالية التردد (ذات طول موجي قصير) لتعزيز قدرتها على الصيد. الفريسة النموذجية للخفاش هي الفراشة، وهي كائن ليس أكبر بكثير من الخفاش نفسه. تستخدم الخفافيش تقنيات تحديد الموقع بالصدى بالموجات فوق الصوتية لاكتشاف أقربائها في الهواء.

الشكل 2. تستخدم الخفافيش الموجات فوق الصوتية للتنقل في الظلام.

ولكن لماذا الموجات فوق الصوتية؟ الجواب على هذا السؤال يكمن في فيزياء الحيود. وبما أن الطول الموجي يصبح أقصر من العائق الذي يواجهه، فإن الموجة لم تعد قادرة على التشتت حولها، وبالتالي تنعكس. تستخدم الخفافيش موجات فوق صوتية ذات أطوال موجية أصغر من حجم فرائسها. سوف تصطدم هذه الموجات الصوتية بالفريسة، وبدلاً من أن تتشتت حول الفريسة، سترتد عنها، مما يسمح للفأر بالصيد باستخدام تحديد الموقع بالصدى.

يمكن للكلاب ذات السمع الطبيعي سماع الموجات فوق الصوتية.

يمكن للحيتان المسننة، بما في ذلك الدلافين، سماع الموجات فوق الصوتية واستخدام هذه الأصوات في نظام الملاحة الخاص بها (السونار الحيوي).

طرق الحصول على الموجات فوق الصوتية

الطريقة الميكانيكية- أنظمة الاهتزاز (الأوتار، الألواح المرنة، الأنابيب).
الطريقة الحرارية- من التفريغ الكهربائي في السوائل والغازات من خلال الزيادة المستمرة في درجة الحرارة أو التيار النبضي.
الطريقة البصرية- يمكن لليزر إنتاج موجات مرنة في نطاق واسع من الترددات فوق الصوتية.

الموجات فوق الصوتية

التعريف 1

الموجات فوق الصوتية- موجات صوتية لا تستطيع الأذن البشرية سماعها بسبب انخفاض ترددها.

الشكل 3. تنتج مزارع الرياح الموجات فوق الصوتية

تتميز الموجات دون الصوتية بالقدرة على السفر لمسافات طويلة والقدرة على تجنب العوائق، ولها أيضًا طول موجي طويل جدًا - يزيد عن 17 دولارًا أمريكيًا.

المصادر الطبيعية للموجات فوق الصوتية هي: العواصف والأمواج والانهيارات الثلجية والزلازل والبراكين والشلالات والبرق.

التعرض للأشعة فوق الصوتية

يتم قياس الترددات تحت الصوتية من 0.1 دولار إلى 20 دولارًا هرتز. الموجات تحت الصوتية، أو الترددات الصوتية التي تقل عن 20 دولارًا هرتز، لا تسمعها الأذن.

ملاحظة 1

يتم إجراء الأبحاث حول تأثيرات الموجات فوق الصوتية بشكل أساسي على الحيوانات، لذلك ليس من الممكن فهم تأثير الموجات فوق الصوتية على جسم الإنسان بشكل كامل. تظهر العديد من الدراسات أنه عند التعرض لمستويات عالية من الموجات فوق الصوتية، قد يحدث ما يلي: الشعور بالضغط في الأذنين، وعدم الراحة، والتعب المفرط، والنعاس، وحتى اللامبالاة والاكتئاب. أظهرت الدراسات التي أجريت على الحيوانات أن الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة يمكن أن تسبب أضرارًا جسيمة لبنية الأذن. ومع ذلك، لا توجد دراسات موثوقة تشير إلى أن مصادر الموجات فوق الصوتية ضارة في الحياة اليومية. فقط التعرض للترددات العالية جدًا لهذا النوع من الصوت يمكن أن يشكل خطراً على صحتك. نتائج الأبحاث السابقة في هذا المجال مختلطة، وتختلف الحساسية من شخص لآخر.

ومن المعروف أن الحيوانات تستشعر الموجات تحت الصوتية التي تمر عبر الأرض نتيجة للكوارث الطبيعية ويمكن استخدامها كتحذيرات. ومن الأمثلة الحديثة على هذه الظاهرة زلزال وتسونامي المحيط الهندي عام 2004. بدأت الحيوانات بالهروب فعلياً قبل حدوث التسونامي قبالة سواحل آسيا. ليس من المعروف على وجه اليقين ما إذا كان هذا هو السبب الدقيق، ولكن يعتقد البعض أنه ربما كان تأثير الموجات الكهرومغناطيسية وليس الموجات تحت الصوتية هو الذي دفع هذه الحيوانات إلى الفرار.

مثال 1

يطير الخفاش بشكل عمودي على الحائط بسرعة $6.0\(m)/(s)$، وينبعث منه موجات فوق صوتية بتردد $v=45\kHz$. ما الترددين الصوتيين $v_1$ و$v_2$ اللذين يسمعهما الخفاش؟ سرعة انتشار الصوت في الهواء هي $c=340\ (m)/(s)$.

وفقًا لمبدأ دوبلر، يتم تحديد تردد الصوت الذي يدركه المراقب من خلال الصيغة

بالشرط

(2) - سرعة الخفاش.

سوف يسمع الخفاش الصوت وينعكس من الحائط. للحصول على صوت مباشر من الصيغة (1) لدينا

\ \[((\mathbf v))_((\mathbf 2))(\mathbf =)\frac((\mathbf c)(\mathbf +)(\mathbf u))((\mathbf c)(\ mathbf +)(\mathbf u))(\mathbf v)(\mathbf =)(\mathbf 46),(\mathbf 6)(\mathbf \ كيلو هرتز)\]

الإجابة: $\ v_1=45\ كيلو هرتز$, $((\mathbf v))_((\mathbf 2))(\mathbf =)(\mathbf 46),(\mathbf 6)(\mathbf \ كيلو هرتز)$ .

1. بواعث وأجهزة الاستقبال بالموجات فوق الصوتية.

2. امتصاص الموجات فوق الصوتية في المادة. التدفقات الصوتية والتجويف.

3. انعكاس الموجات فوق الصوتية. رؤية سليمة.

4. التأثير البيوفيزيائي للموجات فوق الصوتية.

5. استخدام الموجات فوق الصوتية في الطب: العلاج والجراحة والتشخيص.

6. الموجات فوق الصوتية ومصادرها.

7. تأثير الموجات فوق الصوتية على الإنسان. استخدام الموجات فوق الصوتية في الطب.

8. المفاهيم والصيغ الأساسية. الجداول.

9. المهام.

الموجات فوق الصوتية -اهتزازات وموجات مرنة بترددات تتراوح من 20 × 10 3 هرتز (20 كيلو هرتز) إلى 10 9 هرتز (1 جيجا هرتز). يُطلق على نطاق تردد الموجات فوق الصوتية من 1 إلى 1000 جيجا هرتز عادةً فرط الصوت.تنقسم الترددات فوق الصوتية إلى ثلاثة نطاقات:

ULF - الموجات فوق الصوتية ذات التردد المنخفض (20-100 كيلو هرتز)؛

USCh - الموجات فوق الصوتية متوسطة التردد (0.1-10 ميجاهرتز)؛

UHF - الموجات فوق الصوتية عالية التردد (10-1000 ميجا هرتز).

كل مجموعة لها خصائصها الخاصة للاستخدام الطبي.

5.1. بواعث وأجهزة الاستقبال بالموجات فوق الصوتية

الكهروميكانيكية بواعثو أجهزة استقبال الموجات فوق الصوتيةاستخدم ظاهرة التأثير الكهروضغطي، وجوهرها موضح في الشكل. 5.1.

تتميز المواد العازلة البلورية مثل الكوارتز وملح روشيل وما إلى ذلك بخصائص كهرضغطية واضحة.

بواعث الموجات فوق الصوتية

الكهروميكانيكية باعث الموجات فوق الصوتيةيستخدم ظاهرة التأثير الكهروضغطي العكسي ويتكون من العناصر التالية (الشكل 5.2):

أرز. 5.1.أ - التأثير الكهرضغطي المباشر:يؤدي ضغط وتمديد اللوحة الكهرضغطية إلى ظهور فرق محتمل للعلامة المقابلة؛

ب - التأثير الكهرضغطي العكسي:اعتمادًا على إشارة فرق الجهد المطبقة على اللوحة الكهرضغطية، يتم ضغطها أو تمديدها

أرز. 5.2.باعث بالموجات فوق الصوتية

1 - لوحات مصنوعة من مادة ذات خصائص كهرضغطية.

2- الأقطاب الكهربائية المترسبة على سطحه على شكل طبقات موصلة؛

3 - مولد يزود الأقطاب الكهربائية بالجهد المتردد بالتردد المطلوب.

عند تطبيق جهد متناوب على الأقطاب الكهربائية (2) من المولد (3)، تتعرض اللوحة (1) للتمدد والضغط بشكل دوري. تحدث تذبذبات قسرية، ترددها يساوي تردد تغيرات الجهد. تنتقل هذه الاهتزازات إلى جزيئات البيئة، مما يخلق موجة ميكانيكية بالتردد المقابل. سعة تذبذبات جزيئات الوسط بالقرب من الباعث تساوي سعة اهتزازات اللوحة.

تشمل ميزات الموجات فوق الصوتية إمكانية الحصول على موجات ذات كثافة عالية حتى مع اتساع اهتزازات صغير نسبيًا، لأنه عند سعة معينة تكون الكثافة

أرز. 5.3.تركيز شعاع الموجات فوق الصوتية في الماء باستخدام عدسة زجاجية مقعرة مستوية (تردد الموجات فوق الصوتية 8 ميجا هرتز)

تدفق الطاقة يتناسب التردد التربيعي(انظر الصيغة 2.6). يتم تحديد الحد الأقصى لكثافة الإشعاع بالموجات فوق الصوتية من خلال خصائص مادة الباعثات، وكذلك خصائص ظروف استخدامها. نطاق الكثافة للتوليد الأمريكي في منطقة USF واسع للغاية: من 10 -14 وات/سم 2 إلى 0.1 وات/سم 2.

ولأغراض عديدة، يلزم وجود شدة أعلى بكثير من تلك التي يمكن الحصول عليها من سطح الباعث. في هذه الحالات، يمكنك استخدام التركيز. يوضح الشكل 5.3 تركيز الموجات فوق الصوتية باستخدام عدسة زجاجية. للحصول على كبيرة جدًاتستخدم شدة الموجات فوق الصوتية طرق تركيز أكثر تعقيدًا. وهكذا، عند بؤرة القطع المكافئ، التي تكون جدرانها الداخلية مصنوعة من فسيفساء صفائح الكوارتز أو سيراميك بيزو من تيتانيت الباريوم، عند تردد 0.5 ميجا هرتز، من الممكن الحصول على شدة الموجات فوق الصوتية تصل إلى 10 5 واط / سم 2 في الماء.

أجهزة استقبال الموجات فوق الصوتية

الكهروميكانيكية أجهزة استقبال الموجات فوق الصوتية(الشكل 5.4) استخدم ظاهرة التأثير الكهرضغطي المباشر. في هذه الحالة، تحت تأثير الموجات فوق الصوتية، تحدث اهتزازات للوحة البلورية (1)،

أرز. 5.4.استقبال الموجات فوق الصوتية

ونتيجة لذلك يظهر جهد متناوب على الأقطاب الكهربائية (2)، والذي يتم تسجيله بواسطة نظام التسجيل (3).

في معظم الأجهزة الطبية، يتم أيضًا استخدام مولد الموجات فوق الصوتية كجهاز استقبال.

5.2. امتصاص الموجات فوق الصوتية في المادة. التدفقات الصوتية والتجويف

من حيث جوهرها المادي، فإن الموجات فوق الصوتية لا تختلف عن الصوت وهي موجة ميكانيكية. ومع انتشاره، تتشكل مناطق متناوبة من التكثيف والتخلخل لجزيئات الوسط. سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية والصوت في الوسائط هي نفسها (في الهواء ~ 340 م/ث، في الماء والأنسجة الرخوة ~ 1500 م/ث). ومع ذلك، فإن الكثافة العالية والطول القصير للموجات فوق الصوتية تؤدي إلى عدد من الميزات المحددة.

عندما تنتشر الموجات فوق الصوتية في مادة ما، يحدث انتقال لا رجعة فيه لطاقة الموجة الصوتية إلى أنواع أخرى من الطاقة، وخاصة إلى الحرارة. وتسمى هذه الظاهرة امتصاص الصوت.إن الانخفاض في سعة اهتزازات الجسيمات وشدة الموجات فوق الصوتية بسبب الامتصاص هو أمر هائل:

حيث A، A 0 هي سعة اهتزازات جزيئات الوسط على سطح المادة وعلى عمق h؛ أنا، أنا 0 - شدة الموجات فوق الصوتية المقابلة؛ ألفا - معامل الامتصاص،اعتمادًا على تردد الموجات فوق الصوتية ودرجة الحرارة وخصائص الوسط.

معامل الامتصاص -معكوس المسافة التي يتناقص عندها سعة الموجة الصوتية بعامل "e".

كلما زاد معامل الامتصاص، كلما زادت قوة امتصاص الوسط للموجات فوق الصوتية.

يزداد معامل الامتصاص (α) مع زيادة تردد الموجات فوق الصوتية. ولذلك، فإن توهين الموجات فوق الصوتية في الوسط أعلى بعدة مرات من توهين الصوت المسموع.

جنبا إلى جنب مع معامل الامتصاص،يستخدم امتصاص الموجات فوق الصوتية أيضًا كخاصية مميزة عمق نصف الامتصاص(H) والتي ترتبط به علاقة عكسية (H = 0.347/α).

عمق نصف الامتصاص(H) هو العمق الذي تنخفض فيه شدة الموجات فوق الصوتية إلى النصف.

يتم عرض قيم معامل الامتصاص وعمق نصف الامتصاص في الأنسجة المختلفة في الجدول. 5.1.

في الغازات، وعلى وجه الخصوص، في الهواء، تنتشر الموجات فوق الصوتية بتوهين عالي. السوائل والمواد الصلبة (خاصة البلورات المفردة) هي، كقاعدة عامة، موصلات جيدة للموجات فوق الصوتية، والتوهين فيها أقل بكثير. على سبيل المثال، في الماء، يكون توهين الموجات فوق الصوتية، مع تساوي الأشياء الأخرى، أقل بنحو 1000 مرة من الهواء. ولذلك، فإن مجالات استخدام تردد الموجات فوق الصوتية وتردد الموجات فوق الصوتية تشير بشكل حصري تقريبا إلى السوائل والمواد الصلبة، ويستخدم تردد الموجات فوق الصوتية فقط في الهواء والغازات.

إطلاق الحرارة والتفاعلات الكيميائية

يصاحب امتصاص المادة للموجات فوق الصوتية انتقال الطاقة الميكانيكية إلى طاقة داخلية للمادة مما يؤدي إلى تسخينها. يحدث التسخين الأكثر كثافة في المناطق المجاورة للواجهات، عندما يكون معامل الانعكاس قريبًا من الوحدة (100٪). ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه نتيجة للانعكاس، تزداد شدة الموجة بالقرب من الحدود، وبالتالي تزيد كمية الطاقة الممتصة. ويمكن التحقق من ذلك تجريبيا. تحتاج إلى توصيل باعث الموجات فوق الصوتية بيدك المبللة. وسرعان ما يظهر إحساس (مشابه للألم الناتج عن الحروق) على الجانب الآخر من راحة اليد، بسبب الموجات فوق الصوتية المنعكسة من واجهة الجلد والهواء.

الأنسجة ذات البنية المعقدة (الرئتين) أكثر حساسية للتسخين بالموجات فوق الصوتية من الأنسجة المتجانسة (الكبد). يتم توليد الكثير من الحرارة نسبيًا عند السطح البيني بين الأنسجة الرخوة والعظام.

التسخين الموضعي للأنسجة بجزء من الدرجة يعزز النشاط الحيوي للأجسام البيولوجية ويزيد من شدة عمليات التمثيل الغذائي. ومع ذلك، فإن التعرض لفترات طويلة قد يسبب ارتفاع درجة الحرارة.

في بعض الحالات، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية المركزة للتأثير محليًا على الهياكل الفردية للجسم. هذا التأثير يجعل من الممكن تحقيق ارتفاع الحرارة الخاضع للرقابة، أي. التسخين إلى 41-44 درجة مئوية دون ارتفاع درجة حرارة الأنسجة المجاورة.

يمكن أن تؤدي الزيادة في درجة الحرارة وانخفاض الضغط الكبير المصاحب لمرور الموجات فوق الصوتية إلى تكوين أيونات وجذور يمكنها التفاعل مع الجزيئات. في هذه الحالة، يمكن أن تحدث تفاعلات كيميائية غير ممكنة في ظل الظروف العادية. يتجلى التأثير الكيميائي للموجات فوق الصوتية، على وجه الخصوص، في تقسيم جزيء الماء إلى جذور H + و OH، تليها تكوين بيروكسيد الهيدروجين H 2 O 2.

التدفقات الصوتية والتجويف

الموجات فوق الصوتية ذات الكثافة العالية مصحوبة بعدد من التأثيرات المحددة. وهكذا، فإن انتشار الموجات فوق الصوتية في الغازات والسوائل يكون مصحوبًا بحركة الوسط، وهو ما يسمى التدفق الصوتي (الشكل 5.5، أ).عند الترددات في نطاق تردد الموجات فوق الصوتية في مجال الموجات فوق الصوتية بكثافة عدة واط / سم 2، قد يحدث تدفق السائل (الشكل 5.5، ب)ورشها لتشكل رذاذًا ناعمًا جدًا. يتم استخدام ميزة انتشار الموجات فوق الصوتية هذه في أجهزة الاستنشاق بالموجات فوق الصوتية.

من بين الظواهر المهمة التي تنشأ عندما تنتشر الموجات فوق الصوتية المكثفة في السوائل هي الظواهر الصوتية التجويف -نمو الفقاعات من الفقاعات الموجودة في مجال الموجات فوق الصوتية

أرز. 5.5.أ) التدفق الصوتي الذي يحدث عندما تنتشر الموجات فوق الصوتية بتردد 5 ميجاهرتز في البنزين؛ ب) ينبوع سائل يتكون عندما يسقط شعاع فوق صوتي من داخل السائل على سطحه (تردد الموجات فوق الصوتية 1.5 ميجاهرتز، الشدة 15 وات/سم2)

نوى تحت مجهرية من الغاز أو البخار في السوائل يصل حجمها إلى جزء من المليمتر، والتي تبدأ بالنبض بتردد فوق صوتي وتنهار في مرحلة الضغط الإيجابي. عندما تنهار فقاعات الغاز، تحدث ضغوط محلية كبيرة تصل إلى حد ألف أجواءتتشكل كروية موجات الصدمة.مثل هذا التأثير الميكانيكي المكثف على الجزيئات الموجودة في السائل يمكن أن يؤدي إلى مجموعة متنوعة من التأثيرات، بما في ذلك التأثيرات المدمرة، حتى بدون تأثير التأثير الحراري للموجات فوق الصوتية. تكون التأثيرات الميكانيكية ذات أهمية خاصة عند التعرض للموجات فوق الصوتية المركزة.

نتيجة أخرى لانهيار فقاعات التجويف هي التسخين القوي لمحتوياتها (حتى درجة حرارة حوالي 10000 درجة مئوية)، مصحوبة بتأين وتفكك الجزيئات.

تترافق ظاهرة التجويف مع تآكل أسطح عمل الباعثات وتلف الخلايا وما إلى ذلك. ومع ذلك، فإن هذه الظاهرة تؤدي أيضًا إلى عدد من التأثيرات المفيدة. على سبيل المثال، في منطقة التجويف يحدث زيادة في خلط المادة التي تستخدم لتحضير المستحلبات.

5.3. انعكاس الموجات فوق الصوتية. رؤية سليمة

مثل جميع أنواع الموجات، تتميز الموجات فوق الصوتية بظاهرتي الانعكاس والانكسار. ومع ذلك، فإن هذه الظواهر لا يمكن ملاحظتها إلا عندما يكون حجم عدم التجانس مشابهًا لطول الموجة. طول الموجة فوق الصوتية أقل بكثير من طول الموجة الصوتية ( ت/ت).وبالتالي، فإن أطوال الموجات الصوتية والموجات فوق الصوتية في الأنسجة الرخوة بترددات 1 كيلو هرتز و1 ميجا هرتز متساوية على التوالي: 1500/1000 = 1.5 متر؛

1500/1000000 = 1.5x10 -3 م = 1.5 مم. وفقًا لما سبق، فإن الجسم الذي يبلغ حجمه 10 سم لا يعكس عمليًا الصوت بطول موجة 1.5 = 1.5 م، ولكنه عاكس لموجة فوق صوتية بطول 1.5 = 1.5 مم.

يتم تحديد كفاءة الانعكاس ليس فقط من خلال العلاقات الهندسية، ولكن أيضًا من خلال معامل الانعكاس r، والذي يعتمد على النسبة المقاومة الموجية للوسائط x(انظر الصيغ 3.8، 3.9):

بالنسبة لقيم x القريبة من 0، يكون الانعكاس مكتملًا تقريبًا. وهذا يشكل عائقًا أمام نقل الموجات فوق الصوتية من الهواء إلى الأنسجة الرخوة (x = 3x10 -4، ص= 99.88%). إذا تم تطبيق باعث الموجات فوق الصوتية مباشرة على جلد الشخص، فلن تخترق الموجات فوق الصوتية إلى الداخل، ولكنها ستنعكس من طبقة رقيقة من الهواء بين الباعث والجلد. في هذه الحالة، القيم الصغيرة Xتلعب دورا سلبيا. وللتخلص من طبقة الهواء، يتم تغطية سطح الجلد بطبقة من مادة التشحيم المناسبة (الهلام المائي)، والتي تعمل كوسيط انتقالي يقلل من الانعكاس. على العكس من ذلك، للكشف عن عدم التجانس في القيم المتوسطة والصغيرة Xهي عامل إيجابي.

وترد في الجدول قيم معامل الانعكاس عند حدود الأنسجة المختلفة. 5.2.

لا تعتمد شدة الإشارة المنعكسة المستقبلة على حجم معامل الانعكاس فحسب، بل تعتمد أيضًا على درجة امتصاص الموجات فوق الصوتية بواسطة الوسط الذي تنتشر فيه. يؤدي امتصاص الموجات فوق الصوتية إلى حقيقة أن إشارة الصدى المنعكسة من هيكل موجود في العمق أضعف بكثير من تلك التي تتشكل عندما تنعكس من هيكل مماثل يقع بالقرب من السطح.

استنادا إلى انعكاس الموجات فوق الصوتية من عدم التجانس رؤية صوتية,يستخدم في فحوصات الموجات فوق الصوتية الطبية (الموجات فوق الصوتية). في هذه الحالة، يتم تحويل الموجات فوق الصوتية المنعكسة من عدم التجانس (الأعضاء الفردية، الأورام) إلى اهتزازات كهربائية، والأخيرة إلى ضوء، مما يسمح لك برؤية أشياء معينة على الشاشة في بيئة غير شفافة للضوء. يوضح الشكل 5.6 صورة

أرز. 5.6. صورة لجنين بشري يبلغ من العمر 17 أسبوعًا تم الحصول عليها باستخدام الموجات فوق الصوتية بتردد 5 ميجاهرتز

جنين بشري عمره 17 أسبوعًا، تم الحصول عليه باستخدام الموجات فوق الصوتية.

تم إنشاء مجهر بالموجات فوق الصوتية بترددات في نطاق الموجات فوق الصوتية - وهو جهاز مشابه للمجهر التقليدي، وتتمثل ميزته على المجهر الضوئي في أنه بالنسبة للبحث البيولوجي، لا يلزم تلطيخ الكائن مسبقًا. يوضح الشكل 5.7 صورًا لخلايا الدم الحمراء التي تم الحصول عليها باستخدام المجاهر الضوئية والموجات فوق الصوتية.

أرز. 5.7.صور لخلايا الدم الحمراء تم الحصول عليها بواسطة المجاهر الضوئية (أ) والموجات فوق الصوتية (ب).

مع زيادة تردد الموجات فوق الصوتية، تزداد الدقة (يمكن اكتشاف عدم تجانس أصغر)، ولكن قدرتها على الاختراق تقل، أي. يتناقص العمق الذي يمكن من خلاله فحص الهياكل محل الاهتمام. ولذلك، يتم اختيار تردد الموجات فوق الصوتية بحيث يجمع بين الدقة الكافية وعمق التحقيق المطلوب. وبالتالي، لفحص الموجات فوق الصوتية للغدة الدرقية، الموجودة مباشرة تحت الجلد، يتم استخدام موجات بتردد 7.5 ميجا هرتز، ولفحص أعضاء البطن، يتم استخدام تردد 3.5-5.5 ميجا هرتز. بالإضافة إلى ذلك، يتم أخذ سمك الطبقة الدهنية أيضًا في الاعتبار: بالنسبة للأطفال النحيفين، يتم استخدام تردد 5.5 ميجاهرتز، وبالنسبة للأطفال والبالغين الذين يعانون من زيادة الوزن، يتم استخدام تردد 3.5 ميجاهرتز.

5.4. التأثير البيوفيزيائي للموجات فوق الصوتية

عندما تعمل الموجات فوق الصوتية على الأجسام البيولوجية في الأعضاء والأنسجة المشععة على مسافات تساوي نصف الطول الموجي، يمكن أن تنشأ اختلافات في الضغط من الوحدات إلى عشرات الأجواء. تؤدي هذه التأثيرات الشديدة إلى مجموعة متنوعة من التأثيرات البيولوجية، التي يتم تحديد طبيعتها الفيزيائية من خلال العمل المشترك للظواهر الميكانيكية والحرارية والفيزيائية والكيميائية المصاحبة لانتشار الموجات فوق الصوتية في البيئة.

التأثيرات العامة للموجات فوق الصوتية على الأنسجة والجسم ككل

التأثير البيولوجي للموجات فوق الصوتية، أي. يتم تحديد التغييرات التي تحدث في نشاط الحياة وهياكل الكائنات البيولوجية عند تعرضها للموجات فوق الصوتية بشكل أساسي من خلال شدة الإشعاع ومدة التشعيع ويمكن أن يكون لها آثار إيجابية وسلبية على نشاط حياة الكائنات الحية. وبالتالي، فإن الاهتزازات الميكانيكية للجسيمات التي تحدث عند شدة الموجات فوق الصوتية المنخفضة نسبيًا (تصل إلى 1.5 وات/سم 2) تنتج نوعًا من التدليك الدقيق للأنسجة، مما يعزز عملية التمثيل الغذائي بشكل أفضل وإمداد الأنسجة بالدم واللمف بشكل أفضل. التسخين الموضعي للأنسجة بالكسور ووحدات الدرجات، كقاعدة عامة، يعزز النشاط الحيوي للأجسام البيولوجية، مما يزيد من شدة عمليات التمثيل الغذائي. الموجات فوق الصوتية صغيرو متوسطتسبب الشدة تأثيرات بيولوجية إيجابية في الأنسجة الحية، مما يحفز حدوث العمليات الفسيولوجية الطبيعية.

يتم استخدام الاستخدام الناجح للموجات فوق الصوتية بهذه الشدة في طب الأعصاب لإعادة تأهيل أمراض مثل التهاب الجذور المزمن والتهاب المفاصل والتهاب الأعصاب والألم العصبي. يستخدم الموجات فوق الصوتية في علاج أمراض العمود الفقري والمفاصل (تدمير رواسب الملح في المفاصل والتجاويف)؛ في علاج المضاعفات المختلفة بعد تلف المفاصل والأربطة والأوتار وغيرها.

الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة (3-10 واط / سم 2) لها تأثير ضار على الأعضاء الفردية وجسم الإنسان ككل. يمكن أن تسبب كثافة الموجات فوق الصوتية العالية

في البيئات البيولوجية للتجويف الصوتي، يرافقه تدمير ميكانيكي للخلايا والأنسجة. التعرض المكثف على المدى الطويل للموجات فوق الصوتية يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الهياكل البيولوجية وتدميرها (تمسخ البروتينات، وما إلى ذلك). يمكن أن يكون للتعرض للموجات فوق الصوتية المكثفة أيضًا عواقب طويلة المدى. على سبيل المثال، مع التعرض لفترة طويلة للموجات فوق الصوتية بتردد 20-30 كيلو هرتز، والذي يحدث في بعض الظروف الصناعية، يصاب الشخص باضطرابات في الجهاز العصبي، ويزداد التعب، وترتفع درجة الحرارة بشكل ملحوظ، ويحدث ضعف السمع.

الموجات فوق الصوتية الشديدة للغاية قاتلة للبشر. وهكذا، في إسبانيا، تم تعريض 80 متطوعًا لمحركات مضطربة بالموجات فوق الصوتية. وكانت نتائج هذه التجربة البربرية كارثية: فقد توفي 28 شخصا، وأصيب الباقون بالشلل التام أو الجزئي.

يمكن أن يكون التأثير الحراري الناتج عن الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة مهمًا جدًا: مع التشعيع بالموجات فوق الصوتية بقوة 4 وات/سم2 لمدة 20 ثانية، تزيد درجة حرارة أنسجة الجسم على عمق 2-5 سم بمقدار 5-6 درجات مئوية.

من أجل الوقاية من الأمراض المهنية بين الأشخاص الذين يعملون في تركيبات الموجات فوق الصوتية، عندما يكون الاتصال بمصادر اهتزازات الموجات فوق الصوتية ممكنًا، فمن الضروري استخدام زوجين من القفازات لحماية اليدين: المطاط الخارجي والقطن الداخلي.

تأثير الموجات فوق الصوتية على المستوى الخلوي

قد يعتمد التأثير البيولوجي للموجات فوق الصوتية أيضًا على التأثيرات الفيزيائية والكيميائية الثانوية. وهكذا، أثناء تشكيل التدفقات الصوتية، يمكن أن يحدث خلط الهياكل داخل الخلايا. يؤدي التجويف إلى كسر الروابط الجزيئية في البوليمرات الحيوية والمركبات الحيوية الأخرى وإلى تطور تفاعلات الأكسدة والاختزال. تعمل الموجات فوق الصوتية على زيادة نفاذية الأغشية البيولوجية، ونتيجة لذلك يتم تسريع عمليات التمثيل الغذائي بسبب الانتشار. يؤدي التغيير في تدفق المواد المختلفة عبر الغشاء السيتوبلازمي إلى تغييرات في تكوين البيئة داخل الخلايا والبيئة الدقيقة للخلية. يؤثر هذا على معدل التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تتضمن إنزيمات حساسة لمحتوى معين أو

أيونات أخرى. في بعض الحالات، يمكن أن يؤدي التغيير في تكوين البيئة داخل الخلية إلى تسارع التفاعلات الأنزيمية، وهو ما يتم ملاحظته عندما تتعرض الخلايا لموجات فوق صوتية منخفضة الشدة.

يتم تنشيط العديد من الإنزيمات داخل الخلايا بواسطة أيونات البوتاسيوم. لذلك، مع زيادة كثافة الموجات فوق الصوتية، يصبح تأثير قمع التفاعلات الأنزيمية في الخلية أكثر احتمالا، لأنه نتيجة لإزالة استقطاب أغشية الخلايا، ينخفض \u200b\u200bتركيز أيونات البوتاسيوم في البيئة داخل الخلايا.

يمكن أن يكون تأثير الموجات فوق الصوتية على الخلايا مصحوبًا بالظواهر التالية:

انتهاك البيئة الدقيقة لأغشية الخلايا في شكل تغيرات في تدرجات تركيز المواد المختلفة بالقرب من الأغشية، وتغيرات في لزوجة البيئة داخل وخارج الخلية؛

التغييرات في نفاذية أغشية الخلايا في شكل تسارع الانتشار الطبيعي والميسر، والتغيرات في كفاءة النقل النشط، وتعطيل بنية الغشاء.

انتهاك تكوين البيئة داخل الخلايا في شكل تغييرات في تركيز المواد المختلفة في الخلية، والتغيرات في اللزوجة.

التغيرات في معدلات التفاعلات الأنزيمية في الخلية بسبب التغيرات في التركيزات المثلى للمواد الضرورية لعمل الإنزيمات.

يعد التغيير في نفاذية أغشية الخلايا استجابة عالمية للتعرض للموجات فوق الصوتية، بغض النظر عن عوامل الموجات فوق الصوتية التي تعمل على الخلية والتي تهيمن في حالة معينة.

مع كثافة عالية بما فيه الكفاية من الموجات فوق الصوتية، يحدث تدمير الغشاء. ومع ذلك، فإن الخلايا المختلفة لها مقاومة مختلفة: يتم تدمير بعض الخلايا عند شدة 0.1 وات/سم2، والبعض الآخر عند 25 وات/سم2.

في نطاق شدة معين، تكون التأثيرات البيولوجية الملحوظة للموجات فوق الصوتية قابلة للعكس. ويتم قبول الحد الأعلى لهذه الفترة وهو 0.1 واط/سم2 بتردد 0.8-2 ميجاهرتز باعتباره الحد الأدنى. تجاوز هذا الحد يؤدي إلى تغييرات مدمرة واضحة في الخلايا.

تدمير الكائنات الحية الدقيقة

يستخدم التشعيع بالموجات فوق الصوتية بكثافة تتجاوز عتبة التجويف لتدمير البكتيريا والفيروسات الموجودة في السائل.

5.5. استخدام الموجات فوق الصوتية في الطب: العلاج والجراحة والتشخيص

يتم استخدام التشوهات تحت تأثير الموجات فوق الصوتية عند طحن أو تشتيت الوسائط.

تستخدم ظاهرة التجويف للحصول على مستحلبات السوائل غير القابلة للامتزاج وتنظيف المعادن من القشور والأغشية الدهنية.

العلاج بالموجات فوق الصوتية

يتم تحديد التأثير العلاجي للموجات فوق الصوتية من خلال العوامل الميكانيكية والحرارية والكيميائية. يعمل عملها المشترك على تحسين نفاذية الغشاء، وتوسيع الأوعية الدموية، وتحسين عملية التمثيل الغذائي، مما يساعد على استعادة حالة توازن الجسم. يمكن استخدام شعاع الموجات فوق الصوتية بجرعات لإجراء تدليك لطيف للقلب والرئتين والأعضاء والأنسجة الأخرى.

في طب الأنف والأذن والحنجرة، تؤثر الموجات فوق الصوتية على طبلة الأذن والغشاء المخاطي للأنف. وبهذه الطريقة يتم إعادة تأهيل سيلان الأنف المزمن وأمراض تجاويف الفك العلوي.

الرحلان الصوتي -إدخال المواد الطبية إلى الأنسجة من خلال مسام الجلد باستخدام الموجات فوق الصوتية. تشبه هذه الطريقة الرحلان الكهربائي، ومع ذلك، على عكس المجال الكهربائي، لا يقوم مجال الموجات فوق الصوتية بتحريك الأيونات فحسب، بل أيضًا غير مشحونةحبيبات. تحت تأثير الموجات فوق الصوتية، تزداد نفاذية أغشية الخلايا، مما يسهل تغلغل الأدوية في الخلية، بينما مع الرحلان الكهربائي، تتركز الأدوية بشكل رئيسي بين الخلايا.

العلاج الذاتي -الحقن العضلي لدم الشخص المأخوذ من الوريد. يبدو أن هذا الإجراء أكثر فعالية إذا تم تشعيع الدم المأخوذ بالموجات فوق الصوتية قبل التسريب.

يزيد التشعيع بالموجات فوق الصوتية من حساسية الخلايا لتأثيرات المواد الكيميائية. هذا يسمح لك بإنشاء أقل ضررا

اللقاحات، حيث يمكن استخدام الكواشف الكيميائية ذات التركيز الأقل في تصنيعها.

يعزز التعرض الأولي للموجات فوق الصوتية تأثير تشعيع γ والميكروويف على الأورام.

في صناعة المستحضرات الصيدلانية، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية لإنتاج المستحلبات والهباء الجوي لبعض المواد الطبية.

في العلاج الطبيعي، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية للتأثير الموضعي، ويتم تنفيذها باستخدام باعث مناسب، ويتم تطبيقها بشكل تلامسي من خلال قاعدة مرهم على منطقة معينة من الجسم.

جراحة الموجات فوق الصوتية

تنقسم جراحة الموجات فوق الصوتية إلى نوعين، أحدهما يرتبط بتأثير اهتزازات الصوت على الأنسجة، والثاني مع تطبيق اهتزازات الموجات فوق الصوتية على أداة جراحية.

تدمير الأورام.تبعث عدة بواعث مثبتة على جسم المريض أشعة فوق صوتية تركز على الورم. شدة كل شعاع ليست كافية لإتلاف الأنسجة السليمة، ولكن في المكان الذي تلتقي فيه الحزم، تزداد الشدة ويتم تدمير الورم عن طريق التجويف والحرارة.

في طب المسالك البولية، باستخدام التأثير الميكانيكي للموجات فوق الصوتية، يقومون بسحق الحجارة في المسالك البولية وبالتالي إنقاذ المرضى من العمليات الجراحية.

لحام الأنسجة الرخوة.إذا قمت بطي وعاءين دمويين مقطوعين وضغطتهما معًا، فسوف يتشكل اللحام بعد التشعيع.

لحام العظام(تركيب العظم بالموجات فوق الصوتية). تمتلئ منطقة الكسر بأنسجة العظام المسحوقة الممزوجة بالبوليمر السائل (السيكرين)، والذي يتبلمر بسرعة تحت تأثير الموجات فوق الصوتية. بعد التشعيع، يتم تشكيل لحام قوي، والذي يذوب تدريجيا ويتم استبداله بأنسجة العظام.

تطبيق الاهتزازات فوق الصوتية على الأدوات الجراحية(المباضع، المبردات، الإبر) تقلل بشكل كبير من قوى القطع، وتخفف الألم، ولها تأثيرات مرقئية ومعقمة. سعة اهتزاز أداة القطع بتردد 20-50 كيلو هرتز هي 10-50 ميكرون. مشارط الموجات فوق الصوتية تجعل من الممكن إجراء عمليات في أعضاء الجهاز التنفسي دون فتح الصدر،

العمليات في المريء والأوعية الدموية. عن طريق إدخال مشرط طويل ورفيع بالموجات فوق الصوتية في الوريد، يمكن تدمير سماكة الكوليسترول في الوعاء.

تعقيم.يستخدم التأثير المدمر للموجات فوق الصوتية على الكائنات الحية الدقيقة لتعقيم الأدوات الجراحية.

في بعض الحالات، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية مع التأثيرات الجسدية الأخرى، على سبيل المثال المبردة,للعلاج الجراحي للأورام الوعائية والندبات.

التشخيص بالموجات فوق الصوتية

التشخيص بالموجات فوق الصوتية عبارة عن مجموعة من الطرق لدراسة جسم الإنسان السليم والمريض، بناءً على استخدام الموجات فوق الصوتية. الأساس المادي للتشخيص بالموجات فوق الصوتية هو اعتماد معلمات انتشار الصوت في الأنسجة البيولوجية (سرعة الصوت، معامل التوهين، مقاومة الموجة) على نوع الأنسجة وحالتها. تتيح طرق الموجات فوق الصوتية تصور الهياكل الداخلية للجسم، وكذلك دراسة حركة الأجسام البيولوجية داخل الجسم. السمة الرئيسية للتشخيص بالموجات فوق الصوتية هي القدرة على الحصول على معلومات حول الأنسجة الرخوة التي تختلف قليلاً في الكثافة أو المرونة. تعتبر طريقة الفحص بالموجات فوق الصوتية حساسة للغاية، ويمكن استخدامها للكشف عن التكوينات التي لا يتم الكشف عنها بالأشعة السينية، ولا تتطلب استخدام عوامل التباين، وهي غير مؤلمة وليس لها موانع.

لأغراض التشخيص، يتم استخدام تردد الموجات فوق الصوتية من 0.8 إلى 15 ميغاهيرتز. يتم استخدام الترددات المنخفضة عند دراسة الأشياء العميقة أو عند الدراسة من خلال الأنسجة العظمية، وتستخدم الترددات العالية - لتصور الأشياء الموجودة بالقرب من سطح الجسم، للتشخيص في طب العيون، عند دراسة الأوعية السطحية.

الأكثر استخدامًا في التشخيص بالموجات فوق الصوتية هي طرق تحديد الموقع بالصدى بناءً على انعكاس أو تشتت إشارات الموجات فوق الصوتية النبضية. اعتمادا على طريقة الحصول على المعلومات وطبيعة عرضها، يتم تقسيم أجهزة التشخيص بالموجات فوق الصوتية إلى 3 مجموعات: أجهزة أحادية البعد مع إشارة من النوع أ؛ أدوات أحادية البعد مع إشارة النوع M؛ أجهزة ثنائية الأبعاد مع إشارة من النوع B.

أثناء التشخيص بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز من النوع A، يتم تطبيق نبضات الموجات فوق الصوتية القصيرة (التي تدوم حوالي 10 -6 ثوانٍ) على منطقة الجسم التي يتم فحصها من خلال مادة ملامسة. في فترات التوقف بين النبضات، يستقبل الجهاز نبضات تنعكس من مختلف التجانسات في الأنسجة. وبعد التضخيم يتم ملاحظة هذه النبضات على شاشة أنبوب الأشعة الكاثودية على شكل انحرافات شعاعية عن الخط الأفقي. يسمى النمط الكامل للنبضات المنعكسة مخطط صدى صوتي أحادي البعد من النوع A.يوضح الشكل 5.8 مخطط صدى الصوت الذي تم الحصول عليه أثناء التنظير الصوتي للعين.

أرز. 5.8.تنظير العين باستخدام طريقة A:

1 - صدى من السطح الأمامي للقرنية. 2, 3 - أصداء من الأسطح الأمامية والخلفية للعدسة؛ 4 - صدى من شبكية العين وهياكل القطب الخلفي لمقلة العين

تختلف مخططات صدى الأنسجة من مختلف الأنواع عن بعضها البعض في عدد النبضات وسعةها. يسمح تحليل مخطط صدى الصوت من النوع A في كثير من الحالات بالحصول على معلومات إضافية حول حالة المنطقة المرضية وعمقها ومداها.

تُستخدم الأجهزة أحادية البعد ذات الإشارة من النوع A في طب الأعصاب وجراحة الأعصاب والأورام والتوليد وطب العيون وغيرها من مجالات الطب.

في الأجهزة ذات مؤشر النوع M، يتم تغذية النبضات المنعكسة، بعد التضخيم، إلى القطب المعدل لأنبوب أشعة الكاثود ويتم تقديمها في شكل شرطات، يرتبط سطوعها بسعة النبضة، ويكون عرضها المتعلقة بمدتها. إن تطور هذه الخطوط بمرور الوقت يعطي صورة للهياكل العاكسة الفردية. يستخدم هذا النوع من المؤشرات على نطاق واسع في تخطيط القلب. يمكن تسجيل مخطط القلب بالموجات فوق الصوتية باستخدام أنبوب أشعة الكاثود مع الذاكرة أو على شريط تسجيل ورقي. تسجل هذه الطريقة حركات عناصر القلب، مما يجعل من الممكن تحديد تضيق الصمام التاجي وعيوب القلب الخلقية وما إلى ذلك.

عند استخدام طرق التسجيل من النوع A وM، يكون محول الطاقة في وضع ثابت على جسم المريض.

في حالة إشارة النوع B، يتحرك محول الطاقة (يقوم بالمسح) على طول سطح الجسم، ويتم تسجيل مخطط صدى ثنائي الأبعاد على شاشة أنبوب أشعة الكاثود، مما يعيد إنتاج المقطع العرضي للمنطقة المفحوصة من الجسم جسم.

هناك اختلاف في الطريقة B المسح المتعدد,حيث يتم استبدال الحركة الميكانيكية للمستشعر بالتبديل الكهربائي المتسلسل لعدد من العناصر الموجودة على نفس الخط. يتيح لك المسح المتعدد مراقبة الأقسام قيد الدراسة في الوقت الفعلي تقريبًا. الاختلاف الآخر للطريقة B هو مسح القطاع، حيث لا توجد حركة لمسبار الصدى، ولكن تتغير زاوية إدخال شعاع الموجات فوق الصوتية.

تُستخدم أجهزة الموجات فوق الصوتية ذات الإشارة من النوع B في علاج الأورام وأمراض النساء والتوليد وطب المسالك البولية وطب الأنف والأذن والحنجرة وطب العيون وما إلى ذلك. وتستخدم تعديلات أجهزة النوع B مع المسح المتعدد والمسح القطاعي في أمراض القلب.

تتيح جميع طرق تحديد الموقع بالصدى للتشخيص بالموجات فوق الصوتية، بطريقة أو بأخرى، تسجيل حدود المناطق ذات ممانعات موجية مختلفة داخل الجسم.

طريقة جديدة للتشخيص بالموجات فوق الصوتية - التصوير المقطعي الترميمي (أو الحسابي) - تعطي التوزيع المكاني لمعلمات انتشار الصوت: معامل التوهين (تعديل التوهين للطريقة) أو سرعة الصوت (تعديل الانكسار). في هذه الطريقة، يتم إصدار صوت جزء من الجسم قيد الدراسة بشكل متكرر في اتجاهات مختلفة. تتم معالجة المعلومات حول إحداثيات الصوت وإشارات الاستجابة على جهاز كمبيوتر، ونتيجة لذلك يتم عرض الرسم المقطعي المعاد بناؤه على الشاشة.

في الآونة الأخيرة، بدأ إدخال هذه الطريقة قياس المرونةلدراسة أنسجة الكبد بشكل طبيعي وفي مراحل مختلفة من الميكروب. جوهر الطريقة هو هذا. يتم تثبيت المستشعر بشكل عمودي على سطح الجسم. باستخدام هزاز مدمج في المستشعر، يتم إنشاء موجة ميكانيكية صوتية منخفضة التردد (ν = 50 هرتز، A = 1 مم)، ويتم تقييم سرعة انتشارها عبر أنسجة الكبد الأساسية باستخدام الموجات فوق الصوتية بتردد ν = 3.5 ميغاهيرتز (في الأساس، يتم تحديد الموقع بالصدى). استخدام

المعامل E (المرونة) للنسيج. يتم أخذ سلسلة من القياسات (10 على الأقل) للمريض في الفراغات الوربية في إسقاط موضع الكبد. يتم تحليل جميع البيانات تلقائيًا، ويقدم الجهاز تقييمًا كميًا للمرونة (الكثافة)، والذي يتم تقديمه رقميًا وباللون.

للحصول على معلومات حول الهياكل المتحركة للجسم، يتم استخدام الأساليب والأدوات التي يعتمد تشغيلها على تأثير دوبلر. تحتوي هذه الأجهزة عادةً على عنصرين ضغطيين: باعث بالموجات فوق الصوتية يعمل في الوضع المستمر وجهاز استقبال للإشارات المنعكسة. من خلال قياس تحول تردد دوبلر للموجة فوق الصوتية المنعكسة من جسم متحرك (على سبيل المثال، من جدار السفينة)، يتم تحديد سرعة حركة الكائن العاكس (انظر الصيغة 2.9). تستخدم الأجهزة الأكثر تقدمًا من هذا النوع طريقة تحديد الموقع النبضي الدوبلر (المتماسك)، مما يجعل من الممكن عزل إشارة من نقطة معينة في الفضاء.

تستخدم الأجهزة التي تستخدم تأثير دوبلر لتشخيص أمراض الجهاز القلبي الوعائي (التقدير

حركات أجزاء القلب وجدران الأوعية الدموية)، في التوليد (دراسة نبض قلب الجنين)، في دراسة تدفق الدم، إلخ.

يتم فحص الأعضاء من خلال المريء الذي تحده.

مقارنة بين "الشمعة" بالموجات فوق الصوتية والأشعة السينية

في بعض الحالات، يكون للمسح بالموجات فوق الصوتية ميزة على الأشعة السينية. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الأشعة السينية توفر صورة واضحة للأنسجة "الصلبة" على خلفية الأنسجة "الرخوة". على سبيل المثال، تكون العظام مرئية بوضوح على خلفية الأنسجة الرخوة. للحصول على صورة بالأشعة السينية للأنسجة الرخوة على خلفية الأنسجة الرخوة الأخرى (على سبيل المثال، وعاء دموي على خلفية العضلات)، يجب ملء الوعاء بمادة تمتص إشعاع الأشعة السينية جيدًا (عامل التباين) . توفر الإضاءة بالموجات فوق الصوتية، بفضل الميزات المذكورة بالفعل، صورة في هذه الحالة دون استخدام عوامل التباين.

يميز فحص الأشعة السينية فرق الكثافة بنسبة تصل إلى 10٪، والموجات فوق الصوتية - حتى 1٪.

5.6. الموجات فوق الصوتية ومصادرها

الموجات فوق الصوتية- اهتزازات وموجات مرنة ذات ترددات تقع تحت نطاق الترددات المسموعة للإنسان. عادة، يتم اعتبار 16-20 هرتز كحد أعلى لنطاق الموجات فوق الصوتية. هذا التعريف مشروط، لأنه بكثافة كافية، يحدث الإدراك السمعي أيضًا بترددات قليلة هرتز، على الرغم من أنه في هذه الحالة تختفي الطبيعة النغمية للإحساس ولا يمكن تمييز سوى دورات التذبذبات الفردية. الحد الأدنى للترددات دون الصوتية غير مؤكد؛ وتمتد منطقة دراستها الحالية إلى حوالي 0.001 هرتز.

تنتشر الموجات تحت الصوتية في الهواء والماء، وكذلك في القشرة الأرضية (الموجات الزلزالية). السمة الرئيسية للموجات فوق الصوتية بسبب ترددها المنخفض هي الامتصاص المنخفض. عند الانتشار في أعماق البحار وفي الغلاف الجوي على مستوى سطح الأرض، تضعف الموجات دون الصوتية بتردد 10-20 هرتز على مسافة 1000 كيلومتر بما لا يزيد عن بضعة ديسيبل. ومن المعروف أن الأصوات

يمكن للانفجارات البركانية والانفجارات الذرية أن تدور حول الكرة الأرضية عدة مرات. نظرًا لطول الموجة الطويل، يكون تشتت الموجات فوق الصوتية منخفضًا أيضًا. في البيئات الطبيعية، يتم إنشاء التشتت الملحوظ فقط عن طريق الأجسام الكبيرة جدًا - التلال والجبال والمباني الشاهقة.

المصادر الطبيعية للموجات فوق الصوتية هي ظواهر الأرصاد الجوية والزلازل والبركانية. تتولد الموجات دون الصوتية عن طريق تقلبات الضغط المضطرب في الغلاف الجوي والمحيطات، والرياح، وأمواج البحر (بما في ذلك أمواج المد والجزر)، والشلالات، والزلازل، والانهيارات الأرضية.

مصادر الموجات فوق الصوتية المرتبطة بالنشاط البشري هي الانفجارات، وطلقات الأسلحة النارية، وموجات الصدمة من الطائرات الأسرع من الصوت، وتأثيرات الأعمدة، وتشغيل المحركات النفاثة، وما إلى ذلك. ويتم احتواء الموجات فوق الصوتية في ضجيج المحركات والمعدات التكنولوجية. اهتزازات المباني التي أنشأتها مسببات الأمراض الصناعية والمنزلية، كقاعدة عامة، تحتوي على مكونات تحت الصوتية. تساهم ضوضاء النقل بشكل كبير في تلوث البيئة دون السمعي. على سبيل المثال، تقوم سيارات الركاب بسرعة 100 كم/ساعة بإنشاء موجات تحت صوتية بمستوى شدة يصل إلى 100 ديسيبل. في حجرة المحرك للسفن الكبيرة، تم تسجيل الاهتزازات تحت الصوتية الناتجة عن تشغيل المحركات بتردد 7-13 هرتز ومستوى شدة 115 ديسيبل. في الطوابق العليا من المباني الشاهقة، خاصة في ظل الرياح القوية، يصل مستوى كثافة الموجات فوق الصوتية

يكاد يكون من المستحيل عزل الموجات فوق الصوتية - عند الترددات المنخفضة، تفقد جميع المواد الممتصة للصوت فعاليتها بالكامل تقريبًا.

5.7. تأثير الموجات فوق الصوتية على الإنسان استخدام الموجات فوق الصوتية في الطب

عادة ما يكون للموجات فوق الصوتية تأثير سلبي على البشر: فهي تسبب مزاجًا مكتئبًا وتعبًا وصداعًا وتهيجًا. يعاني الشخص الذي يتعرض للموجات فوق الصوتية منخفضة الشدة من أعراض دوار البحر والغثيان والدوار. ويظهر الصداع ويزداد التعب ويضعف السمع. على تردد 2-5 هرتز

ومستوى شدة 100-125 ديسيبل، يتم تقليل رد الفعل الذاتي إلى الشعور بالضغط في الأذن، وصعوبة البلع، والتعديل القسري للصوت وصعوبة التحدث. يؤثر التعرض للأشعة فوق الصوتية سلبًا على الرؤية: تتدهور الوظائف البصرية، وتقل حدة البصر، ويضيق مجال الرؤية، وتضعف القدرة على التكيف، ويضعف استقرار العين في تثبيت الجسم المرصود.

تؤدي الضوضاء بتردد 2-15 هرتز عند مستوى شدة 100 ديسيبل إلى زيادة خطأ التتبع لمؤشرات الاتصال. يظهر ارتعاش متشنج في مقلة العين وخلل في أجهزة التوازن.

كان الطيارون ورواد الفضاء الذين تعرضوا للأشعة فوق الصوتية أثناء التدريب أبطأ في حل المشكلات الحسابية البسيطة.

هناك افتراض بأن الحالات الشاذة المختلفة في حالة الأشخاص في الأحوال الجوية السيئة، والتي تفسرها الظروف المناخية، هي في الواقع نتيجة لتأثير الموجات فوق الصوتية.

عند الشدة المعتدلة (140-155 ديسيبل)، قد يحدث إغماء وفقدان مؤقت للرؤية. عند الشدة العالية (حوالي 180 ديسيبل)، يمكن أن يحدث الشلل بنتيجة مميتة.

يُعتقد أن التأثير السلبي للموجات فوق الصوتية يرجع إلى حقيقة أن ترددات الاهتزازات الطبيعية لبعض أعضاء وأجزاء جسم الإنسان تقع في منطقة الموجات فوق الصوتية. وهذا يسبب ظاهرة الرنين غير المرغوب فيها. ولنشير إلى بعض ترددات الذبذبات الطبيعية للإنسان:

جسم الإنسان في وضعية الاستلقاء - (3-4) هرتز؛

الصدر - (5-8) هرتز؛

البطن - (3-4) هرتز؛

العيون - (12-27) هرتز.

تأثيرات الموجات فوق الصوتية على القلب ضارة بشكل خاص. مع وجود قوة كافية، تحدث التذبذبات القسرية لعضلة القلب. عند الرنين (6-7 هرتز)، تزداد اتساعها، مما قد يؤدي إلى النزيف.

استخدام الموجات فوق الصوتية في الطب

في السنوات الأخيرة، أصبحت الموجات فوق الصوتية تستخدم على نطاق واسع في الممارسة الطبية. وهكذا، في طب العيون، الموجات فوق الصوتية

بترددات تصل إلى 12 هرتز تستخدم في علاج قصر النظر. في علاج أمراض الجفون، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية للرحلان الصوتي (الشكل 5.9)، وكذلك لتنظيف أسطح الجروح، وتحسين ديناميكا الدم وتجديد الجفون، والتدليك (الشكل 5.10)، وما إلى ذلك.

يوضح الشكل 5.9 استخدام الموجات فوق الصوتية لعلاج تشوهات القناة الدمعية عند الأطفال حديثي الولادة.

في إحدى مراحل العلاج، يتم إجراء تدليك الكيس الدمعي. في هذه الحالة، يقوم مولد الموجات فوق الصوتية بإنشاء ضغط زائد في الكيس الدمعي، مما يساهم في تمزق الأنسجة الجنينية في القناة الدمعية.

أرز. 5.9.مخطط الرحلان الصوتي بالموجات فوق الصوتية

أرز. 5.10.تدليك الكيس الدمعي

5.8. المفاهيم والصيغ الأساسية. الجداول

الجدول 5.1.معامل الامتصاص وعمق نصف الامتصاص عند تردد 1 ميجا هرتز

الجدول 5.2.معامل الانعكاس عند حدود الأنسجة المختلفة

5.9. مهام

1. يصبح انعكاس الموجات من عدم التجانسات الصغيرة ملحوظًا عندما تتجاوز أحجامها الطول الموجي. قم بتقدير الحد الأدنى لحجم d لحصوات الكلى التي يمكن اكتشافها عن طريق التشخيص بالموجات فوق الصوتية بتردد ν = 5 ميجاهرتز. سرعة الموجات فوق الصوتية الخامس= 1500 م/ث.

حل

لنجد الطول الموجي: lect = v/ν = 1500/(5*10 6) = 0.0003 m = 0.3 mm. د > π.

إجابة:د > 0.3 ملم.

2. تستخدم بعض إجراءات العلاج الطبيعي الموجات فوق الصوتية بتردد ν = 800 كيلو هرتز وكثافة I = 1 وات/سم2. أوجد سعة اهتزاز جزيئات الأنسجة الرخوة.

حل

يتم تحديد شدة الموجات الميكانيكية بالصيغة (2.6)

كثافة الأنسجة الرخوة هي ρ « 1000 كجم/م3 .

التردد الدائري ω = 2πν ≈ 2x3.14x800x10 3 ≈ 5x10 6 ث -1 ;

سرعة الموجات فوق الصوتية في الأنسجة الرخوة ν ≈ 1500 م/ث.

من الضروري تحويل الكثافة إلى SI: I = 1 W/cm 2 = 10 4 W/m 2 .

وبالتعويض بالقيم العددية في الصيغة الأخيرة نجد:

يشير هذا الإزاحة الصغيرة للجزيئات أثناء مرور الموجات فوق الصوتية إلى أن تأثيرها يتجلى على المستوى الخلوي. إجابة:أ = 0.023 ميكرومتر.

3. يتم فحص الأجزاء الفولاذية للتأكد من جودتها باستخدام جهاز كشف الخلل بالموجات فوق الصوتية. في أي عمق h في الجزء تم اكتشاف الشق وما هو سمك الجزء d إذا تم استقبال إشارتين منعكستين عند 0.1 مللي ثانية و0.2 مللي ثانية بعد إرسال إشارة فوق صوتية؟ سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الفولاذ تساوي الخامس= 5200 م/ث.

حل

2ح = تلفزيون → ح = تلفزيون/2. إجابة:ح = 26 سم؛ د = 52 سم.