Ultrazvuk:

1. Čo je ultrazvuk;
2. Vplyv ultrazvuku na ľudské telo;
3. Využitie ultrazvuku v priemysle a hospodárstve;
4. Vyhliadky na použitie ultrazvuku.

Infrazvuk:

1. Čo je infrazvuk;
2. Vplyv infrazvuku na ľudské telo;
3. Infrazvukové anomálie;
4. Zvieratá využívajúce infrazvuk;
5. Vyhliadky na použitie infrazvuku;
6. Záver

Ultrazvuk

1. Čo je ultrazvuk?

V poslednom čase sa vo výrobe čoraz viac rozširujú technologické postupy založené na využití ultrazvukovej energie. Ultrazvuk našiel uplatnenie aj v medicíne. V dôsledku zvyšovania výkonov jednotiek a rýchlostí rôznych jednotiek a strojov sa zvyšuje hladina hluku, a to aj v oblasti ultrazvukovej frekvencie.

Ultrazvuk je mechanické kmitanie elastického média s frekvenciou presahujúcou hornú hranicu počuteľnosti -20 kHz. Jednotkou hladiny akustického tlaku je dB. Jednotkou merania intenzity ultrazvuku je watt na štvorcový centimeter (W/s2) Ľudské ucho nedokáže vnímať ultrazvuk, ale niektoré zvieratá, ako napríklad netopiere, môžu ultrazvuk počuť aj produkovať. Čiastočne ho vnímajú hlodavce, mačky, psy, veľryby a delfíny. Ultrazvukové vibrácie vznikajú pri prevádzke automobilových motorov, obrábacích strojov a raketových motorov.

Ultrazvuk má vďaka svojej vysokej frekvencii (krátka vlnová dĺžka) špeciálne vlastnosti. Tak ako svetlo, aj ultrazvukové vlny môžu vytvárať prísne nasmerované lúče. Odraz a lom týchto lúčov na rozhraní dvoch prostredí sa riadi zákonmi geometrickej optiky. Je silne absorbovaný plynmi a slabo kvapalinami. V kvapaline pod vplyvom ultrazvuku sa vytvárajú dutiny vo forme malých bubliniek s krátkodobým zvýšením tlaku vo vnútri. Ultrazvukové vlny navyše urýchľujú difúzne procesy.

Tieto vlastnosti ultrazvuku a zvláštnosti jeho interakcie s prostredím určujú jeho široké technické a medicínske využitie. Ultrazvuk sa používa v medicíne a biológii na echolokáciu, na identifikáciu a liečbu nádorov a niektorých defektov v telesných tkanivách, v chirurgii a traumatológii na rezanie mäkkých a kostných tkanív pri rôznych operáciách, na zváranie zlomených kostí, na ničenie buniek (vysokovýkonný ultrazvuk). Pri ultrazvukovej terapii sa na terapeutické účely využívajú oscilácie 800-900 kHz.

2. Vplyv ultrazvuku na ľudský organizmus

Ultrazvuk má na telo hlavne lokálny účinok, pretože sa prenáša priamym kontaktom s ultrazvukovým prístrojom, obrobkami alebo prostrediami, kde sú excitované ultrazvukové vibrácie. Ultrazvukové vibrácie generované ultrazvukovými nízkofrekvenčnými priemyselnými zariadeniami majú nepriaznivý vplyv na ľudský organizmus. Dlhodobé systematické vystavenie vzdušným ultrazvukom spôsobuje zmeny v nervovom, kardiovaskulárnom a endokrinnom systéme, sluchových a vestibulárnych analyzátoroch.

V oblasti ultrazvukových vibrácií v živých tkanivách má ultrazvuk mechanické, tepelné, fyzikálno-chemické účinky (mikromasáž buniek a tkanív). Súčasne sa aktivujú metabolické procesy a zvyšujú sa imunitné vlastnosti tela.

3. Využitie ultrazvuku v priemysle a ekonomike

Dnes sa ultrazvuk používa v obrovskom množstve priemyselných odvetví. Medzi nimi: medicína, geológia, oceliarsky priemysel, vojenský priemysel atď. Ultrazvuk sa používa mimoriadne intenzívne v geológii, existuje špeciálna veda - geofyzika.

Pomocou ultrazvuku geofyzici nachádzajú ložiská cenných minerálov a určujú hĺbku ich polohy. V zlievarenskom priemysle sa ultrazvuk používa na diagnostiku stavu kovovej kryštálovej mriežky. Pri „počúvaní“ rúr a lúčov vysokokvalitných výrobkov sa získa určitý signál, ale ak má výrobok niečo iné ako norma (hustota, konštrukčná chyba), signál bude iný, čo inžinierovi naznačí, že je chybný.

Ponorka obklopená nepriateľskými loďami má iba jeden bezpečný spôsob, ako sa skontaktovať so základňou – vysielať signál vo vodnom prostredí. Na tento účel sa používa špeciálny upravený ultrazvukový signál určitej frekvencie - je takmer nemožné zachytiť takúto správu, pretože Na to potrebujete poznať jeho frekvenciu, presný čas prenosu a „trasu“. Vyslanie signálu z člna je však tiež zložitý postup – treba brať do úvahy všetky hĺbky, teplotu vody atď. Základňa, ktorá prijíma signál a pozná čas svojej cesty, dokáže vypočítať vzdialenosť k člnu a v dôsledku toho aj jeho polohu. Ponorková flotila využíva aj špeciálne krátke ultrazvukové impulzy vysielané sonarom priamo z ponorky; impulz sa odráža od predmetov - skál, iných lodí a s jeho pomocou sa vypočíta smer a vzdialenosť k prekážke (technika požičaná od nočných predátorov - netopierov).

Ultrazvukové kúpele sa tiež používajú ako na dezinfekciu nástrojov, tak aj na kozmetické účely - masáž nôh, rúk, tváre. Veľmi účinné sú ultrazvukové zvlhčovače a dýzy vzduchu, ako aj diaľkomery (ultrazvukové impulzy využívajú aj známe rýchlostné radary dopravnej polície).

4. Perspektívy použitia ultrazvuku

V budúcnosti sa predpokladá, že ultrazvukové pulzy budú širšie využívané na kozmetické účely – vedci už využívajú ultrazvuk na čistenie pórov, osvieženie a omladenie starnúcej pleti – ultrazvukový peeling. Pracuje sa na vytvorení ultrazvukových zbraní, ako aj na vývoji ochranných systémov proti nim. Očakáva sa, že ultrazvuk bude v domácnostiach viac využívaný.

Infrazvuk

5. Čo je infrazvuk?

Rozvoj techniky a vozidiel, zdokonaľovanie technologických procesov a zariadení je sprevádzané zvyšovaním výkonu a rozmerov strojov, čo podmieňuje tendenciu zvyšovania nízkofrekvenčných komponentov v spektrách a vzniku infrazvuku, ktorý je relatívne nový, nie úplne preštudovaný faktor vo výrobnom prostredí.

Infrazvuk označuje akustické vibrácie s frekvenciou pod 20 Hz. Tento frekvenčný rozsah leží pod hranicou počuteľnosti a ľudské ucho nie je schopné vnímať vibrácie týchto frekvencií. Priemyselný infrazvuk vzniká v dôsledku rovnakých procesov ako šum počuteľných frekvencií. Najväčšiu intenzitu infrazvukových vibrácií vytvárajú stroje a mechanizmy, ktoré majú veľké plochy, ktoré vykonávajú nízkofrekvenčné mechanické vibrácie (infrazvuk mechanického pôvodu) alebo turbulentné prúdenie plynov a kvapalín (infrazvuk aerodynamického alebo hydrodynamického pôvodu). Maximálne hladiny nízkofrekvenčných akustických vibrácií z priemyselných a dopravných zdrojov dosahujú 100-110 dB.

6. Vplyv infrazvuku na ľudský organizmus

Štúdie biologického účinku infrazvuku na organizmus ukázali, že pri hladinách od 110 do 150 dB a viac môže u ľudí vyvolať nepríjemné subjektívne pocity a početné reaktívne zmeny, medzi ktoré patria zmeny v centrálnom nervovom, kardiovaskulárnom a dýchacom systéme a tiež vestibulárny analyzátor. Existujú dôkazy, že infrazvuk spôsobuje stratu sluchu predovšetkým pri nízkych a stredných frekvenciách. Závažnosť týchto zmien závisí od úrovne intenzity infrazvuku a trvania faktora.

Infrazvuk nie je v žiadnom prípade nedávno objaveným fenoménom. V skutočnosti je organistom známy už vyše 250 rokov. Mnohé katedrály a kostoly majú organové píšťaly také dlhé, že vytvárajú zvuk s frekvenciou menšou ako 20 Hz, ktorú ľudské ucho nepostrehne. Ako však zistili britskí vedci, takýto infrazvuk môže v publiku vyvolať rôzne a nie príliš príjemné pocity - melanchóliu, pocit chladu, úzkosť, chvenie v chrbtici. Ľudia vystavení infrazvuku zažívajú približne rovnaké pocity ako pri návšteve miest, kde dochádzalo k stretnutiam s duchmi.

7. Infrazvukové anomálie

Severoamerické pobrežie okolo Cape Hatteras, Floridského polostrova a ostrova Kuba tvoria obrovský reflektor. Búrka vyskytujúca sa v Atlantickom oceáne generuje infrazvukové vlny, ktoré sa odrážajú od tohto reflektora a sústreďujú sa do oblasti Bermudského trojuholníka. Kolosálne rozmery fokusačnej štruktúry naznačujú prítomnosť oblastí, kde môžu infrazvukové vibrácie dosiahnuť významné hodnoty, čo je príčinou tu vyskytujúcich sa anomálnych javov. Ako je známe, silné infrazvukové vibrácie vyvolávajú u človeka panický strach spolu s túžbou uniknúť z uzavretého priestoru. Je zrejmé, že toto správanie je dôsledkom „inštinktívnej“ reakcie na infrazvuk, ktorá sa vyvinula v dávnej minulosti ako predzvesť zemetrasenia. Práve táto reakcia spôsobuje, že posádka a cestujúci v panike opúšťajú svoju loď. Môžu nastúpiť do člnov a odplávať od svojej lode, alebo vybehnúť na palubu a hodiť sa cez palubu. Ak je intenzita infrazvuku veľmi vysoká, môžu dokonca zomrieť - ak sa dostane do rezonancie s ľudskými biorytmami, infrazvuk obzvlášť vysokej intenzity môže spôsobiť okamžitú smrť.

Infrazvuk môže spôsobiť rezonančné vibrácie lodných stožiarov, čo vedie k ich poruche (vplyv infrazvuku na konštrukčné prvky lietadla môže viesť k podobným následkom). Nízkofrekvenčné zvukové vibrácie môžu spôsobiť výskyt hustej ("ako mlieko") hmly nad oceánom, ktorá sa rýchlo objaví a tiež rýchlo zmizne. A napokon infrazvuk s frekvenciou 5-7 hertzov môže rezonovať s kyvadlom mechanických, ručných hodiniek, ktoré majú rovnakú periódu kmitania.

Je zrejmé, že podobné zaostrovacie štruktúry existujú aj v iných oblastiach sveta. Zdá sa, že panika spôsobená intenzívnymi infrazvukovými vibráciami v jednej z týchto štruktúr slúžila ako „štartovací bod“ mýtu o siréne...

Infrazvuk sa môže šíriť pod vodou a zaostrovacia štruktúra môže byť vytvorená spodnou topografiou. Zdrojom infrazvukových vibrácií môžu byť podmorské sopky a zemetrasenia. Prirodzene, tvar „krajinných“ reflektorov má k dokonalosti veľmi ďaleko. Preto by sme sa mali baviť o systéme reflexných prvkov, špecifických pre každý prípad. S rozmermi primeranými vlnovej dĺžke môže byť štruktúra rezonančná.

8. Zvieratá využívajúce infrazvuk

Americkí vedci zistili, že tigre a slony na vzájomnú komunikáciu využívajú nielen vrčanie, mrnčanie či rev a trúbenie, ale aj infrazvuk, teda zvukové signály s veľmi nízkou frekvenciou, ktoré sú pre ľudské ucho nepočuteľné. Podľa vedcov infrazvuk umožňuje zvieratám udržiavať komunikáciu na vzdialenosť až 8 kilometrov, pretože šírenie infrazvukových signálov je takmer necitlivé na rušenie spôsobené terénom a málo závisí od počasia a klimatických faktorov, ako je vlhkosť vzduchu.

Teraz majú vedci v úmysle zistiť, či frekvenčné spektrá tigrích hlasov majú individuálne vlastnosti, ktoré im umožňujú identifikovať zvieratá. To by značne uľahčilo účtovníctvo ich dobytka.

Pri štúdiu správania skupiny slonov v Portlandskej zoo v Oregone skupina výskumníkov „cítila“ neobvyklé vibrácie vo vzduchu. Pomocou sofistikovaného systému elektronickej detekcie zvuku vedci zistili, že ide o infrazvukové vlny, ktoré vyžarujú slony. Pri pozorovaní voľne sa pohybujúcich slonov v Keni výskumníci pomocou rovnakého zariadenia zaznamenali presne rovnaký typ vĺn. Vedci dospeli k záveru, že zvieratá používajú na vzájomnú komunikáciu nízkofrekvenčné zvuky na vzdialenosť niekoľkých kilometrov.

Vedci dúfajú, že v budúcnosti, keď určili význam infrazvukových signálov, prejdú k najvzrušujúcejšej fáze experimentov - nadviazanie kontaktu so slonmi s ich pomocou.

9. Perspektívy využitia infrazvuku

Teraz vedci vyvíjajú takzvanú „infrazvukovú zbraň“. Nízkofrekvenčné zvukové vlny sa tu plánujú použiť ako „generátor paniky“. V tomto prípade je infrazvuk oveľa pohodlnejší ako vysokofrekvenčné vlny, pretože sám o sebe predstavuje hrozbu pre ľudské zdravie. Frekvencie nášho nervového systému a srdca ležia v infrazvukovom rozsahu – 6 Hz. Emulácia týchto frekvencií vedie k zlému zdraviu, bezdôvodnému strachu, panike, šialenstvu a nakoniec k smrti.

10. Záver

Po dokončení tejto práce - zhromaždení, spracovaní a zhrnutí veľkého množstva materiálu o tomto probléme sme sa veľa naučili o povahe zvuku. O nebezpečenstve, ktoré môže predstavovať pre ľudský organizmus, a o tom, aké široké využitie môže mať v domácnosti. Najzaujímavejšia hypotéza pre nás bola o povahe „úcty“, hrôzy ľudí v chráme. Za veľmi sľubné považujeme výskum spôsobov komunikácie so zvieratami a samozrejme využitie infrazvuku na predpovedanie miesta a času budúcich erupcií a zemetrasení.

Ultrazvuk:

1. Čo je ultrazvuk;
2. Vplyv ultrazvuku na ľudské telo;
3. Využitie ultrazvuku v priemysle a hospodárstve;
4. Vyhliadky na použitie ultrazvuku.

Infrazvuk:

1. Čo je infrazvuk;
2. Vplyv infrazvuku na ľudské telo;
3. Infrazvukové anomálie;
4. Zvieratá využívajúce infrazvuk;
5. Vyhliadky na použitie infrazvuku;
6. Záver

Ultrazvuk

1. Čo je ultrazvuk?

V poslednom čase sa vo výrobe čoraz viac rozširujú technologické postupy založené na využití ultrazvukovej energie. Ultrazvuk našiel uplatnenie aj v medicíne. V dôsledku zvyšovania výkonov jednotiek a rýchlostí rôznych jednotiek a strojov sa zvyšuje hladina hluku, a to aj v oblasti ultrazvukovej frekvencie.

Ultrazvuk je mechanické kmitanie elastického média s frekvenciou presahujúcou hornú hranicu počuteľnosti -20 kHz. Jednotkou hladiny akustického tlaku je dB. Jednotkou merania intenzity ultrazvuku je watt na štvorcový centimeter (W/s2) Ľudské ucho nedokáže vnímať ultrazvuk, ale niektoré zvieratá, ako napríklad netopiere, môžu ultrazvuk počuť aj produkovať. Čiastočne ho vnímajú hlodavce, mačky, psy, veľryby a delfíny. Ultrazvukové vibrácie vznikajú pri prevádzke automobilových motorov, obrábacích strojov a raketových motorov.

Ultrazvuk má vďaka svojej vysokej frekvencii (krátka vlnová dĺžka) špeciálne vlastnosti. Tak ako svetlo, aj ultrazvukové vlny môžu vytvárať prísne nasmerované lúče. Odraz a lom týchto lúčov na rozhraní dvoch prostredí sa riadi zákonmi geometrickej optiky. Je silne absorbovaný plynmi a slabo kvapalinami. V kvapaline pod vplyvom ultrazvuku sa vytvárajú dutiny vo forme malých bubliniek s krátkodobým zvýšením tlaku vo vnútri. Ultrazvukové vlny navyše urýchľujú difúzne procesy.

Tieto vlastnosti ultrazvuku a zvláštnosti jeho interakcie s prostredím určujú jeho široké technické a medicínske využitie. Ultrazvuk sa používa v medicíne a biológii na echolokáciu, na identifikáciu a liečbu nádorov a niektorých defektov v telesných tkanivách, v chirurgii a traumatológii na rezanie mäkkých a kostných tkanív pri rôznych operáciách, na zváranie zlomených kostí, na ničenie buniek (vysokovýkonný ultrazvuk). Pri ultrazvukovej terapii sa na terapeutické účely využívajú oscilácie 800-900 kHz.

2. Vplyv ultrazvuku na ľudský organizmus

Ultrazvuk má na telo hlavne lokálny účinok, pretože sa prenáša priamym kontaktom s ultrazvukovým prístrojom, obrobkami alebo prostrediami, kde sú excitované ultrazvukové vibrácie. Ultrazvukové vibrácie generované ultrazvukovými nízkofrekvenčnými priemyselnými zariadeniami majú nepriaznivý vplyv na ľudský organizmus. Dlhodobé systematické vystavenie vzdušným ultrazvukom spôsobuje zmeny v nervovom, kardiovaskulárnom a endokrinnom systéme, sluchových a vestibulárnych analyzátoroch.

V oblasti ultrazvukových vibrácií v živých tkanivách má ultrazvuk mechanické, tepelné, fyzikálno-chemické účinky (mikromasáž buniek a tkanív). Súčasne sa aktivujú metabolické procesy a zvyšujú sa imunitné vlastnosti tela.

3. Využitie ultrazvuku v priemysle a ekonomike

Dnes sa ultrazvuk používa v obrovskom množstve priemyselných odvetví. Medzi nimi: medicína, geológia, oceliarsky priemysel, vojenský priemysel atď. Ultrazvuk sa používa mimoriadne intenzívne v geológii, existuje špeciálna veda - geofyzika.

Pomocou ultrazvuku geofyzici nachádzajú ložiská cenných minerálov a určujú hĺbku ich polohy. V zlievarenskom priemysle sa ultrazvuk používa na diagnostiku stavu kovovej kryštálovej mriežky. Pri „počúvaní“ rúr a lúčov vysokokvalitných výrobkov sa získa určitý signál, ale ak má výrobok niečo iné ako norma (hustota, konštrukčná chyba), signál bude iný, čo inžinierovi naznačí, že je chybný.

Ponorka obklopená nepriateľskými loďami má iba jeden bezpečný spôsob, ako sa skontaktovať so základňou – vysielať signál vo vodnom prostredí. Na tento účel sa používa špeciálny upravený ultrazvukový signál určitej frekvencie - je takmer nemožné zachytiť takúto správu, pretože Na to potrebujete poznať jeho frekvenciu, presný čas prenosu a „trasu“. Vyslanie signálu z člna je však tiež zložitý postup – treba brať do úvahy všetky hĺbky, teplotu vody atď. Základňa, ktorá prijíma signál a pozná čas svojej cesty, dokáže vypočítať vzdialenosť k člnu a v dôsledku toho aj jeho polohu. Ponorková flotila využíva aj špeciálne krátke ultrazvukové impulzy vysielané sonarom priamo z ponorky; impulz sa odráža od predmetov - skál, iných lodí a s jeho pomocou sa vypočíta smer a vzdialenosť k prekážke (technika požičaná od nočných predátorov - netopierov).

Ultrazvukové kúpele sa tiež používajú ako na dezinfekciu nástrojov, tak aj na kozmetické účely - masáž nôh, rúk, tváre. Veľmi účinné sú ultrazvukové zvlhčovače a dýzy vzduchu, ako aj diaľkomery (ultrazvukové impulzy využívajú aj známe rýchlostné radary dopravnej polície).

4. Perspektívy použitia ultrazvuku

V budúcnosti sa predpokladá, že ultrazvukové pulzy budú širšie využívané na kozmetické účely – vedci už využívajú ultrazvuk na čistenie pórov, osvieženie a omladenie starnúcej pleti – ultrazvukový peeling. Pracuje sa na vytvorení ultrazvukových zbraní, ako aj na vývoji ochranných systémov proti nim. Očakáva sa, že ultrazvuk bude v domácnostiach viac využívaný.

Infrazvuk

5. Čo je infrazvuk?

Rozvoj techniky a vozidiel, zdokonaľovanie technologických procesov a zariadení je sprevádzané zvyšovaním výkonu a rozmerov strojov, čo podmieňuje tendenciu zvyšovania nízkofrekvenčných komponentov v spektrách a vzniku infrazvuku, ktorý je relatívne nový, nie úplne preštudovaný faktor vo výrobnom prostredí.

Infrazvuk označuje akustické vibrácie s frekvenciou pod 20 Hz. Tento frekvenčný rozsah leží pod hranicou počuteľnosti a ľudské ucho nie je schopné vnímať vibrácie týchto frekvencií. Priemyselný infrazvuk vzniká v dôsledku rovnakých procesov ako šum počuteľných frekvencií. Najväčšiu intenzitu infrazvukových vibrácií vytvárajú stroje a mechanizmy, ktoré majú veľké plochy, ktoré vykonávajú nízkofrekvenčné mechanické vibrácie (infrazvuk mechanického pôvodu) alebo turbulentné prúdenie plynov a kvapalín (infrazvuk aerodynamického alebo hydrodynamického pôvodu). Maximálne hladiny nízkofrekvenčných akustických vibrácií z priemyselných a dopravných zdrojov dosahujú 100-110 dB.

6. Vplyv infrazvuku na ľudský organizmus

Štúdie biologického účinku infrazvuku na organizmus ukázali, že pri hladinách od 110 do 150 dB a viac môže u ľudí vyvolať nepríjemné subjektívne pocity a početné reaktívne zmeny, medzi ktoré patria zmeny v centrálnom nervovom, kardiovaskulárnom a dýchacom systéme a tiež vestibulárny analyzátor. Existujú dôkazy, že infrazvuk spôsobuje stratu sluchu predovšetkým pri nízkych a stredných frekvenciách. Závažnosť týchto zmien závisí od úrovne intenzity infrazvuku a trvania faktora.

Infrazvuk nie je v žiadnom prípade nedávno objaveným fenoménom. V skutočnosti je organistom známy už vyše 250 rokov. Mnohé katedrály a kostoly majú organové píšťaly také dlhé, že vytvárajú zvuk s frekvenciou menšou ako 20 Hz, ktorú ľudské ucho nepostrehne. Ako však zistili britskí vedci, takýto infrazvuk môže v publiku vyvolať rôzne a nie príliš príjemné pocity - melanchóliu, pocit chladu, úzkosť, chvenie v chrbtici. Ľudia vystavení infrazvuku zažívajú približne rovnaké pocity ako pri návšteve miest, kde dochádzalo k stretnutiam s duchmi.

7. Infrazvukové anomálie

Severoamerické pobrežie okolo Cape Hatteras, Floridského polostrova a ostrova Kuba tvoria obrovský reflektor. Búrka vyskytujúca sa v Atlantickom oceáne generuje infrazvukové vlny, ktoré sa odrážajú od tohto reflektora a sústreďujú sa do oblasti Bermudského trojuholníka. Kolosálne rozmery fokusačnej štruktúry naznačujú prítomnosť oblastí, kde môžu infrazvukové vibrácie dosiahnuť významné hodnoty, čo je príčinou tu vyskytujúcich sa anomálnych javov. Ako je známe, silné infrazvukové vibrácie vyvolávajú u človeka panický strach spolu s túžbou uniknúť z uzavretého priestoru. Je zrejmé, že toto správanie je dôsledkom „inštinktívnej“ reakcie na infrazvuk, ktorá sa vyvinula v dávnej minulosti ako predzvesť zemetrasenia. Práve táto reakcia spôsobuje, že posádka a cestujúci v panike opúšťajú svoju loď. Môžu nastúpiť do člnov a odplávať od svojej lode, alebo vybehnúť na palubu a hodiť sa cez palubu. Ak je intenzita infrazvuku veľmi vysoká, môžu dokonca zomrieť - ak sa dostane do rezonancie s ľudskými biorytmami, infrazvuk obzvlášť vysokej intenzity môže spôsobiť okamžitú smrť.

Infrazvuk môže spôsobiť rezonančné vibrácie lodných stožiarov, čo vedie k ich poruche (vplyv infrazvuku na konštrukčné prvky lietadla môže viesť k podobným následkom). Nízkofrekvenčné zvukové vibrácie môžu spôsobiť výskyt hustej ("ako mlieko") hmly nad oceánom, ktorá sa rýchlo objaví a tiež rýchlo zmizne. A napokon infrazvuk s frekvenciou 5-7 hertzov môže rezonovať s kyvadlom mechanických, ručných hodiniek, ktoré majú rovnakú periódu kmitania.

Je zrejmé, že podobné zaostrovacie štruktúry existujú aj v iných oblastiach sveta. Zdá sa, že panika spôsobená intenzívnymi infrazvukovými vibráciami v jednej z týchto štruktúr slúžila ako „štartovací bod“ mýtu o siréne...

Infrazvuk sa môže šíriť pod vodou a zaostrovacia štruktúra môže byť vytvorená spodnou topografiou. Zdrojom infrazvukových vibrácií môžu byť podmorské sopky a zemetrasenia. Prirodzene, tvar „krajinných“ reflektorov má k dokonalosti veľmi ďaleko. Preto by sme sa mali baviť o systéme reflexných prvkov, špecifických pre každý prípad. S rozmermi primeranými vlnovej dĺžke môže byť štruktúra rezonančná.

8. Zvieratá využívajúce infrazvuk

Americkí vedci zistili, že tigre a slony na vzájomnú komunikáciu využívajú nielen vrčanie, mrnčanie či rev a trúbenie, ale aj infrazvuk, teda zvukové signály s veľmi nízkou frekvenciou, ktoré sú pre ľudské ucho nepočuteľné. Podľa vedcov infrazvuk umožňuje zvieratám udržiavať komunikáciu na vzdialenosť až 8 kilometrov, pretože šírenie infrazvukových signálov je takmer necitlivé na rušenie spôsobené terénom a málo závisí od počasia a klimatických faktorov, ako je vlhkosť vzduchu.

Teraz majú vedci v úmysle zistiť, či frekvenčné spektrá tigrích hlasov majú individuálne vlastnosti, ktoré im umožňujú identifikovať zvieratá. To by značne uľahčilo účtovníctvo ich dobytka.

Pri štúdiu správania skupiny slonov v Portlandskej zoo v Oregone skupina výskumníkov „cítila“ neobvyklé vibrácie vo vzduchu. Pomocou sofistikovaného systému elektronickej detekcie zvuku vedci zistili, že ide o infrazvukové vlny, ktoré vyžarujú slony. Pri pozorovaní voľne sa pohybujúcich slonov v Keni výskumníci pomocou rovnakého zariadenia zaznamenali presne rovnaký typ vĺn. Vedci dospeli k záveru, že zvieratá používajú na vzájomnú komunikáciu nízkofrekvenčné zvuky na vzdialenosť niekoľkých kilometrov.

Vedci dúfajú, že v budúcnosti, keď určili význam infrazvukových signálov, prejdú k najvzrušujúcejšej fáze experimentov - nadviazanie kontaktu so slonmi s ich pomocou.

9. Perspektívy využitia infrazvuku

Teraz vedci vyvíjajú takzvanú „infrazvukovú zbraň“. Nízkofrekvenčné zvukové vlny sa tu plánujú použiť ako „generátor paniky“. V tomto prípade je infrazvuk oveľa pohodlnejší ako vysokofrekvenčné vlny, pretože sám o sebe predstavuje hrozbu pre ľudské zdravie. Frekvencie nášho nervového systému a srdca ležia v infrazvukovom rozsahu – 6 Hz. Emulácia týchto frekvencií vedie k zlému zdraviu, bezdôvodnému strachu, panike, šialenstvu a nakoniec k smrti.

10. Záver

Po dokončení tejto práce - zhromaždení, spracovaní a zhrnutí veľkého množstva materiálu o tomto probléme sme sa veľa naučili o povahe zvuku. O nebezpečenstve, ktoré môže predstavovať pre ľudský organizmus, a o tom, aké široké využitie môže mať v domácnosti. Najzaujímavejšia hypotéza pre nás bola o povahe „úcty“, hrôzy ľudí v chráme. Za veľmi sľubné považujeme výskum spôsobov komunikácie so zvieratami a samozrejme využitie infrazvuku na predpovedanie miesta a času budúcich erupcií a zemetrasení.

Ultrazvuk– elastické vibrácie s frekvenciou nad 20 tisíc Hz. Môže pochádzať z mechanických, elektromagnetických a tepelných zdrojov. So zvyšujúcou sa frekvenciou ultrazvukových vibrácií sa zvyšuje ich absorpcia prostredím a znižuje sa hĺbka prieniku do ľudského tkaniva. Absorpcia ultrazvuku je sprevádzaná zahrievaním média. Ultrazvuk sa delí na:

nízka frekvencia

· vysoká frekvencia;

· vzduch;

· kontakt.

Nízkofrekvenčné zvukové vibrácie sa dobre šíria vzduchom.

V súčasnosti je ultrazvuk široko používaný v rôznych oblastiach techniky a priemyslu, najmä na analýzu a kontrolu: detekcia chýb, štruktúrna analýza látok, určovanie fyzikálnych a chemických vlastností materiálov atď.

Technologické procesy: čistenie a odmasťovanie dielov, mechanické opracovanie tvrdých a krehkých materiálov, zváranie, spájkovanie, pocínovanie, elektrolytické procesy, urýchľovanie chemických reakcií - využívajú ultrazvukové vibrácie nízkej frekvencie od 18 do 30 KHz a vysokého výkonu - do 6- 7 W/cm². Najbežnejšími zdrojmi ultrazvuku sú piezoelektrické a magnetické prevodníky. Okrem toho v priemyselných podmienkach sa LF ultrazvuk často vytvára počas aerodynamických procesov: prevádzka prúdových motorov, plynových turbín, výkonných vzduchových motorov atď.

Ultrazvuk sa rozšíril v medicíne na liečbu ochorení chrbtice, kĺbov, periférneho nervového systému, ako aj na vykonávanie chirurgických operácií a diagnostiky. V roku 2002 americkí vedci vyvinuli metódu na odstránenie mozgových nádorov, ktoré nie sú prístupné konvenčnej chirurgickej liečbe. Je založená na princípe používanom pri odstraňovaní šedého zákalu - rozdrvenie patologického útvaru fokusovaným ultrazvukom.

V roku 2006 vyvinuli lekári z Kanadskej univerzity v Alberte technológiu, pomocou ktorej sa naučili využívať pulzujúci ultrazvuk s nízkou intenzitou na stimuláciu opätovného rastu vyrazených a vypadnutých zubov.

Diagnostický ultrazvuk sa intenzívne využíva už tri desaťročia počas tehotenstva a pri ochoreniach jednotlivých orgánov. Ultrazvuk, ktorý sa stretne s prekážkou vo forme ľudských alebo fetálnych orgánov, určuje ich prítomnosť a veľkosť. Intenzita najčastejšie používaného terapeutického ultrazvuku nepresahuje 0,2-0,4 W/cm²; Frekvencia ultrazvukových vibrácií používaných na diagnostiku sa pohybuje od 800 kHz do 20 MHz, intenzita sa pohybuje od 0,01 do 20 W/cm² alebo viac. Neurochirurgia využíva elektronické zariadenia s výkonným zaostreným vysokofrekvenčným (asi 1000 kHz) lúčom.

Biologický účinok expozície na telo závisí od intenzity, trvania expozície a veľkosti tela vystaveného ultrazvuku.

Dlhodobé systematické pôsobenie ultrazvuku šíriaceho sa vzduchom spôsobuje funkčné poruchy nervového, kardiovaskulárneho, endokrinného systému, sluchových a vestibulárnych analyzátorov.

Ľudia pracujúci na ultrazvukových prístrojoch pociťujú ťažkú ​​asténiu, vaskulárnu hypotenziu a zníženie elektrickej aktivity srdca a mozgu. Pozorujú sa zmeny v centrálnom nervovom systéme reflexnej povahy - pocit strachu v tme, v obmedzenom priestore; náhle záchvaty so zvýšenou srdcovou frekvenciou, nadmerné potenie, kŕče v žalúdku, črevách a žlčníku.

Najtypickejšími príznakmi sú vegetatívno-vaskulárna dystónia so sťažnosťami na silnú únavu, bolesti hlavy a pocit tlaku v hlave, ťažkosti s koncentráciou, inhibíciu myšlienkového procesu a nespavosť.

Kontaktný účinok vysokofrekvenčného ultrazvuku na ruky vedie k narušeniu kapilárneho krvného obehu v rukách a zníženiu citlivosti na bolesť. Zistilo sa, že ultrazvukové vibrácie môžu spôsobiť zmeny v štruktúre kostí so znížením hustoty kostí.

Infrazvuk– elastické vlny, podobné zvukovým vlnám, ale s frekvenciami nižšími ako sú tie, ktoré počujú ľudia. Typicky sa 16-25 Hz považuje za hornú hranicu infrazvukového rozsahu (IS), dolná hranica nie je definovaná. Infrazvuk je obsiahnutý v hluku atmosféry, lesa a mora. Zdrojmi IR oscilácií sú výboje blesku (hrom), výbuchy a výstrely z pištole. IZ oscilácie sú pozorované v zemskej kôre, excitované rôznymi zdrojmi, vrátane zemetrasení, výbuchov, zosuvov pôdy a vozidiel.

Infrazvuk je slabo absorbovaný v rôznych prostrediach, takže môže cestovať na veľmi veľké vzdialenosti. To má praktické využitie pri určovaní polohy epicentra zemetrasenia, veľkého výbuchu alebo strelnej zbrane. Šírenie žiarenia na veľké vzdialenosti na mori umožňuje predpovedať prírodné katastrofy (tsunami). Výbuchy, ktoré generujú široký rozsah IR frekvencií, sa používajú na štúdium horných vrstiev atmosféry a vlastností vodného prostredia.

Rozvoj priemyselnej výroby a dopravy viedol k výraznému nárastu zdrojov infrazvuku v životnom prostredí a zvýšeniu jeho úrovne. Hlavné umelé zdroje infrazvuku v meste sú uvedené v tabuľke (tabuľka 3):

Tabuľka 3

Vo výrobných podmienkach sa infrazvuk zvyčajne kombinuje s nízkofrekvenčným hlukom, v niektorých prípadoch aj s nízkofrekvenčným chvením.

Koncom 60. rokov francúzsky výskumník Gavreau zistil, že infrazvukové vlny určitých frekvencií môžu spôsobiť úzkosť a nepokoj, bolesti hlavy, znížiť pozornosť a výkonnosť, narušiť funkciu vestibulárneho systému a spôsobiť krvácanie z nosa a uší. Profesor Gavreau navrhol, že biologický účinok infrazvuku sa prejaví, ak sa frekvencia vlny zhoduje s alfa rytmom ľudského mozgu.

Mechanizmus vnímania infrazvuku a jeho fyziologický účinok na človeka ešte nie je úplne stanovený. Je možné, že je spojená s budením rezonančných kmitov v tele. Prirodzená frekvencia nášho vestibulárneho aparátu sa teda blíži k 6 Hz a veľa ľudí pozná nepríjemné pocity pri dlhšej jazde v autobuse, vlaku, plavbe na lodi alebo hojdaní sa na hojdačke. Infrazvuk s frekvenciou 7 Hz je smrteľný. Schopnosť infrazvuku vyvolať strach využíva polícia v mnohých krajinách sveta: na rozptýlenie davu sa zapínajú výkonné generátory, ktorých frekvencie sa líšia o 5-9 Hz. Žiarenia vznikajúce v dôsledku rozdielu frekvencií týchto generátorov majú frekvenciu IZ a spôsobujú u mnohých ľudí nevedomý pocit strachu a túžbu čo najrýchlejšie odísť.

Vplyvom infrazvuku sa môžu vizuálne obrazy vytvorené ľavým a pravým okom líšiť, horizont sa začína skresľovať a vznikajú problémy s orientáciou v priestore. Podobné pocity spôsobuje pulzácia svetla s frekvenciou 4-8 Hz. Dokonca egyptskí kňazi, aby potlačili psychiku a získali od zajatca spoveď, ho zviazali a pomocou zrkadiel mu nasmerovali do očí pulzujúci slnečný lúč. Väzeň po nejakom čase začal mať kŕče, začala mu peniť z úst a odpovedal na otázky.

Keď je telo vystavené infrazvuku na úrovni 110-150 dB, môže dôjsť k poruchám v centrálnom nervovom systéme, kardiovaskulárnom systéme, dýchacom systéme a vestibulárnom analyzátore. Objavujú sa sťažnosti na bolesti hlavy, závraty, zvonenie v ušiach a hlave, zníženú pozornosť a výkonnosť. Môže sa objaviť pocit strachu, ospalosti, ťažkosti s rozprávaním, nerovnováha, úzkosť a neistota a emočná nestabilita.

Ultrazvuk je zvuk, ktorého frekvencia je nad hornou hranicou počuteľnosti pre normálne ľudské ucho. Ultrazvukové zariadenia pracujú na frekvenciách od 20 kHz do niekoľkých gigahertzov.

Obrázok 1. Frekvenčné rozsahy

Ultrazvuk vo voľnej prírode

Netopiere používajú vysokofrekvenčné (krátke vlnové dĺžky) ultrazvukové vlny na zlepšenie ich schopnosti loviť. Typickou korisťou netopiera je nočný motýľ – predmet, ktorý nie je oveľa väčší ako samotný netopier. Netopiere používajú techniky ultrazvukovej echolokácie na detekciu svojich príbuzných vo vzduchu.

Obrázok 2. Netopiere používajú ultrazvuk na navigáciu v tme.

Ale prečo ultrazvuk? Odpoveď na túto otázku spočíva vo fyzike difrakcie. Keďže vlnová dĺžka je kratšia ako prekážka, na ktorú narazí, vlna sa už okolo nej nemôže rozptýliť, a preto sa odráža. Netopiere používajú ultrazvukové vlny s vlnovými dĺžkami menšími ako je veľkosť ich koristi. Tieto zvukové vlny sa zrazia s korisťou a namiesto toho, aby sa ohýbali okolo koristi, odrazia sa od koristi, čo umožní myši loviť pomocou echolokácie.

Psy s normálnym sluchom môžu počuť ultrazvuk.

Zubaté veľryby, vrátane delfínov, môžu počuť ultrazvuk a používať takéto zvuky vo svojom navigačnom systéme (biosonar).

Metódy na získanie ultrazvuku

1. Mechanická metóda- vibračné systémy (struny, elastické dosky, rúrky).
2. Tepelná metóda- od elektrických výbojov v kvapalinách a plynoch, cez neustále zvyšovanie teploty alebo pulzný prúd.
3. Optická metóda- Laser môže produkovať elastické vlny v širokom rozsahu ultrazvukových frekvencií.

Infrazvuk

Definícia 1

Infrazvuk- zvukové vlny, ktoré ľudské ucho nedokáže počuť, pretože ich frekvencia je príliš nízka.

Obrázok 3. Veterné elektrárne produkujú infrazvuk

Infrazvuk sa vyznačuje schopnosťou cestovať na veľké vzdialenosti a schopnosťou vyhýbať sa prekážkam a má tiež veľmi dlhú vlnovú dĺžku – cez $17$ m.

Prírodné zdroje infrazvuku sú: búrky, vlny, lavíny, zemetrasenia, sopky, vodopády, blesky.

Vystavenie infrazvuku

Infrazvukové frekvencie sa merajú od $ 0,1 $ do $ 20 $ Hz. Infrazvuk alebo zvukové frekvencie pod 20 $ Hz ucho nevníma.

Poznámka 1

Výskum účinkov infrazvuku sa vykonáva najmä na zvieratách, preto nie je možné úplne pochopiť vplyv infrazvuku na ľudský organizmus. Mnohé štúdie dokazujú, že pri vystavení vysokým hladinám infrazvuku sa môže objaviť nasledovné: pocit tlaku v ušiach, nepohodlie, nadmerná únava, ospalosť až apatia a depresia. Štúdie na zvieratách ukázali, že veľmi vysoká intenzita infrazvuku môže spôsobiť vážne poškodenie štruktúry ucha. Neexistujú však žiadne spoľahlivé štúdie, ktoré by naznačovali, že zdroje infrazvuku sú škodlivé v každodennom živote. Iba vystavenie veľmi vysokým frekvenciám tohto typu zvuku môže byť nebezpečné pre vaše zdravie. Výsledky predchádzajúcich výskumov v tejto oblasti sú zmiešané a citlivosť sa líši od človeka k človeku.

Je známe, že zvieratá cítia infrazvukové vlny prechádzajúce zemou v dôsledku prírodných katastrof a môžu ich použiť ako varovanie. Nedávnym príkladom tohto javu je zemetrasenie a cunami v Indickom oceáne v roku 2004. Zvieratá začali utekať pred cunami pri pobreží Ázie. Nie je s istotou známe, či to bola presná príčina, ale niektorí veria, že to mohol byť vplyv elektromagnetických vĺn a nie infrazvukových vĺn, ktoré prinútili tieto zvieratá k úteku.

Príklad 1

Netopier letí kolmo na stenu rýchlosťou $6,0\ (m)/(s)$, pričom vyžaruje ultrazvuk s frekvenciou $v=45\ kHz$. Aké dve zvukové frekvencie $v_1$ a $v_2$ počuje netopier? Rýchlosť šírenia zvuku vo vzduchu je $c=340\ (m)/(s)$.

Podľa Dopplerovho princípu je frekvencia zvuku vnímaná pozorovateľom určená vzorcom

Podľa podmienok

(2) -- rýchlosť pálky.

Netopier bude počuť zvuk a odrazí sa od steny. Pre priamy zvuk zo vzorca (1) máme

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

Odpoveď: $\ v_1=45\ kHz$, $((\mathbf v))_((\mathbf 2))(\mathbf =)(\mathbf 46),(\mathbf 6)(\mathbf \ kHz)$ .

1. Vysielače a prijímače ultrazvuku.

2. Absorpcia ultrazvuku v látke. Akustické toky a kavitácia.

3. Odraz ultrazvuku. Zvukové videnie.

4. Biofyzikálny účinok ultrazvuku.

5. Využitie ultrazvuku v medicíne: terapia, chirurgia, diagnostika.

6. Infrazvuk a jeho zdroje.

7. Vplyv infrazvuku na človeka. Využitie infrazvuku v medicíne.

8. Základné pojmy a vzorce. Tabuľky.

9. Úlohy.

ultrazvuk - elastické vibrácie a vlny s frekvenciami približne od 20x10 3 Hz (20 kHz) do 10 9 Hz (1 GHz). Bežne sa nazýva frekvenčný rozsah ultrazvuku od 1 do 1000 GHz hyperzvuk. Ultrazvukové frekvencie sú rozdelené do troch rozsahov:

ULF - nízkofrekvenčný ultrazvuk (20-100 kHz);

USCh - stredofrekvenčný ultrazvuk (0,1-10 MHz);

UHF - vysokofrekvenčný ultrazvuk (10-1000 MHz).

Každý rad má svoje vlastné charakteristiky medicínskeho použitia.

5.1. Ultrazvukové žiariče a prijímače

Elektromechanické žiariče A ultrazvukové prijímače využiť jav piezoelektrického javu, ktorého podstata je znázornená na obr. 5.1.

Kryštalické dielektrika, ako je kremeň, Rochellova soľ atď., majú výrazné piezoelektrické vlastnosti.

Ultrazvukové žiariče

Elektromechanické Ultrazvukový žiarič využíva jav inverzného piezoelektrického javu a pozostáva z nasledujúcich prvkov (obr. 5.2):

Ryža. 5.1. A - priamy piezoelektrický efekt: stlačenie a natiahnutie piezoelektrickej dosky vedie k vzniku potenciálneho rozdielu zodpovedajúceho znamienka;

b - reverzný piezoelektrický efekt: v závislosti od znamienka rozdielu potenciálu aplikovaného na piezoelektrickú dosku sa stlačí alebo natiahne

Ryža. 5.2. Ultrazvukový žiarič

1 - dosky vyrobené z látky s piezoelektrickými vlastnosťami;

2 - elektródy uložené na jeho povrchu vo forme vodivých vrstiev;

3 - generátor, ktorý dodáva elektródam striedavé napätie požadovanej frekvencie.

Keď sa na elektródy (2) z generátora (3) privedie striedavé napätie, doska (1) sa periodicky naťahuje a stláča. Vyskytujú sa vynútené oscilácie, ktorých frekvencia sa rovná frekvencii zmien napätia. Tieto vibrácie sa prenášajú na častice prostredia a vytvárajú mechanické vlnenie s príslušnou frekvenciou. Amplitúda kmitov častíc média v blízkosti žiariča sa rovná amplitúde kmitov platne.

Medzi vlastnosti ultrazvuku patrí možnosť získať vlny vysokej intenzity aj s relatívne malými amplitúdami vibrácií, pretože pri danej amplitúde je hustota

Ryža. 5.3. Zaostrenie ultrazvukového lúča vo vode pomocou plankonkávnej plexi šošovky (ultrazvuková frekvencia 8 MHz)

tok energie je úmerný druhá mocnina frekvencie(pozri vzorec 2.6). Maximálna intenzita ultrazvukového žiarenia je určená vlastnosťami materiálu žiaričov, ako aj charakteristikami podmienok ich použitia. Rozsah intenzity pre generáciu v USA v oblasti USF je extrémne široký: od 10 -14 W/cm 2 do 0,1 W/cm 2 .

Na mnohé účely sú potrebné výrazne vyššie intenzity ako tie, ktoré je možné získať z povrchu žiariča. V týchto prípadoch môžete použiť zaostrenie. Obrázok 5.3 ukazuje zaostrenie ultrazvuku pomocou plexisklovej šošovky. Na získanie veľmi veľký intenzity ultrazvuku využívajú zložitejšie metódy zaostrovania. V ohnisku paraboloidu, ktorého vnútorné steny sú tvorené mozaikou z kremenných doštičiek alebo piezokeramikou z bárnatého titanitu, je možné pri frekvencii 0,5 MHz získať intenzity ultrazvuku až 10 5 W/cm 2 . vo vode.

Ultrazvukové prijímače

Elektromechanické Ultrazvukové prijímače(obr. 5.4) využívajú jav priameho piezoelektrického javu. V tomto prípade pod vplyvom ultrazvukovej vlny dochádza k vibráciám kryštálovej platne (1),

Ryža. 5.4. Ultrazvukový prijímač

v dôsledku čoho sa na elektródach (2) objaví striedavé napätie, ktoré je zaznamenané záznamovým systémom (3).

Vo väčšine zdravotníckych zariadení sa ako prijímač používa aj generátor ultrazvukových vĺn.

5.2. Absorpcia ultrazvuku v látke. Akustické toky a kavitácia

Z hľadiska svojej fyzikálnej podstaty sa ultrazvuk nelíši od zvuku a je to mechanické vlnenie. Ako sa šíri, vytvárajú sa striedajúce sa oblasti kondenzácie a riedenia častíc média. Rýchlosť šírenia ultrazvuku a zvuku v médiách je rovnaká (vo vzduchu ~ 340 m/s, vo vode a mäkkých tkanivách ~ 1500 m/s). Vysoká intenzita a krátka dĺžka ultrazvukových vĺn však dáva vznik množstvu špecifických vlastností.

Pri šírení ultrazvuku v látke dochádza k nevratnému prechodu energie zvukovej vlny na iné druhy energie, najmä na teplo. Tento jav sa nazýva absorpcia zvuku. Pokles amplitúdy vibrácií častíc a intenzity ultrazvuku v dôsledku absorpcie je exponenciálny:

kde A, A 0 sú amplitúdy vibrácií častíc média na povrchu látky a v hĺbke h; I, I 0 - zodpovedajúce intenzity ultrazvukovej vlny; α - absorpčný koeficient, v závislosti od frekvencie ultrazvukovej vlny, teploty a vlastností média.

Absorpčný koeficient - prevrátená hodnota vzdialenosti, pri ktorej sa amplitúda zvukovej vlny zníži o faktor „e“.

Čím vyšší je absorpčný koeficient, tým silnejšie médium absorbuje ultrazvuk.

Absorpčný koeficient (α) sa zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou ultrazvuku. Preto je útlm ultrazvuku v médiu mnohonásobne vyšší ako útlm počuteľného zvuku.

Spolu s absorpčný koeficient, Ako charakteristika sa používa aj absorpcia ultrazvuku polovičná hĺbka absorpcie(H), ktorý s ním súvisí inverzným vzťahom (H = 0,347/α).

Hĺbka polovičnej absorpcie(H) je hĺbka, v ktorej sa intenzita ultrazvukovej vlny zníži na polovicu.

Hodnoty absorpčného koeficientu a polovičnej hĺbky absorpcie v rôznych tkanivách sú uvedené v tabuľke. 5.1.

V plynoch a najmä vo vzduchu sa ultrazvuk šíri s vysokým útlmom. Kvapaliny a pevné látky (najmä monokryštály) sú spravidla dobrými vodičmi ultrazvuku a útlm v nich je oveľa menší. Napríklad vo vode je útlm ultrazvuku, ak sú ostatné veci rovnaké, približne 1000-krát menší ako vo vzduchu. Preto sa oblasti použitia ultrazvukovej frekvencie a ultrazvukovej frekvencie týkajú takmer výlučne kvapalín a pevných látok a vo vzduchu a plynoch sa používa iba ultrazvuková frekvencia.

Uvoľňovanie tepla a chemické reakcie

Absorpcia ultrazvuku látkou je sprevádzaná prechodom mechanickej energie na vnútornú energiu látky, čo vedie k jej zahrievaniu. K najintenzívnejšiemu ohrevu dochádza v oblastiach susediacich s rozhraniami, keď sa koeficient odrazu blíži k jednotke (100 %). Je to spôsobené tým, že v dôsledku odrazu sa intenzita vlny v blízkosti hranice zvyšuje a podľa toho sa zvyšuje množstvo absorbovanej energie. Dá sa to overiť experimentálne. Ultrazvukový žiarič musíte pripevniť na mokrú ruku. Čoskoro sa na opačnej strane dlane objaví pocit (podobný bolesti pri popálení), spôsobený ultrazvukom odrazeným od rozhrania koža-vzduch.

Tkanivá so zložitou štruktúrou (pľúca) sú citlivejšie na zahrievanie ultrazvukom ako homogénne tkanivá (pečeň). Na rozhraní medzi mäkkým tkanivom a kosťou vzniká relatívne veľa tepla.

Lokálne zahrievanie tkanív o zlomok stupňa podporuje životnú aktivitu biologických objektov a zvyšuje intenzitu metabolických procesov. Dlhodobá expozícia však môže spôsobiť prehriatie.

V niektorých prípadoch sa využíva fokusovaný ultrazvuk na lokálne ovplyvnenie jednotlivých štruktúr tela. Tento efekt umožňuje dosiahnuť riadenú hypertermiu, t.j. zahrievanie na 41-44 °C bez prehriatia susedných tkanív.

Zvýšenie teploty a veľké poklesy tlaku, ktoré sprevádzajú prechod ultrazvuku, môžu viesť k tvorbe iónov a radikálov, ktoré môžu interagovať s molekulami. V tomto prípade môže dôjsť k chemickým reakciám, ktoré nie sú za normálnych podmienok uskutočniteľné. Chemický účinok ultrazvuku sa prejavuje najmä štiepením molekuly vody na H+ a OH- radikály s následným vznikom peroxidu vodíka H2O2.

Akustické toky a kavitácia

Ultrazvukové vlny vysokej intenzity sú sprevádzané množstvom špecifických efektov. Šírenie ultrazvukových vĺn v plynoch a kvapalinách je teda sprevádzané pohybom média, ktorý sa nazýva akustické prúdenie (obr. 5.5, Obr. A). Pri frekvenciách v frekvenčnom rozsahu ultrazvuku v ultrazvukovom poli s intenzitou niekoľko W/cm2 môže dochádzať k tryskaniu kvapaliny (obr. 5.5, Obr. b) a striekaním, aby sa vytvorila veľmi jemná hmla. Táto vlastnosť šírenia ultrazvuku sa využíva v ultrazvukových inhalátoroch.

Medzi dôležité javy, ktoré vznikajú pri šírení intenzívneho ultrazvuku v kvapalinách, patrí akustický kavitácia - rast bublín z existujúcich v ultrazvukovom poli

Ryža. 5.5. a) akustický tok, ktorý vzniká, keď sa ultrazvuk šíri v benzéne s frekvenciou 5 MHz; b) fontána kvapaliny vytvorená pri dopade ultrazvukového lúča z vnútra kvapaliny na jej povrch (ultrazvuková frekvencia 1,5 MHz, intenzita 15 W/cm2)

submikroskopické zárodky plynu alebo pary v kvapalinách až do veľkosti zlomku mm, ktoré začnú pulzovať pri ultrazvukovej frekvencii a kolabujú vo fáze pretlaku. Pri kolapse plynových bublín vznikajú veľké lokálne tlaky rádovo tisíc atmosfér vznikajú guľovité rázové vlny. Takýto intenzívny mechanický účinok na častice obsiahnuté v kvapaline môže viesť k rôznym účinkom, vrátane deštruktívnych, a to aj bez vplyvu tepelného účinku ultrazvuku. Mechanické účinky sú obzvlášť významné pri vystavení sústredenému ultrazvuku.

Ďalším dôsledkom kolapsu kavitačných bublín je silné zahriatie ich obsahu (až na teplotu cca 10 000 °C), sprevádzané ionizáciou a disociáciou molekúl.

Fenomén kavitácie je sprevádzaný eróziou pracovných plôch žiaričov, poškodením buniek atď. Tento jav však vedie aj k množstvu priaznivých účinkov. Napríklad v oblasti kavitácie dochádza k zvýšenému miešaniu látky, ktorá sa používa na prípravu emulzií.

5.3. Ultrazvukový odraz. Zvukové videnie

Rovnako ako všetky typy vĺn, aj ultrazvuk je charakterizovaný javmi odrazu a lomu. Tieto javy sú však badateľné len vtedy, keď je veľkosť nehomogenít porovnateľná s vlnovou dĺžkou. Dĺžka ultrazvukovej vlny je podstatne menšia ako dĺžka zvukovej vlny (λ = v/v). Dĺžky zvukových a ultrazvukových vĺn v mäkkých tkanivách pri frekvenciách 1 kHz a 1 MHz sú teda rovnaké: λ = 1500/1000 = 1,5 m;

1500/1 000 000 = 1,5x10 -3 m = 1,5 mm. V súlade s vyššie uvedeným teleso s veľkosťou 10 cm prakticky neodráža zvuk s vlnovou dĺžkou λ = 1,5 m, ale je reflektorom pre ultrazvukové vlnenie s λ = 1,5 mm.

Účinnosť odrazu je určená nielen geometrickými vzťahmi, ale aj koeficientom odrazu r, ktorý závisí od pomeru vlnový odpor média x(pozri vzorce 3.8, 3.9):

Pre hodnoty x blízke 0 je odraz takmer úplný. To je prekážkou prenosu ultrazvuku zo vzduchu do mäkkých tkanív (x = 3x10 -4, r= 99,88 %). Ak sa ultrazvukový žiarič aplikuje priamo na pokožku človeka, ultrazvuk neprenikne dovnútra, ale bude sa odrážať od tenkej vrstvy vzduchu medzi žiaričom a pokožkou. V tomto prípade malé hodnoty X hrať negatívnu rolu. Na odstránenie vzduchovej vrstvy je povrch pokožky pokrytý vrstvou vhodného lubrikantu (vodné želé), ktorý pôsobí ako prechodné médium, ktoré znižuje odraz. Naopak, na zistenie nehomogenít v stredných, malých hodnotách X sú pozitívnym faktorom.

Hodnoty koeficientu odrazu na hraniciach rôznych tkanív sú uvedené v tabuľke. 5.2.

Intenzita prijatého odrazeného signálu závisí nielen od veľkosti koeficientu odrazu, ale aj od miery absorpcie ultrazvuku prostredím, v ktorom sa šíri. Absorpcia ultrazvukovej vlny vedie k tomu, že echo signál odrazený od štruktúry umiestnenej v hĺbke je oveľa slabší ako ten, ktorý vzniká pri odraze od podobnej štruktúry umiestnenej blízko povrchu.

Na základe odrazu ultrazvukových vĺn od nehomogenít zvukové videnie, používa sa pri lekárskych ultrazvukových vyšetreniach (ultrazvuk). V tomto prípade sa ultrazvuk odrazený od nehomogenít (jednotlivých orgánov, nádorov) premení na elektrické vibrácie a tie na svetlo, čo umožňuje vidieť určité predmety na obrazovke v prostredí nepriehľadnom pre svetlo. Obrázok 5.6 ukazuje obrázok

Ryža. 5.6. Obrázok 17-týždňového ľudského plodu získaný pomocou 5 MHz ultrazvuku

ľudský plod vo veku 17 týždňov, získaný pomocou ultrazvuku.

Pri frekvenciách v ultrazvukovom rozsahu bol vytvorený ultrazvukový mikroskop - zariadenie podobné bežnému mikroskopu, ktorého výhodou oproti optickému mikroskopu je, že pre biologický výskum nie je potrebné predbežné farbenie objektu. Obrázok 5.7 ukazuje fotografie červených krviniek získaných optickým a ultrazvukovým mikroskopom.

Ryža. 5.7. Fotografie červených krviniek získané optickým (a) a ultrazvukovým (b) mikroskopom

So zvyšujúcou sa frekvenciou ultrazvukových vĺn sa zvyšuje rozlišovacia schopnosť (dajú sa zistiť menšie nehomogenity), ale ich schopnosť prieniku klesá, t.j. hĺbka, v ktorej možno skúmať štruktúry záujmu, klesá. Preto je frekvencia ultrazvuku zvolená tak, aby kombinovala dostatočné rozlíšenie s požadovanou hĺbkou vyšetrenia. Na ultrazvukové vyšetrenie štítnej žľazy umiestnenej priamo pod kožou sa teda používajú vlny s frekvenciou 7,5 MHz a na vyšetrenie brušných orgánov s frekvenciou 3,5-5,5 MHz. Okrem toho sa berie do úvahy aj hrúbka tukovej vrstvy: pre tenké deti sa používa frekvencia 5,5 MHz a pre deti a dospelých s nadváhou frekvencia 3,5 MHz.

5.4. Biofyzikálny účinok ultrazvuku

Keď ultrazvuk pôsobí na biologické objekty v ožarovaných orgánoch a tkanivách vo vzdialenosti rovnajúcej sa polovici vlnovej dĺžky, môžu vzniknúť tlakové rozdiely od jednotiek až po desiatky atmosfér. Takéto intenzívne vplyvy vedú k rôznym biologickým účinkom, ktorých fyzikálna podstata je daná kombinovaným pôsobením mechanických, tepelných a fyzikálno-chemických javov sprevádzajúcich šírenie ultrazvuku v prostredí.

Všeobecné účinky ultrazvuku na tkanivá a telo ako celok

Biologický účinok ultrazvuku, t.j. zmeny spôsobené v životnej činnosti a štruktúrach biologických objektov pri pôsobení ultrazvuku sú determinované najmä jeho intenzitou a trvaním ožiarenia a môžu mať pozitívny aj negatívny vplyv na životnú aktivitu organizmov. Mechanické vibrácie častíc, ktoré sa vyskytujú pri relatívne nízkych intenzitách ultrazvuku (do 1,5 W/cm 2), teda vytvárajú určitý druh mikromasáže tkanív, podporujúci lepší metabolizmus a lepšie zásobovanie tkanív krvou a lymfou. Miestne zahrievanie tkanív zlomkami a jednotkami stupňov spravidla podporuje životnú aktivitu biologických objektov a zvyšuje intenzitu metabolických procesov. Ultrazvukové vlny malý A priemer intenzity vyvolávajú pozitívne biologické účinky v živých tkanivách, stimulujú výskyt normálnych fyziologických procesov.

Úspešné využitie ultrazvuku v týchto intenzitách sa používa v neurológii na rehabilitáciu chorôb, ako je chronická radikulitída, polyartritída, neuritída a neuralgia. Ultrazvuk sa používa pri liečbe ochorení chrbtice a kĺbov (zničenie usadenín soli v kĺboch ​​a dutinách); pri liečbe rôznych komplikácií po poškodení kĺbov, väzov, šliach a pod.

Ultrazvuk vysokej intenzity (3-10 W/cm2) má škodlivý vplyv na jednotlivé orgány a ľudské telo ako celok. Vysoká intenzita ultrazvuku môže spôsobiť

v biologických prostrediach akustickej kavitácie, sprevádzané mechanickou deštrukciou buniek a tkanív. Dlhodobé intenzívne pôsobenie ultrazvuku môže viesť k prehriatiu biologických štruktúr a ich zničeniu (denaturácia bielkovín a pod.). Vystavenie intenzívnemu ultrazvuku môže mať aj dlhodobé následky. Napríklad pri dlhšom pôsobení ultrazvuku s frekvenciou 20-30 kHz, ktorý sa vyskytuje v niektorých priemyselných podmienkach, sa u človeka objavia poruchy nervového systému, zvyšuje sa únava, výrazne stúpa teplota, dochádza k poruchám sluchu.

Veľmi intenzívny ultrazvuk je pre človeka smrteľný. V Španielsku tak bolo 80 dobrovoľníkov vystavených ultrazvukovým turbulentným motorom. Výsledky tohto barbarského experimentu boli katastrofálne: 28 ľudí zomrelo, zvyšok bol úplne alebo čiastočne paralyzovaný.

Tepelný efekt vyvolaný vysokointenzívnym ultrazvukom môže byť veľmi významný: pri ultrazvukovom ožiarení výkonom 4 W/cm2 po dobu 20 s sa teplota telesných tkanív v hĺbke 2-5 cm zvýši o 5-6 °C.

Aby sa predišlo chorobám z povolania medzi ľuďmi pracujúcimi na ultrazvukových zariadeniach, keď je možný kontakt so zdrojmi ultrazvukových vibrácií, je potrebné použiť 2 páry rukavíc na ochranu rúk: vonkajšia guma a vnútorná bavlna.

Účinok ultrazvuku na bunkovej úrovni

Biologický účinok ultrazvuku môže byť tiež založený na sekundárnych fyzikálno-chemických účinkoch. Počas tvorby akustických tokov teda môže dôjsť k zmiešaniu vnútrobunkových štruktúr. Kavitácia vedie k prerušeniu molekulárnych väzieb v biopolyméroch a iných životne dôležitých zlúčeninách a k rozvoju redoxných reakcií. Ultrazvuk zvyšuje priepustnosť biologických membrán, v dôsledku čoho sa v dôsledku difúzie urýchľujú metabolické procesy. Zmena prietoku rôznych látok cez cytoplazmatickú membránu vedie k zmenám v zložení vnútrobunkového prostredia a bunkového mikroprostredia. To ovplyvňuje rýchlosť biochemických reakcií s účasťou enzýmov, ktoré sú citlivé na obsah určitých resp

iné ióny. V niektorých prípadoch môže zmena zloženia prostredia vo vnútri bunky viesť k zrýchleniu enzymatických reakcií, čo sa pozoruje pri vystavení buniek ultrazvuku s nízkou intenzitou.

Mnohé vnútrobunkové enzýmy sú aktivované iónmi draslíka. So zvyšujúcou sa intenzitou ultrazvuku je preto pravdepodobnejší účinok potláčania enzymatických reakcií v bunke, keďže v dôsledku depolarizácie bunkových membrán klesá koncentrácia draselných iónov v intracelulárnom prostredí.

Účinok ultrazvuku na bunky môže byť sprevádzaný nasledujúcimi javmi:

Porušenie mikroprostredia bunkových membrán vo forme zmien koncentračných gradientov rôznych látok v blízkosti membrán, zmeny viskozity prostredia vo vnútri a mimo bunky;

Zmeny permeability bunkových membrán vo forme zrýchlenia normálnej a uľahčenej difúzie, zmeny účinnosti aktívneho transportu, narušenie štruktúry membrány;

Porušenie zloženia vnútrobunkového prostredia vo forme zmien koncentrácie rôznych látok v bunke, zmeny viskozity;

Zmeny v rýchlostiach enzymatických reakcií v bunke v dôsledku zmien optimálnych koncentrácií látok potrebných pre fungovanie enzýmov.

Zmena permeability bunkových membrán je univerzálnou odpoveďou na pôsobenie ultrazvuku bez ohľadu na to, ktorý z ultrazvukových faktorov pôsobiacich na bunku v konkrétnom prípade dominuje.

Pri dostatočne vysokej intenzite ultrazvuku dochádza k deštrukcii membrány. Rôzne bunky však majú rôzny odpor: niektoré bunky sú zničené pri intenzite 0,1 W/cm2, iné pri 25 W/cm2.

V určitom rozsahu intenzity sú pozorované biologické účinky ultrazvuku reverzibilné. Horná hranica tohto intervalu 0,1 W/cm 2 pri frekvencii 0,8-2 MHz je akceptovaná ako prahová hodnota. Prekročenie tohto limitu vedie k výrazným deštruktívnym zmenám v bunkách.

Zničenie mikroorganizmov

Ultrazvukové ožarovanie s intenzitou presahujúcou prah kavitácie sa používa na ničenie baktérií a vírusov prítomných v kvapaline.

5.5. Využitie ultrazvuku v medicíne: terapia, chirurgia, diagnostika

Deformácie pod vplyvom ultrazvuku sa využívajú pri mletí alebo dispergovaní médií.

Fenomén kavitácie sa využíva na získanie emulzií nemiešateľných kvapalín a na čistenie kovov od vodného kameňa a mastných filmov.

Ultrazvuková terapia

Terapeutický účinok ultrazvuku je určený mechanickými, tepelnými a chemickými faktormi. Ich spoločné pôsobenie zlepšuje priepustnosť membrán, rozširuje cievy, zlepšuje metabolizmus, čím pomáha obnoviť rovnovážny stav organizmu. Pomocou dávkovaného ultrazvukového lúča možno vykonávať jemnú masáž srdca, pľúc a iných orgánov a tkanív.

V otolaryngológii ultrazvuk ovplyvňuje bubienok a nosovú sliznicu. Týmto spôsobom sa uskutočňuje rehabilitácia chronického výtoku z nosa a chorôb maxilárnych dutín.

FONOFORÉZA - zavedenie liečivých látok do tkanív cez póry kože pomocou ultrazvuku. Táto metóda je podobná elektroforéze, avšak na rozdiel od elektrického poľa, ultrazvukové pole pohybuje nielen iónmi, ale aj nenabitéčastice. Vplyvom ultrazvuku sa zvyšuje priepustnosť bunkových membrán, čo uľahčuje prienik liečiv do bunky, zatiaľ čo pri elektroforéze sa liečivá koncentrujú najmä medzi bunkami.

AUTOHEMOTERAPIA - intramuskulárna injekcia vlastnej krvi odobratej zo žily. Tento postup sa ukazuje ako účinnejší, ak sa odobratá krv pred infúziou ožiari ultrazvukom.

Ultrazvukové ožarovanie zvyšuje citlivosť buniek na účinky chemikálií. To vám umožní vytvárať menej škodlivé

vakcíny, pretože pri ich výrobe sa môžu použiť chemické činidlá s nižšou koncentráciou.

Predbežná expozícia ultrazvuku zvyšuje účinok γ- a mikrovlnného žiarenia na nádory.

Vo farmaceutickom priemysle sa ultrazvuk používa na výrobu emulzií a aerosólov určitých liečivých látok.

Vo fyzioterapii sa ultrazvuk používa na lokálny zásah, vykonávaný pomocou vhodného žiariča, aplikovaného kontaktne cez masťový základ na konkrétnu oblasť tela.

Ultrazvuková chirurgia

Ultrazvuková chirurgia sa delí na dva typy, z ktorých jeden je spojený s účinkom zvukových vibrácií na tkanivo, druhý s aplikáciou ultrazvukových vibrácií na chirurgický nástroj.

Zničenie nádorov. Niekoľko žiaričov namontovaných na tele pacienta vyžaruje ultrazvukové lúče, ktoré sa zameriavajú na nádor. Intenzita každého lúča nie je dostatočná na poškodenie zdravého tkaniva, ale v mieste, kde sa lúče zbiehajú, sa intenzita zvyšuje a nádor je zničený kavitáciou a teplom.

V urológii mechanickým pôsobením ultrazvuku rozdrvia kamene v močových cestách a tým zachránia pacientov od operácií.

Zváranie mäkkých tkanív. Ak zložíte dve prerezané cievy a stlačíte ich k sebe, po ožiarení vznikne zvar.

Zváracie kosti(ultrazvuková osteosyntéza). Oblasť zlomeniny je vyplnená rozdrveným kostným tkanivom zmiešaným s tekutým polymérom (cyakrínom), ktorý vplyvom ultrazvuku rýchlo polymerizuje. Po ožiarení sa vytvorí pevný zvar, ktorý sa postupne rozpúšťa a nahrádza ho kostné tkanivo.

Aplikácia ultrazvukových vibrácií na chirurgické nástroje(skalpely, pilníky, ihly) výrazne znižuje rezné sily, znižuje bolesť, má hemostatické a sterilizačné účinky. Amplitúda vibrácií rezného nástroja pri frekvencii 20-50 kHz je 10-50 mikrónov. Ultrazvukové skalpely umožňujú vykonávať operácie v dýchacích orgánoch bez otvorenia hrudníka,

operácie v pažeráku a krvných cievach. Vložením dlhého a tenkého ultrazvukového skalpelu do žily možno zničiť zhrubnutia cholesterolu v cieve.

Sterilizácia. Deštruktívny účinok ultrazvuku na mikroorganizmy sa využíva na sterilizáciu chirurgických nástrojov.

V niektorých prípadoch sa ultrazvuk používa v kombinácii s inými fyzikálnymi vplyvmi, napr kryogénne, na chirurgickú liečbu hemangiómov a jaziev.

Ultrazvuková diagnostika

Ultrazvuková diagnostika je súbor metód na štúdium zdravého a chorého ľudského tela, založených na použití ultrazvuku. Fyzikálnym základom ultrazvukovej diagnostiky je závislosť parametrov šírenia zvuku v biologických tkanivách (rýchlosť zvuku, koeficient útlmu, vlnová impedancia) od typu tkaniva a jeho stavu. Ultrazvukové metódy umožňujú vizualizáciu vnútorných štruktúr tela, ako aj štúdium pohybu biologických objektov vo vnútri tela. Hlavnou črtou ultrazvukovej diagnostiky je schopnosť získať informácie o mäkkých tkanivách, ktoré sa mierne líšia hustotou alebo elasticitou. Ultrazvuková vyšetrovacia metóda je vysoko citlivá, možno ňou odhaliť útvary, ktoré nie sú detekované röntgenom, nevyžaduje použitie kontrastných látok, je nebolestivé a nemá žiadne kontraindikácie.

Na diagnostické účely sa používa ultrazvuková frekvencia od 0,8 do 15 MHz. Nízke frekvencie sa používajú pri štúdiu hlboko umiestnených predmetov alebo pri štúdiu cez kostné tkanivo, vysoké frekvencie - na vizualizáciu predmetov nachádzajúcich sa blízko povrchu tela, na diagnostiku v oftalmológii, pri štúdiu povrchovo umiestnených ciev.

Najpoužívanejšie v ultrazvukovej diagnostike sú echolokačné metódy založené na odraze alebo rozptyle pulzných ultrazvukových signálov. V závislosti od spôsobu získavania a charakteru prezentácie informácií sa prístroje na ultrazvukovú diagnostiku delia do 3 skupín: jednorozmerné prístroje s indikáciou typu A; jednorozmerné prístroje s označením typu M; dvojrozmerné zariadenia s označením typu B.

Pri ultrazvukovej diagnostike prístrojom typu A sa na vyšetrovanú oblasť tela kontaktnou látkou privádza žiarič vyžarujúci krátke (trvajúce cca 10 -6 s) ultrazvukové impulzy. V pauzách medzi pulzmi prístroj prijíma pulzy odrazené od rôznych nehomogenít v tkanivách. Po zosilnení sú tieto impulzy pozorované na obrazovke katódovej trubice vo forme odchýlok lúča od horizontálnej čiary. Kompletný vzor odrazených impulzov sa nazýva jednorozmerný echogram typu A. Obrázok 5.8 ukazuje echogram získaný počas echoskopie oka.

Ryža. 5.8. Echoskopia oka pomocou A-metódy:

1 - ozvena z predného povrchu rohovky; 2, 3 - ozveny z predného a zadného povrchu šošovky; 4 - ozvena zo sietnice a štruktúr zadného pólu očnej gule

Echogramy tkanív rôznych typov sa navzájom líšia počtom impulzov a ich amplitúdou. Analýza echogramu typu A v mnohých prípadoch umožňuje získať ďalšie informácie o stave, hĺbke a rozsahu patologickej oblasti.

Jednorozmerné prístroje s indikáciou typu A sa používajú v neurológii, neurochirurgii, onkológii, pôrodníctve, oftalmológii a iných oblastiach medicíny.

V zariadeniach s indikáciou typu M sú odrazené impulzy po zosilnení privádzané na modulačnú elektródu katódovej trubice a sú prezentované vo forme čiarok, ktorých jas súvisí s amplitúdou impulzu a šírka je súvisiace s jeho trvaním. Vývoj týchto línií v čase dáva obraz o jednotlivých odrážajúcich sa štruktúrach. Tento typ indikácie je široko používaný v kardiografii. Ultrazvukový kardiogram je možné zaznamenať pomocou katódovej trubice s pamäťou alebo na papierový magnetofón. Táto metóda zaznamenáva pohyby srdcových elementov, čo umožňuje určiť stenózu mitrálnej chlopne, vrodené srdcové chyby atď.

Pri použití záznamových metód typu A a M je prevodník v pevnej polohe na tele pacienta.

V prípade indikácie typu B sa prevodník pohybuje (skenuje) pozdĺž povrchu tela a na obrazovke katódovej trubice sa zaznamenáva dvojrozmerný echogram, ktorý reprodukuje prierez skúmanej oblasti telo.

Obmenou metódy B je viacnásobné skenovanie, pri ktorej je mechanický pohyb snímača nahradený sekvenčným elektrickým spínaním množstva prvkov umiestnených na tej istej linke. Viacnásobné skenovanie vám umožňuje sledovať skúmané úseky takmer v reálnom čase. Ďalšou variáciou metódy B je sektorové skenovanie, pri ktorom nedochádza k pohybu echo sondy, ale mení sa uhol vloženia ultrazvukového lúča.

Ultrazvukové prístroje s indikáciou typu B sa používajú v onkológii, pôrodníctve a gynekológii, urológii, otolaryngológii, oftalmológii a pod. V kardiológii sa využívajú modifikácie prístrojov typu B s multisnímaním a sektorovým skenovaním.

Všetky echolokačné metódy ultrazvukovej diagnostiky umožňujú tak či onak registrovať hranice oblastí s rôznou vlnovou impedanciou vo vnútri tela.

Nová metóda ultrazvukovej diagnostiky - rekonštrukčná (alebo výpočtová) tomografia - udáva priestorové rozloženie parametrov šírenia zvuku: koeficient útlmu (útlmová modifikácia metódy) alebo rýchlosť zvuku (refrakčná modifikácia). Pri tejto metóde je úsek skúmaného objektu ozvučený opakovane v rôznych smeroch. Informácie o súradniciach zvuku a signáloch odozvy sú spracované v počítači, v dôsledku čoho sa na displeji zobrazí zrekonštruovaný tomogram.

V poslednej dobe sa metóda začala zavádzať elastometria na štúdium pečeňového tkaniva normálne aj v rôznych štádiách mikrózy. Podstatou metódy je toto. Snímač je inštalovaný kolmo na povrch tela. Pomocou vibrátora zabudovaného do snímača sa vytvorí nízkofrekvenčné zvukové mechanické vlnenie (ν = 50 Hz, A = 1 mm), ktorého rýchlosť šírenia cez tkanivo pod ním sa posudzuje pomocou ultrazvuku s frekvenciou ν = 3,5 MHz (v podstate sa vykonáva echolokácia). Použitím

modul E (elasticita) tkaniny. U pacienta sa vykoná séria meraní (najmenej 10) v medzirebrových priestoroch v projekcii polohy pečene. Všetky údaje sa analyzujú automaticky, prístroj poskytuje kvantitatívne hodnotenie elasticity (hustoty), ktoré je prezentované číselne aj farebne.

Na získanie informácií o pohybujúcich sa štruktúrach tela sa používajú metódy a prístroje, ktorých činnosť je založená na Dopplerovom efekte. Takéto zariadenia zvyčajne obsahujú dva piezoelementy: ultrazvukový žiarič pracujúci v kontinuálnom režime a prijímač odrazených signálov. Meraním Dopplerovho frekvenčného posunu ultrazvukovej vlny odrazenej od pohybujúceho sa objektu (napríklad od steny nádoby) sa určí rýchlosť pohybu odrážajúceho sa objektu (pozri vzorec 2.9). Najpokročilejšie zariadenia tohto typu využívajú pulzno-dopplerovskú (koherentnú) lokalizačnú metódu, ktorá umožňuje izolovať signál z určitého bodu v priestore.

Prístroje využívajúce Dopplerov efekt sa používajú na diagnostiku ochorení kardiovaskulárneho systému (stanovenie

pohyby častí srdca a stien krvných ciev), v pôrodníctve (štúdium srdcového tepu plodu), na štúdium prietoku krvi atď.

Orgány sa vyšetrujú cez pažerák, s ktorým ohraničujú.

Porovnanie ultrazvukového a röntgenového „sviečkovania“

V niektorých prípadoch má ultrazvukové skenovanie výhodu oproti röntgenovému žiareniu. Je to spôsobené tým, že röntgenové lúče poskytujú jasný obraz „tvrdého“ tkaniva na pozadí „mäkkého“ tkaniva. Napríklad kosti sú jasne viditeľné na pozadí mäkkých tkanív. Na získanie röntgenového obrazu mäkkých tkanív na pozadí iných mäkkých tkanív (napríklad krvná cieva na pozadí svalov) musí byť nádoba naplnená látkou, ktorá dobre absorbuje röntgenové žiarenie (kontrastná látka). . Ultrazvukové presvetlenie vďaka už spomínaným vlastnostiam poskytuje v tomto prípade obraz bez použitia kontrastných látok.

Röntgenové vyšetrenie rozlišuje rozdiel v hustote až do 10% a ultrazvukové vyšetrenie až do 1%.

5.6. Infrazvuk a jeho zdroje

Infrazvuk- elastické vibrácie a vlny s frekvenciami ležiacimi pod rozsahom frekvencií počuteľných pre človeka. Typicky sa 16-20 Hz považuje za hornú hranicu infrazvukového rozsahu. Táto definícia je podmienená, keďže pri dostatočnej intenzite dochádza k sluchovému vnímaniu aj pri frekvenciách niekoľkých Hz, hoci v tomto prípade tónová povaha vnemu zmizne a rozlíšia sa len jednotlivé cykly kmitov. Spodná hranica frekvencie infrazvuku je neistá; jeho súčasná oblasť štúdia sa rozprestiera až na približne 0,001 Hz.

Infrazvukové vlny sa šíria vo vzduchu a vo vode, ako aj v zemskej kôre (seizmické vlny). Hlavnou črtou infrazvuku je vzhľadom na jeho nízku frekvenciu nízka absorpcia. Infrazvukové vlny s frekvenciou 10-20 Hz sa pri šírení v hlbokom mori a v atmosfére na úrovni zeme utlmia vo vzdialenosti 1000 km najviac o niekoľko decibelov. Je známe, že zvuky

Sopečné erupcie a atómové výbuchy môžu mnohokrát obletieť zemeguľu. V dôsledku dlhej vlnovej dĺžky je aj rozptyl infrazvuku nízky. V prírodnom prostredí vytvárajú nápadný rozptyl len veľmi veľké objekty - kopce, hory, vysoké budovy.

Prirodzenými zdrojmi infrazvuku sú meteorologické, seizmické a vulkanické javy. Infrazvuk je generovaný atmosférickými a oceánskymi turbulentnými výkyvmi tlaku, vetrom, morskými vlnami (vrátane prílivových vĺn), vodopádmi, zemetraseniami a zosuvmi pôdy.

Zdrojmi infrazvuku spojeného s ľudskou činnosťou sú výbuchy, výstrely, rázové vlny nadzvukových lietadiel, nárazy pilotov, chod prúdových motorov a pod. Infrazvuk je obsiahnutý v hluku motorov a technologických zariadení. Vibrácie budov vytvorené priemyselnými a domácimi patogénmi spravidla obsahujú infrazvukové zložky. Hluk z dopravy výrazne prispieva k infrazvukovému znečisteniu životného prostredia. Napríklad osobné autá pri rýchlosti 100 km/h vytvárajú infrazvuk s úrovňou intenzity až 100 dB. V motorovom priestore veľkých lodí boli zaznamenané infrazvukové vibrácie vytvárané prevádzkou motorov s frekvenciou 7-13 Hz a úrovňou intenzity 115 dB. Na horných poschodiach výškových budov, najmä pri silnom vetre, dosahuje úroveň intenzity infrazvuku

Infrazvuk je takmer nemožné izolovať - ​​pri nízkych frekvenciách všetky materiály pohlcujúce zvuk takmer úplne strácajú svoju účinnosť.

5.7. Vplyv infrazvuku na človeka. Využitie infrazvuku v medicíne

Infrazvuk má na človeka spravidla negatívny vplyv: spôsobuje depresívnu náladu, únavu, bolesti hlavy, podráždenie. Osoba vystavená infrazvuku s nízkou intenzitou pociťuje príznaky morskej choroby, nevoľnosti a závratov. Objavuje sa bolesť hlavy, zvyšuje sa únava a slabne sluch. Pri frekvencii 2-5 Hz

a úrovni intenzity 100-125 dB sa subjektívna reakcia znižuje na pocit tlaku v uchu, ťažkosti s prehĺtaním, nútenú moduláciu hlasu a ťažkosti s rozprávaním. Expozícia infrazvuku negatívne ovplyvňuje videnie: zhoršujú sa zrakové funkcie, znižuje sa zraková ostrosť, zužuje sa zorné pole, je oslabená akomodačná schopnosť a je narušená stabilita fixácie oka pozorovaného objektu.

Hluk s frekvenciou 2-15 Hz pri úrovni intenzity 100 dB vedie k zvýšeniu chyby sledovania číselníkov. Objavujú sa kŕčovité zášklby očnej buľvy a dysfunkcia orgánov rovnováhy.

Piloti a kozmonauti vystavení infrazvuku počas výcviku boli pomalší pri riešení aj jednoduchých aritmetických problémov.

Existuje predpoklad, že rôzne anomálie v stave ľudí v zlom počasí, vysvetlené klimatickými podmienkami, sú vlastne dôsledkom vplyvu infrazvukových vĺn.

Pri strednej intenzite (140-155 dB) môže dôjsť k mdlobám a dočasnej strate zraku. Pri vysokej intenzite (asi 180 dB) môže dôjsť k paralýze s fatálnym koncom.

Predpokladá sa, že negatívny vplyv infrazvuku je spôsobený tým, že prirodzené vibračné frekvencie niektorých orgánov a častí ľudského tela ležia v infrazvukovej oblasti. To spôsobuje nežiaduce rezonančné javy. Uveďme niektoré frekvencie prirodzených oscilácií pre ľudí:

Ľudské telo v ležiacej polohe - (3-4) Hz;

Hrudník - (5-8) Hz;

Brucho - (3-4) Hz;

Oči - (12-27) Hz.

Škodlivé sú najmä účinky infrazvuku na srdce. Pri dostatočnom výkone dochádza k núteným osciláciám srdcového svalu. Pri rezonancii (6-7 Hz) sa ich amplitúda zvyšuje, čo môže viesť ku krvácaniu.

Využitie infrazvuku v medicíne

V posledných rokoch sa infrazvuk stal široko používaným v lekárskej praxi. V oftalmológii teda infrazvukové vlny

s frekvenciami do 12 Hz sa používajú pri liečbe krátkozrakosti. Pri liečbe ochorení očných viečok sa infrazvuk využíva na fonoforézu (obr. 5.9), ako aj na čistenie povrchov rán, zlepšenie hemodynamiky a regenerácie v očných viečkach, masáže (obr. 5.10) atď.

Obrázok 5.9 ukazuje použitie infrazvuku na liečbu abnormalít slzných ciest u novorodencov.

V jednom štádiu liečby sa vykonáva masáž slzného vaku. V tomto prípade generátor infrazvuku vytvára nadmerný tlak v slznom vaku, čo prispieva k prasknutiu embryonálneho tkaniva v slznom kanáli.

Ryža. 5.9. Schéma infrazvukovej fonoforézy

Ryža. 5.10. Masáž slzného vaku

5.8. Základné pojmy a vzorce. Tabuľky

Tabuľka 5.1. Koeficient absorpcie a polovičná hĺbka absorpcie pri frekvencii 1 MHz

Tabuľka 5.2. Koeficient odrazu na hraniciach rôznych tkanív

5.9. Úlohy

1. Odraz vĺn od malých nehomogenít sa stáva viditeľným, keď ich veľkosť presahuje vlnovú dĺžku. Odhadnite minimálnu veľkosť d obličkového kameňa, ktorú možno zistiť ultrazvukovou diagnostikou pri frekvencii ν = 5 MHz. Rýchlosť ultrazvukových vĺn v= 1500 m/s.

Riešenie

Nájdite vlnovú dĺžku: λ = v/ν = 1500/(5*10 6) = 0,0003 m = 0,3 mm. d > λ.

odpoveď: d > 0,3 mm.

2. Niektoré fyzioterapeutické postupy využívajú ultrazvuk s frekvenciou ν = 800 kHz a intenzitou I = 1 W/cm 2 . Nájdite amplitúdu vibrácií molekúl mäkkých tkanív.

Riešenie

Intenzita mechanických vĺn je určená vzorcom (2.6)

Hustota mäkkých tkanív je ρ « 1000 kg/m 3 .

kruhová frekvencia ω = 2πν ≈ 2x3,14x800x10 3 ≈ 5x10 6 s -1 ;

rýchlosť ultrazvuku v mäkkých tkanivách ν ≈ 1500 m/s.

Je potrebné previesť intenzitu na SI: I = 1 W/cm 2 = 10 4 W/m 2 .

Nahradením číselných hodnôt do posledného vzorca nájdeme:

Takýto malý posun molekúl pri prechode ultrazvuku naznačuje, že jeho účinok sa prejavuje na bunkovej úrovni. odpoveď: A = 0,023 um.

3. Kvalita oceľových dielov sa kontroluje pomocou ultrazvukového detektora chýb. V akej hĺbke h v diele bola zistená trhlina a aká je hrúbka dielu d, ak po vyslaní ultrazvukového signálu boli prijaté dva odrazené signály s 0,1 ms a 0,2 ms? Rýchlosť šírenia ultrazvukovej vlny v oceli je rovná v= 5200 m/s.

Riešenie

2h = tv →h = tv/2. odpoveď: h = 26 cm; d = 52 cm.