Ten spyte van die feit dat die studie van ultrasoniese golwe meer as honderd jaar gelede begin het, het hulle eers die afgelope halfeeu wyd gebruik geword in verskeie velde van menslike aktiwiteite. Dit is te danke aan die aktiewe ontwikkeling van beide die kwantum- en nie-lineêre afdelings van akoestiek, en kwantumelektronika en vastestoffisika. Vandag is ultraklank nie net 'n aanduiding van die hoëfrekwensiegebied van akoestiese golwe nie, maar 'n hele wetenskaplike rigting in moderne fisika en biologie, wat geassosieer word met industriële, inligtings- en metingstegnologieë, sowel as diagnostiese, chirurgiese en terapeutiese metodes van moderne medisyne.
Wat is dit?
Alle klankgolwe kan verdeel word in dié wat vir mense hoorbaar is – dit is frekwensies van 16 tot 18 duisend Hz, en dié wat buite die omvang van menslike persepsie is – infrarooi en ultraklank. Infraklank word verstaan as golwe soortgelyk aan klank, maar met frekwensies laer as dié wat deur die menslike oor waargeneem word. Die boonste limiet van die infrasoniese gebied is 16 Hz, en die onderste limiet is 0,001 Hz.
Ulklank- dit is ook klankgolwe, maar net hul frekwensie is hoër as wat die menslike gehoorapparaat kan waarneem. As 'n reël beteken dit frekwensies van 20 tot 106 kHz. Hul boonste limiet hang af van die medium waarin hierdie golwe voortplant. Dus, in 'n gasvormige medium is die limiet 106 kHz, en in vaste stowwe en vloeistowwe bereik dit 1010 kHz. Daar is ultrasoniese komponente in die geraas van reën, wind of watervalle, weerligafskeidings en die geritsel van klippies wat deur die seegolf gerol word. Dit is te danke aan die vermoë om ultrasoniese golwe waar te neem en te ontleed dat walvisse en dolfyne, vlermuise en nagtelike insekte hulself in die ruimte oriënteer.
'n bietjie geskiedenis
Die eerste studies van ultraklank (VS) is aan die begin van die 19de eeu uitgevoer deur die Franse wetenskaplike F. Savart, wat probeer het om die boonste frekwensiegrens van hoorbaarheid van die menslike gehoorapparaat uit te vind. In die toekoms was sulke bekende wetenskaplikes soos die Duitser V. Vin, die Engelsman F. G alton, die Rus P. Lebedev en 'n groep studente besig met die studie van ultrasoniese golwe.
In 1916 kon die Franse fisikus P. Langevin, in samewerking met die Russiese emigrante-wetenskaplike Konstantin Shilovsky, kwarts gebruik om ultraklank te ontvang en uit te stuur vir mariene metings en onderwatervoorwerpe op te spoor, wat navorsers in staat gestel het om die eerste sonar, bestaande uit sender en ontvanger van ultraklank.
In 1925 het die Amerikaner W. Pierce 'n toestel geskep, vandag genaamd die Pierce-interferometer, wat snelhede en absorpsie met groot akkuraatheid meetultraklank in vloeibare en gasmedia. In 1928 was die Sowjet-wetenskaplike S. Sokolov die eerste wat ultrasoniese golwe gebruik het om verskeie defekte in vaste stowwe op te spoor, insluitend metaals.
In die na-oorlogse 50-60's, gebaseer op die teoretiese ontwikkelings van 'n span Sowjet-wetenskaplikes onder leiding van L. D. Rozenberg, het ultraklank wyd begin gebruik word in verskeie industriële en tegnologiese velde. Terselfdertyd, danksy die werk van Britse en Amerikaanse wetenskaplikes, sowel as die navorsing van Sowjet-navorsers soos R. V. Khokhlova, V. A. Krasilnikov en vele ander, is so 'n wetenskaplike dissipline soos nie-lineêre akoestiek vinnig besig om te ontwikkel.
Ongeveer dieselfde tyd is die eerste Amerikaanse pogings aangewend om ultraklank in medisyne te gebruik.
Sowjet-wetenskaplike Sokolov het aan die einde van die veertigerjare van die vorige eeu 'n teoretiese beskrywing ontwikkel van 'n instrument wat ontwerp is om ondeursigtige voorwerpe te visualiseer - 'n "ultrasoniese" mikroskoop. Op grond van hierdie werke het kundiges van Stanford Universiteit in die middel-70's 'n prototipe van 'n skandeer-akoestiese mikroskoop geskep.
Kenmerke
Om 'n gemeenskaplike aard te hê, gehoorsaam die golwe van die hoorbare reeks, sowel as ultrasoniese golwe, fisiese wette. Maar ultraklank het 'n aantal kenmerke wat dit moontlik maak om wyd gebruik te word in verskeie velde van wetenskap, medisyne en tegnologie:
1. Klein golflengte. Vir die laagste ultrasoniese reeks oorskry dit nie 'n paar sentimeter nie, wat die straalaard van die seinvoortplanting veroorsaak. Terselfdertyd, die golfgefokus en gepropageer deur lineêre strale.
2. Onbeduidende ossillasieperiode, waardeur ultraklank in pulse uitgestuur kan word.
3. In verskeie omgewings het ultrasoniese vibrasies met 'n golflengte van hoogstens 10 mm eienskappe soortgelyk aan ligstrale, wat dit moontlik maak om vibrasies te fokus, gerigte straling te vorm, dit wil sê, nie net energie in die regte rigting te stuur nie, maar dit ook te konsentreer in die vereiste volume.
4. Met 'n klein amplitude is dit moontlik om hoë waardes van vibrasie-energie te verkry, wat dit moontlik maak om hoë-energie ultrasoniese velde en strale te skep sonder die gebruik van groot toerusting.
5. Onder die invloed van ultraklank op die omgewing is daar baie spesifieke fisiese, biologiese, chemiese en mediese effekte, soos:
- dispersion;
- cavitation;
- ontgassing;
- plaaslike verwarming;
- ontsmetting en meer. ander
Views
Alle ultrasoniese frekwensies word in drie tipes verdeel:
- ULF - laag, met 'n reeks van 20 tot 100 kHz;
- MF - middelafstand - van 0.1 tot 10 MHz;
- UZVCh - hoëfrekwensie - van 10 tot 1000 MHz.
Vandag is die praktiese gebruik van ultraklank hoofsaaklik die gebruik van lae-intensiteitgolwe om die interne struktuur van verskeie materiale en produkte te meet, te beheer en te bestudeer. Hoëfrekwensie word gebruik om verskeie stowwe aktief te beïnvloed, wat jou toelaat om hul eienskappe te veranderen struktuur. Diagnose en behandeling van baie siektes met ultraklank (met verskillende frekwensies) is 'n aparte en aktief ontwikkelende area van moderne medisyne.
Waar is dit van toepassing?
In die afgelope dekades stel nie net wetenskaplike teoretici in ultraklank belang nie, maar ook praktisyns wat dit toenemend in verskeie tipes menslike aktiwiteite bekendstel. Vandag word ultrasoniese eenhede gebruik vir:
| Verkry inligting oor stowwe en materiale | Gebeure | Frekwensie in kHz | ||
| van | na | |||
| Navorsing oor die samestelling en eienskappe van stowwe | vaste liggame | 10 | 106 | |
| vloeistowwe | 103 | 105 | ||
| gases | 10 | 103 | ||
| Beheer groottes en vlakke | 10 | 103 | ||
| Sonar | 1 | 100 | ||
| Defektoskopie | 100 | 105 | ||
| Mediese diagnostiek | 103 | 105 | ||
|
Impacts op middels |
Soldering en platering | 10 | 100 | |
| Welding | 10 | 100 | ||
| Plastiese vervorming | 10 | 100 | ||
| Masjinering | 10 | 100 | ||
| Emulsifikasie | 10 | 104 | ||
| Kristallisasie | 10 | 100 | ||
| Spray | 10-100 | 103-104 | ||
| Aërosolkoagulasie | 1 | 100 | ||
| Dispersion | 10 | 100 | ||
| Skoonmaak | 10 | 100 | ||
| Chemiese prosesse | 10 | 100 | ||
| Invloed op verbranding | 1 | 100 | ||
| Chirurgie | 10 tot 100 | 103 tot 104 | ||
| terapie | 103 | 104 | ||
| Seinverwerking en -bestuur | Akoustoelelektroniese transducers | 103 | 107 | |
| Filters | 10 | 105 | ||
| Vertraaglyne | 103 | 107 | ||
| akoesto-optiese toestelle | 100 | 105 | ||
In vandag se wêreld is ultraklank 'n belangrike tegnologiese hulpmiddel in nywerhede soos:
- metallurgies;
- chemies;
- landbou;
- tekstiel;
- kos;
- farmakologiese;
- masjien- en instrumentmaak;
- petrochemies, raffinering en ander.
Boonop word ultraklank toenemend in medisyne gebruik. Dit is waaroor ons in die volgende afdeling sal praat.
Mediese gebruik
In moderne praktiese medisyne is daar drie hoofareas van gebruik van ultraklank van verskillende frekwensies:
1. Diagnosties.
2. Terapeuties.
3. Chirurgies.
Kom ons kyk na elk van hierdie drie areas van naderby.
Diagnose
Een van die mees moderne en insiggewende metodes van mediese diagnostiek is ultraklank. Die ongetwyfelde voordele daarvan is: minimale impak op menslike weefsels en hoë inligtinginhoud.
Soos reeds genoem, is ultraklank klankgolwe,voortplant in 'n homogene medium in 'n reguit lyn en teen 'n konstante spoed. As daar areas met verskillende akoestiese digthede op pad is, word 'n deel van die ossillasies weerspieël, en die ander deel word gebreek, terwyl sy reglynige beweging voortgesit word. Dus, hoe groter die verskil in die digtheid van die grensmedia, hoe meer ultrasoniese vibrasies word weerspieël. Moderne metodes van ultraklankondersoek kan verdeel word in lokasie en deurskynend.
Ultrasoniese ligging
In die proses van so 'n studie word pulse wat weerkaats word vanaf die grense van media met verskillende akoestiese digthede aangeteken. Met behulp van 'n beweegbare sensor kan jy die grootte, ligging en vorm van die voorwerp wat bestudeer word, stel.
Deurskynend
Hierdie metode is gebaseer op die feit dat verskillende weefsels van die menslike liggaam ultraklank verskillend absorbeer. Tydens die bestudering van enige interne orgaan word 'n golf met 'n sekere intensiteit daarin gerig, waarna die oorgedrade sein vanaf die agterkant met 'n spesiale sensor aangeteken word. Die prentjie van die geskandeerde voorwerp word weergegee op grond van die verandering in seinintensiteit by die "invoer" en "uitset". Die inligting wat ontvang word, word deur 'n rekenaar verwerk en omgeskakel in die vorm van 'n eggogram (kurwe) of 'n sonogram - 'n tweedimensionele beeld.
Doppler-metode
Dit is die mees aktief ontwikkelende diagnostiese metode, wat beide gepulseerde en deurlopende ultraklank gebruik. Dopplerografie word wyd gebruik in verloskunde, kardiologie en onkologie, soos dit toelaatvolg selfs die kleinste veranderinge in kapillêre en klein bloedvate.
Toepassingsvelde van diagnostiek
Vandag word ultraklankbeelding en -meetmetodes die meeste gebruik in mediese velde soos:
- verloskunde;
- oftalmologie;
- kardiologie;
- neurologie van pasgeborenes en babas;
- ondersoek van interne organe:
- nier-ultraklank;
- lewer;
- galblaas en buise;
- vroulike voortplantingstelsel;
diagnose van uitwendige en oppervlakkige organe (skildklier- en melkkliere)
Gebruik in terapie
Die belangrikste terapeutiese effek van ultraklank is te danke aan sy vermoë om menslike weefsels binne te dring, dit op te warm en op te warm, en om mikromassering van individuele areas uit te voer. Ultraklank kan gebruik word vir beide direkte en indirekte effekte op die fokus van pyn. Daarbenewens het hierdie golwe onder sekere toestande 'n bakteriedodende, anti-inflammatoriese, pynstillende en krampstillende effek. Ultraklank wat vir terapeutiese doeleindes gebruik word, word voorwaardelik verdeel in hoë en lae intensiteit vibrasies.
Dit is die lae-intensiteit golwe wat die meeste gebruik word om fisiologiese reaksies of ligte, nie-skadelike verhitting te stimuleer. Ultraklankbehandeling het positiewe resultate getoon in siektes soos:
- artritis;
- artritis;
- myalgie;
- spondilitis;
- neuralgie;
- spatsere en trofiese ulkusse;
- Ankiloserende spondilitis;
- uitwissende endarteritis.
Studies is aan die gang wat ultraklank gebruik om Meniere se siekte, emfiseem, duodenale en maagsere, asma, otosklerose te behandel.
Ultrasoniese Chirurgie
Moderne chirurgie wat ultraklankgolwe gebruik, word in twee areas verdeel:
- selektiewe vernietiging van weefselareas met spesiale beheerde hoë-intensiteit ultrasoniese golwe met frekwensies van 106 tot 107 Hz;
- gebruik 'n chirurgiese instrument met gesuperponeerde ultrasoniese vibrasies van 20 tot 75 kHz.
'n Voorbeeld van selektiewe ultraklankchirurgie is die vergruising van klippe deur ultraklank in die niere. In die proses van so 'n nie-indringende operasie werk 'n ultrasoniese golf op die klip in deur die vel, dit wil sê buite die menslike liggaam.
Ongelukkig het hierdie chirurgiese metode 'n aantal beperkings. Moenie ultrasoniese vergruising in die volgende gevalle gebruik nie:
- swanger vroue te eniger tyd;
- as die deursnee van die klippe meer as twee sentimeter is;
- vir enige aansteeklike siektes;
- in die teenwoordigheid van siektes wat normale bloedstolling ontwrig;
- in geval van ernstige beenletsels.
Ondanks die feit dat die verwydering van nierstene deur ultraklank uitgevoer word sonder om te opereerinsnydings, dit is redelik pynlik en word onder algemene of plaaslike verdowing uitgevoer.
Chirurgiese ultrasoniese instrumente word nie net gebruik vir minder pynlike disseksie van been en sagte weefsels nie, maar ook om bloedverlies te verminder.
Kom ons vestig ons aandag op tandheelkunde. Ultraklank verwyder tandstene minder pynlik, en alle ander dokter se manipulasies is baie makliker om te dra. Daarbenewens word ultraklank in trauma en ortopediese praktyk gebruik om die integriteit van gebreekte bene te herstel. Tydens sulke operasies word die spasie tussen die beenfragmente gevul met 'n spesiale verbinding wat bestaan uit beenskyfies en 'n spesiale vloeibare plastiek, en dan word dit aan ultraklank blootgestel, waardeur alle komponente stewig verbind is. Diegene wat chirurgiese ingrypings ondergaan het waartydens ultraklank gebruik is, laat verskillende resensies - beide positief en negatief. Daar moet egter kennis geneem word dat daar steeds meer tevrede pasiënte is!
