Ультрадыбыстың жиілігінің төмендеуімен ену тереңдігі. Ультрадыбыстық. Ультрадыбыстық толқындардың таралу теориясының негіздері. Құрылғыларды баяу сканерлеу

Тербеліс және толқындар. Тербелістер бірдей немесе бірдей процестердің бірнеше рет қайталануы деп аталады. Ортада тербелістердің таралу процесі толқын деп аталады. Толқынның таралу бағытын көрсететін сызық сәуле деп, ал тербеліс басталмаған орта бөлшектерінен тербелмелі бөлшектерді анықтайтын шекара толқындық фронт деп аталады.

Тербелістердің толық циклі аяқталатын уақыт Т периоды деп аталады және секундтармен өлшенеді. Тербеліс секундына қанша рет қайталанатынын көрсететін ƒ \u003d 1 / T мәні жиілік деп аталады және c -1 өлшенеді.

Нүктенің 2Т с ішінде шеңбер бойымен толық айналымдар санын көрсететін ω мәні дөңгелек жиілік ω = 2 деп аталады. π / T = 2 π ƒ және секундына радианмен (рад/с) өлшенеді.

Толқындық фаза – соңғы тербеліс циклінің басынан бері қанша кезең өткенін көрсететін параметр.

Толқын ұзындығы λ – бір фазада тербелетін екі нүкте арасындағы ең аз қашықтық. Толқын ұзындығы ƒ жиілігіне және жылдамдыққа қатысты: λ = c / ƒ . Көлденең X осі бойымен таралатын жазық толқын мына формуламен сипатталады:

u \u003d U cos (ω t - kx),

мұндағы k = 2 π /λ. - толқын саны; U – тербеліс амплитудасы.

Формуладан u мәні уақыт пен кеңістікте периодты түрде өзгеретінін көруге болады.

Тербеліс кезінде өзгеретін шама ретінде бөлшектердің тепе-теңдік күйінен u және акустикалық қысым p ығысуы қолданылады.

Ультрадыбыстық (АҚШ) ақауларды анықтауда жиілігі 0,5 ... 15 МГц (болаттағы бойлық толқын ұзындығы 0,4 ... 12 мм) және 2 МГц жиіліктегі 10 -11 ... болаттың орын ауыстыру амплитудасы бар тербелістер. , акустикалық кернеулер 10 ... 10 8 Па).

I толқынның интенсивтілігі тең I = р 2 /(2ρс) ,

мұндағы ρ – толқын таралатын ортаның тығыздығы.

Басқару үшін қолданылатын толқындардың қарқындылығы өте төмен (~10 -5 Вт/м2). Кемшіліктерді анықтау кезінде А толқындарының қарқындылығы емес, амплитудасы жазылады.Әдетте, А амплитудасының әлсіреуі өнімде қоздырылған тербелістердің амплитудасына қатысты өлшенеді A o (зондтау импульсі), яғни қатынасы. А"/А о. Ол үшін децибелдің логарифмдік бірліктері (дБ) пайдаланылады, яғни. A "/ A o \u003d 20 Ig A" / A o.

Толқын түрлері. Бөлшектердің тербелістерінің сәулеге қатысты бағытына байланысты толқындардың бірнеше түрін ажыратады.

Бойлық толқын деп жеке бөлшектердің тербелмелі қозғалысы толқын таралатын бағытта болатын толқынды айтады (1-сурет).

Бойлық толқын ортада сығылу және сиректеу аймақтарының немесе жоғары және төмен қысымның немесе жоғары және төмен тығыздықтың ауыспалы болуымен сипатталады. Сондықтан оларды қысым, тығыздық немесе қысу толқындары деп те атайды. Бойлық қатты денелерде, сұйықтарда, газдарда тарай алады.

Күріш. 1. Орташа бөлшектердің бойлық толқындағы тербелісі v.

Кесу (көлденең)жеке бөлшектер толқынның таралу бағытына перпендикуляр бағытта тербелетін толқын деп аталады. Бұл жағдайда жеке тербеліс жазықтықтары арасындағы қашықтық өзгеріссіз қалады (2-сурет).

Күріш. 2. Көлденең толқындағы v орта бөлшектердің тербелісі.

«Дене толқындары» жалпы атауын алған бойлық және көлденең толқындар шексіз ортада болуы мүмкін. Олар ультрадыбыстық ақауларды анықтау үшін кеңінен қолданылады.

Шексіз қатты денедегі бойлық толқынның таралу жылдамдығы мына өрнекпен анықталады.

мұндағы E - белгілі бір стерженьге түсірілген созылу күшінің шамасы мен нәтижесінде пайда болатын деформация арасындағы қатынас ретінде анықталатын Янг модулі; v – Пуассон коэффициенті, егер стержень ұзындығы бойынша созылса, өзек енінің өзгеруінің ұзындығының өзгеруіне қатынасы; ρ – материалдың тығыздығы.

Шексіз қатты денедегі ығысу толқынының жылдамдығы мына түрде өрнектеледі келесідей:

Металдарда v ≈ 0,3 болғандықтан бойлық және көлденең толқындар арасында байланыс бар.

c t ≈ 0,55 с л.

беттік толқындар(Рэлей толқындары) — қатты дененің еркін (немесе жеңіл жүктелген) шекарасы бойымен таралатын және тереңдікке қарай тез сөнетін серпімді толқындар. Беттік толқын - бойлық және көлденең толқындардың қосындысы. Беттік толқындағы бөлшектер эллиптикалық траектория бойынша тербеледі (3-сурет). Эллипстің үлкен осі шекараға перпендикуляр.

Беттік толқынға енетін бойлық компонент көлденең құрамдас бөлікке қарағанда тереңдікте жылдамырақ ыдырайтындықтан, эллипстің ұзаруы тереңдікпен өзгереді.

Беттік толқынның жылдамдығы s = (0,87 + 1,12в) / (1+в)

s ≈ 0,93c t ≈ 0,51 c l болатын металдар үшін.

Фронттың геометриялық пішініне байланысты толқындардың келесі түрлері бөлінеді:

• сфералық – дыбыстың нүктелік көзінен аз қашықтықтағы дыбыс толқыны;
• цилиндрлік - шағын диаметрлі ұзын цилиндр болып табылатын дыбыс көзінен қысқа қашықтықтағы дыбыс толқыны;
• жазық - шексіз тербелмелі жазықтық оны сәулелендіре алады.

Сфералық немесе жазық дыбыс толқынындағы қысым мына қатынаспен анықталады:

мұндағы v – тербеліс жылдамдығының мәні.

ρс = z мәні акустикалық кедергі немесе акустикалық кедергі деп аталады.

Күріш. 3. Орташа бөлшектердің беттік толқындағы тербелісі v.

Егер акустикалық кедергі үлкен болса, онда орта қатты деп аталады, егер кедергі аз болса, жұмсақ (ауа, су).

Қалыпты (пластиналардағы толқындар), бос немесе жеңіл жүктелген шекаралары бар тұтас пластинада (қабатта) таралатын серпімді толқындар деп аталады.

Қалыпты толқындар екі поляризацияда болады: тік және көлденең. Толқындардың екі түрінің ішінде тәжірибеде кеңінен қолданылатыны Қозы толқындары – тік поляризациясы бар қалыпты толқындар. Олар түскен толқынның пластина ішіндегі шағылысқан толқындармен әрекеттесуі кезіндегі резонанс нәтижесінде пайда болады.

Пластиналардағы толқындардың физикалық мәнін түсіну үшін сұйық қабаттағы қалыпты толқындардың пайда болуы туралы мәселені қарастырайық (4-сурет).

Күріш. 4. Сұйықтық қабатында қалыпты ерік-жігердің пайда болуы туралы сұраққа.

Қалыңдығы h қабатқа сыртынан β бұрышымен жазық толқын түссін. AD сызығы түскен толқынның алдыңғы жағын көрсетеді. Шекарада сыну нәтижесінде қабатта α бұрышымен таралатын және қабатта бірнеше рет шағылудан өтетін CB фронты бар толқын пайда болады.

Белгілі бір β түсу бұрышында төменгі беттен шағылған толқын жоғарғы беттен келетін тікелей толқынмен фазада сәйкес келеді. Бұл қалыпты толқындардың пайда болуының шарты. Бұл құбылыс болатын а бұрышын формуладан табуға болады

h cos α = n λ 2/2

Мұндағы n – бүтін сан; λ 2 – қабаттағы толқын ұзындығы.

Қатты қабат үшін құбылыстың мәні (қиғаш түсу кезіндегі дене толқындарының резонансы) сақталады. Бірақ пластинада бойлық және көлденең толқындардың болуына байланысты қалыпты толқындардың пайда болу шарттары өте күрделі. Әр түрлі n мәндерінде болатын толқындардың әртүрлі типтері қалыпты толқындардың режимдері деп аталады. ультрадыбыстық толқындар тақ мәндермен n симметриялы деп аталады, өйткені олардағы бөлшектердің қозғалысы пластинаның осіне қатысты симметриялы. Жұп мәндері n болатын толқындар деп аталады антисимметриялық(Cурет 5).

Күріш. 5. Орташа бөлшектердің қалыпты толқындағы тербелісі v.

бас толқындары. Көлбеу түрлендіргіш арқылы ультрадыбыстық сынаудың нақты жағдайында шығаратын пьезоэлектрлік элементтің ультрадыбыстық толқынының алдыңғы жағы жазық емес пішінге ие. Осьі интерфейске бірінші критикалық бұрышта бағытталған эмитенттен бойлық толқындар да бірінші критикалық бұрышқа қарағанда біршама кішірек және біршама үлкен бұрыштары бар интерфейске түседі. Бұл жағдайда болатта ультрадыбыстық толқындардың бірқатар түрлері қозғалады.

Біртекті емес бойлық беттік толқын бет бойымен таралады (6-сурет). Беттік және көлемдік құрамдас бөліктерден тұратын бұл толқын аққыш немесе сусымалы деп те аталады. Бұл толқындағы бөлшектер шеңберлерге жақын эллипс түрінде траекториялар бойымен қозғалады. Шығатын толқынның фазалық жылдамдығы с в бойлық толқынның жылдамдығынан сәл асады (болат үшін с в = 1,04с л).

Бұл толқындар шамамен толқын ұзындығына тең тереңдікте болады және таралу кезінде тез ыдырайды: толқын амплитудасы 1,75λ қашықтықта 2,7 есе жылдам ыдырайды. бетінің бойымен. Әлсіреу интерфейстің әрбір нүктесінде бүйірлік толқындар деп аталатын үшінші критикалық бұрышқа тең α t2 бұрышында көлденең толқындар пайда болуына байланысты. Бұл бұрыш қатынас арқылы анықталады

sin α t2 = (c t2 - c l2)

болат үшін α t2 = 33,5°.

Күріш. 6. Бас толқын түрлендіргішінің акустикалық өрісі: ПЭТ – пьезоэлектрлік түрлендіргіш.

Ағып кетуден басқа, ультрадыбыстық сынау тәжірибесінде кеңінен қолданылатын бас толқыны да қозғалады. Бас толқыны бойлық-жер асты толқыны деп аталады, ультрадыбыстық сәуле интерфейске бірінші критикалық бұрышқа жақын түскен кезде қозды. Бұл толқынның жылдамдығы бойлық толқынның жылдамдығына тең. Бас толқыны 78° кіріс бұрышымен сәуленің бойымен беттің астында амплитудалық мәніне жетеді.

Күріш. 7-сурет. Тегіс түбі бар тесіктердің тереңдігіне байланысты бас толқынының шағылысу амплитудасы.

Бас толқыны, ағып кету сияқты, интерфейстің үшінші сыни бұрышында көлденең көлденең ультрадыбыстық толқындарды тудырады. Бойлық-беттік толқынның қозуымен бір мезгілде кері бойлық-беттік толқын пайда болады - тікелей сәулеленуге қарама-қарсы бағытта серпімді бұзылыстың таралуы. Оның амплитудасы тікелей толқын амплитудасынан ~100 есе аз.

Бас толқыны бетінің бұзылуына сезімтал емес және тек бетінің астында жатқан ақауларға жауап береді. Кез келген бағыттағы сәуленің бойымен бойлық-жер асты толқынының амплитудасының әлсіреуі кәдімгі көлемді бойлық толқындағы сияқты жүреді, яғни. l / r пропорционал, мұндағы r - сәуленің бойындағы қашықтық.

Суретте. 7 әртүрлі тереңдікте орналасқан тегіс түбі бар тесіктерден жаңғырық сигналының амплитудасының өзгеруін көрсетеді. Бетіне жақын ақауларға сезімталдық нөлге жақын. 20 мм қашықтықта максималды амплитудасы 6 мм тереңдікте орналасқан тегіс түбі бар тесіктер үшін қол жеткізіледі.

Басқа қатысты беттер

Бетондағы ультрадыбыстың таралу жылдамдығы оның құрылымы мен беріктігіне байланысты 2800-ден 4800 м/с-қа дейін жетеді (2.2.2-кесте).

2.2.2-кесте

Салыстырмалы түрде шағын аудандарда (орта есеппен 0,1-1 м) мұндай жылдамдықты өлшеу салыстырмалы түрде күрделі техникалық мәселе болып табылады, оны тек шешуге болады. жоғары деңгейрадиоэлектрониканың дамуы. Ультрадыбыстың таралу жылдамдығын өлшеудің барлық қолданыстағы әдістерінің ішінен оларды құрылыс материалдарын сынау үшін қолдану мүмкіндігі тұрғысынан мыналарды бөліп көрсетуге болады:

Акустикалық интерферометр әдісі;

Резонанстық әдіс;

Жылжымалы толқын әдісі;

импульстік әдіс.

Бетондағы ультрадыбыстың жылдамдығын өлшеу үшін импульстік әдіс кеңінен қолданылады. Ол бетонға қайталану жиілігі 30-60 Гц қысқа ультрадыбыстық импульстарды қайталап жіберуге және осы импульстердің белгілі бір қашықтықта таралу уақытын өлшеуге негізделген, ол зондтау негізі деп аталады, т.

Сондықтан ультрадыбыстың жылдамдығын анықтау үшін импульстің жүріп өткен жолын (зондтау негізі) және ультрадыбыстың шығарылған жерден қабылдауға дейінгі таралу уақытын өлшеу қажет. Дыбыс негізін 0,1 мм дәлдікпен кез келген құрылғымен өлшеуге болады. Қазіргі заманғы құрылғылардың көпшілігінде ультрадыбыстың таралу уақыты электронды қақпаларды жоғары жиілікті (10 МГц-ке дейін) санау импульстерімен толтыру арқылы өлшенеді, оның басталуы импульс шығарылған сәтке сәйкес келеді, ал соңы оның келген сәтіне сәйкес келеді. қабылдағышта. Мұндай құрылғының жеңілдетілген функционалдық диаграммасы күріш. 2.2.49.

Схема келесідей жұмыс істейді. Негізгі осциллятор 1 құрылғының конструкциясына байланысты жиілігі 30-дан 50 Гц-ке дейінгі электр импульстерін жасайды және амплитудасы 100 В қысқа электрлік импульстарды тудыратын жоғары вольтты генераторды 2 іске қосады. Бұл импульстар эмитентке түседі. , онда пьезоэлектрлік әсерді қолдана отырып, олар 60-100 кГц жиіліктегі механикалық тербелістердің бумасына (5-тен 15 данаға дейін) айналады және бақыланатын өнімге акустикалық майлау арқылы енгізіледі. Бұл кезде электронды қақпа ашылады, ол санау импульстерімен толтырылады және сканер іске қосылады, катодтық сәуле түтігінің (ЭРТ) экраны бойымен электронды сәуленің қозғалысы басталады.

Күріш. 2.2.49. Ультрадыбыстық құрылғының жеңілдетілген функционалды диаграммасы:

1 - негізгі генератор; 2 - жоғары вольтты электр импульстарының генераторы; 3 - ультрадыбыстық импульстердің эмитенті; 4 - бақыланатын өнім; 5 - қабылдағыш; 6 - күшейткіш; 7 - қақпаны қалыптастыру генераторы; 8 - импульстарды санау генераторы; 9 - сканер; 10 - көрсеткіш; 11 - процессор; 12 - коэффициент енгізу блогы; 13 – мәндердің цифрлық көрсеткіші t,V,R

Ультрадыбыстық механикалық тербеліс топтамасының бас толқыны L ұзындығының бақыланатын өнімінен өтіп, t уақытын өткізе отырып, қабылдағышқа 5 түседі, онда ол электрлік импульстардың бумасына айналады.

Импульстердің кіріс серпілісі күшейткіш 6-да күшейтіледі және CRT экранында визуалды бақылау үшін тік сканерге түседі және бұл серпілістің бірінші импульсі санау импульстерінің қол жеткізуін тоқтатып, қақпаны жабады. Осылайша, ультрадыбыстық тербелістер шығарылған сәттен бастап қабылдағышқа жеткенге дейін импульстарды санау үшін электронды қақпалар ашық болды, яғни. уақыт т. Әрі қарай есептегіш қақпаны толтырған импульстарды санайды және нәтиже 13 индикаторда көрсетіледі.

Кейбір заманауи құрылғылар, мысалы, «Пульсар-1.1» процессоры мен коэффициентті енгізу блогы бар, оның көмегімен «жылдамдық-беріктік» тәуелділігінің аналитикалық теңдеуі шешіледі және уақыт t, жылдамдық V және бетонның беріктігі R сандық дисплейде көрсетіледі.

80-жылдары бетонда және басқа құрылыс материалдарында ультрадыбыстың таралу жылдамдығын өлшеу үшін UKB-1M, UK-10P, UK-10PM, UK-10PMS, UK-12P, UF-90PTs, Beton-5 ультрадыбыстық құрылғылары жаппай шығарылды. , олар өздері жақсы ұсынылған.

Суретте. 2.2.50 берілген жалпы формасықұрылғы UK-10PMS.

Күріш. 2.2.50. UK-10PMS ультрадыбыстық құрылғы

Бетондағы ультрадыбыстың таралу жылдамдығына әсер ететін факторлар

Табиғаттағы барлық материалдарды салыстырмалы түрде біртекті және гетерогенділігі немесе гетерогенділігі үлкен екі үлкен топқа бөлуге болады. Салыстырмалы түрде біртекті материалдарға шыны, тазартылған су және қалыпты жағдайда тығыздығы тұрақты және ауа қосындылары жоқ басқа материалдар сияқты материалдар жатады. Олар үшін ультрадыбыстың таралу жылдамдығы қалыпты жағдайларіс жүзінде тұрақты. Құрылыс материалдарының көпшілігін, соның ішінде бетонды қамтитын гетерогенді материалдарда ішкі құрылым, микробөлшектердің және ірі құрамдас элементтердің өзара әрекеттесуі көлемде де, уақыт бойынша да тұрақты емес. Олардың құрылымы құрғақ немесе сумен толтырылуы мүмкін микро- және макрокеуектерді, жарықтарды қамтиды.

Үлкен және кіші бөлшектердің өзара орналасуы да тұрақсыз. Мұның бәрі олардағы ультрадыбыстың таралу тығыздығы мен жылдамдығының тұрақты емес және кең ауқымда ауытқып отыруына әкеледі. Кестеде. 2.2.2 кейбір материалдар үшін ρ тығыздығы мен ультрадыбыстың таралу жылдамдығының V мәндерін көрсетеді.

Әрі қарай, бетонның беріктігі, құрамы және ірі толтырғыш түрі, цемент мөлшері, ылғалдылық, температура және арматураның болуы сияқты бетон параметрлерінің өзгеруі бетондағы ультрадыбыстың таралу жылдамдығына қалай әсер ететінін қарастырамыз. Бұл білім ультрадыбыстық әдіспен бетонның беріктігін сынау мүмкіндігін объективті бағалау үшін, сондай-ақ осы факторлардың өзгеруімен байланысты бақылаудағы бірқатар қателерді жою үшін қажет.

Бетон беріктігінің әсері

Эксперименттік зерттеулер көрсеткендей, бетонның беріктігі жоғарылаған сайын ультрадыбыстың жылдамдығы артады.

Бұл жылдамдық шамасы, сондай-ақ беріктік мәні құрылым ішілік байланыстардың жағдайына байланысты екендігімен түсіндіріледі.

Графиктен (2.2.51-сурет) көрініп тұрғандай, әр түрлі құрамды бетон үшін «жылдамдық-беріктік» тәуелділігі тұрақты емес, осыдан бұл тәуелділікке беріктіктен басқа басқа факторлар да әсер ететіндігі шығады.

Күріш. 2.2.51. Әртүрлі құрамды бетондар үшін ультрадыбыстық жылдамдық V мен беріктік R с арасындағы байланыс

Өкінішке орай, кейбір факторлар ультрадыбыстың жылдамдығына күшке қарағанда көбірек әсер етеді, бұл ультрадыбыстық әдістің елеулі кемшіліктерінің бірі болып табылады.

Тұрақты құрамды бетонды алып, әр түрлі В/С қабылдау арқылы беріктігін өзгертетін болсақ, онда басқа факторлардың әсері тұрақты болады, ал ультрадыбыстың жылдамдығы тек бетонның беріктігіне қарай өзгереді. Бұл жағдайда «жылдамдық-күштік» тәуелділік нақтырақ болады (2.2.52-сурет).

Күріш. 2.2.52. Самарадағы №1 бетон бұйымдары зауытында алынған бетонның тұрақты құрамына тәуелділік «жылдамдық-беріктік»

Цементтің түрі мен маркасының әсері

Қарапайым портландцементте және басқа цементтерде бетондарды сынау нәтижелерін салыстыра отырып, минералогиялық құрамның «жылдамдық-беріктік» тәуелділігіне аз әсер ететіндігі туралы қорытынды жасауға болады. Негізгі әсер трикальций силикатының құрамы мен цементті ұнтақтаудың ұсақтығымен әсер етеді. «Жылдамдық-беріктік» қатынасына әсер ететін неғұрлым маңызды фактор 1 м 3 бетонға цементті тұтыну болып табылады, яғни. оның дозасы. Бетондағы цемент мөлшерінің ұлғаюымен ультрадыбыстың жылдамдығы бетонның механикалық беріктігіне қарағанда баяу өседі.

Бұл бетоннан өткенде ультрадыбыстың ірі толтырғышта да, толтырғыш түйіршіктерін қосатын ерітінді бөлігінде де таралатындығымен түсіндіріледі және оның жылдамдығы үлкен дәрежеде ірі толтырғыштағы таралу жылдамдығына байланысты. Дегенмен, бетонның беріктігі негізінен ерітінді компонентінің беріктігіне байланысты. Цемент мөлшерінің бетонның беріктігіне және ультрадыбыстық жылдамдығына әсері күріш. 2.2.53.

Күріш. 2.2.53. Тәуелділікке цемент дозасының әсері

«жылдамдық күші»

1 - 400 кг / м 3; 2 - 350 кг / м 3; 3 - 300 кг / м 3; 4 - 250 кг / м 3; 5 - 200 кг/м3

Су-цемент қатынасының әсері

Вт/С төмендеуімен бетонның тығыздығы мен беріктігі артады, сәйкесінше ультрадыбыстың жылдамдығы артады. W/C ұлғаюымен кері байланыс байқалады. Демек, W/C өзгеруі белгіленген тәуелділікте «жылдамдық-беріктік» елеулі ауытқуларды енгізбейді. Сондықтан бетонның беріктігін өзгерту үшін калибрлеу қисықтарын салу кезінде әр түрлі В/С пайдалану ұсынылады.

Әсерді көруЖәне ірі толтырғыштың мөлшері

Дөрекі толтырғыштың түрі мен мөлшері «жылдамдық-беріктік» тәуелділігінің өзгеруіне айтарлықтай әсер етеді. Агрегатта, әсіресе кварц, базальт, қатты әктас, гранит сияқты УДЗ жылдамдығы оның бетондағы таралу жылдамдығынан әлдеқайда жоғары.

Бетонның беріктігіне ірі толтырғыштың түрі мен мөлшері де әсер етеді. Жалпы алғанда, толтырғыш неғұрлым күшті болса, бетонның беріктігі соғұрлым жоғары болады. Бірақ кейде мұндай құбылыспен күресуге тура келеді, аз төзімді қиыршық тасты пайдалану, бірақ беті тегіс емес, берік қиыршық тасты пайдаланғанға қарағанда жоғары Re мәні бар бетон алуға мүмкіндік береді, бірақ тегіс беті бар.

Қиыршық тасты тұтынудың шамалы өзгеруімен бетонның беріктігі аздап өзгереді. Сонымен қатар, дөрекі толтырғыштың мөлшерінің мұндай өзгеруі УДЗ жылдамдығына үлкен әсер етеді.

Бетон қиыршық таспен қаныққан сайын ультрадыбыстық жылдамдықтың мәні артады. Дөрекі толтырғыштың түрі мен мөлшері басқа факторларға қарағанда «жылдамдық - беріктік» байланысына көбірек әсер етеді (2.2.54 - 2.2.56-сурет).

Күріш. 2.2.54. Дөрекі толтырғыштың болуының «жылдамдық-беріктік» тәуелділігіне әсері:

1 - цемент тасы; 2 - толтырғыш мөлшері 30 мм-ге дейінгі бетон

Күріш. 2.2.55. Толтырғыштардың жұқалығы әртүрлі бетондар үшін «жылдамдық-беріктік» тәуелділігі: 1-1 мм; 2-3 мм; 3-7 мм; 4-30мм

Күріш. 2.2.56. Толтырғышы бар бетон үшін «жылдамдық-беріктік» тәуелділігі:

1-құмтас; 2-әктас; 3-гранит; 4-базальт

Графиктерден бетон көлемінің бірлігіне шаққанда қиыршық тас мөлшерінің артуы немесе ондағы УДЗ жылдамдығының артуы бетондағы УДЗ жылдамдығының беріктікке қарағанда интенсивті түрде артуына әкелетінін көруге болады.

Ылғалдылық пен температураның әсері

Бетонның ылғалдылығы оның беріктігі мен ультрадыбыстық жылдамдығына екіұшты әсер етеді. Бетонның ылғалдылығының жоғарылауымен кристаларалық байланыстардың өзгеруіне байланысты қысу күші төмендейді, бірақ ультрадыбыстың жылдамдығы артады, өйткені ауа саңылаулары мен микрожарықтар сумен толтырылады, Асуда ауаға қарағанда жылдамырақ.

5-40°С аралығындағы бетонның температурасы беріктік пен жылдамдыққа іс жүзінде әсер етпейді, бірақ қатайтылған бетонның температурасының көрсетілген диапазоннан жоғары көтерілуі оның беріктігі мен жылдамдығының төмендеуіне әкеледі. микрожарықтар.

Теріс температурада байланыспаған судың мұзға айналуынан ультрадыбыстың жылдамдығы артады. Сондықтан теріс температурада ультрадыбыстық әдіспен бетонның беріктігін анықтау ұсынылмайды.

Ультрадыбыстың бетонда таралуы

Құрылымында бетон ерітінді бөлігі мен ірі толтырғышты қамтитын гетерогенді материал болып табылады. Ерітінді бөлігі, өз кезегінде, кварц құмының бөлшектерін қамтитын қатайтылған цемент тасы болып табылады.

Бетонның мақсатына және оның беріктік сипаттамаларына байланысты цемент, құм, қиыршық тас және су арасындағы қатынас өзгереді. Беріктілікті қамтамасыз етумен қатар, бетонның құрамы темірбетон бұйымдарын жасау технологиясына байланысты. Мысалы, кассетаны өндіру технологиясымен цемент пен суды тұтынудың жоғарылауы арқылы қол жеткізілетін бетон қоспасының үлкен пластикасы қажет. Бұл жағдайда бетонның ерітінді бөлігі артады.

Орындық технология жағдайында, әсіресе дереу аршу үшін цемент шығыны азайған қатты қоспалар қолданылады.

Бұл жағдайда ірі толтырғыштың салыстырмалы көлемі артады. Демек, бетонның бірдей беріктік сипаттамаларымен оның құрамы кең шектерде өзгеруі мүмкін. Бетон құрылымының қалыптасуына бұйымдарды дайындау технологиясы әсер етеді: бетон қоспасын араластыру сапасы, оны тасымалдау, нығыздау, қатаю кезінде термиялық және ылғалды өңдеу. Бұдан шығатыны, шыңдалған бетонның қасиетіне әсер етеді көп саныфакторлар, ал әсер екі жақты және кездейсоқ болады. Бұл бетонның құрамы бойынша да, оның қасиеттері бойынша да гетерогенділігінің жоғары дәрежесін түсіндіреді. Бетонның гетерогенділігі мен әртүрлі қасиеттері оның акустикалық сипаттамаларында да көрінеді.

Қазіргі уақытта, көптеген әрекеттерге қарамастан, ультрадыбысты бетон арқылы таратудың бірыңғай схемасы мен теориясы әлі әзірленбеген, мұны түсіндіреді. ) Ең алдымен, бетонның беріктігі мен акустикалық қасиеттеріне әртүрлі жолдармен әсер ететін жоғарыда аталған көптеген факторлардың болуы. Бұл жағдай ультрадыбыстық тербелістердің материал арқылы таралуының жалпы теориясының болуымен қиындайды. жоғары дәрежегетерогенділік. Бұл формула бойынша біртекті материал үшін бетондағы ультрадыбыстың жылдамдығын анықтаудың жалғыз себебі.

мұндағы L – ультрадыбыспен жүріп өткен жол, м (негіз);

t – осы жолдың өтуіне кеткен уақыт, мкс.

Импульстік ультрадыбыстың бетон арқылы біртекті емес материал арқылы таралу схемасын толығырақ қарастырайық. Бірақ алдымен темір-бетон зауыттары мен құрылыс алаңдарында жиі кездесетін цемент, өзен құмы, ірі толтырғыш және судан тұратын бетон қоспасының құрамын қарастыру арқылы пайымдауымыздың дұрыс болатын аймағын шектейміз. Бұл жағдайда ірі толтырғыштың беріктігі бетонның беріктігіне қарағанда жоғары деп есептейміз. Бұл дөрекі толтырғыш ретінде әктас, мәрмәр, гранит, доломит және басқа да беріктігі шамамен 40 МПа жыныстарды пайдаланған кезде дұрыс. Шартты түрде қатайтылған бетон екі құрамдас бөліктен тұрады деп алайық: тығыздығы ρ және V жылдамдығы бар салыстырмалы біртекті ерітінді бөлігі және ρ және V бар ірі толтырғыш.

Жоғарыда келтірілген болжамдар мен шектеулерді ескере отырып, шыңдалған бетонды акустикалық кедергісі бар қатты орта ретінде қарастыруға болады:

Бас ультрадыбыстық толқынның эмитент 1-ден қабылдағышқа 2-ке L қалыңдығы бар шыңдалған бетон арқылы таралу схемасын қарастырайық (2.2.57-сурет).

Күріш. 2.2.57. Бас ультрадыбыстық толқынның таралу схемасы

бетонда:

1 - эмитент; 2 - қабылдағыш; 3 - байланыс қабаты; 4 - түйіршіктердегі толқынның таралуы; 5 – ерітінді бөлігінде толқынның таралуы

Эмитент 1-ден бастың ультрадыбыстық толқыны ең алдымен сәулелену беті мен бетон арасында орналасқан 3 байланыс қабатына енеді. Ультрадыбыстық толқынның байланыс қабатынан өту үшін оны техникалық вазелин ретінде жиі қолданылатын өткізгіш сұйықтықпен немесе майлаумен толтыру керек. Байланыс қабатынан өткеннен кейін (t 0 уақытында) ультрадыбыстық толқын ішінара шағылысады кері бағыт, ал қалғандары бетонға түседі. Толқын ұзындығымен салыстырғанда байланыс қабаты неғұрлым жұқа болса, толқынның аз бөлігі шағылысады.

Бетонның қалыңдығына енгеннен кейін, бас толқыны бетонның ерітінді бөлігінде эмитенттің диаметріне сәйкес келетін аумаққа тарай бастайды. Белгілі бір қашықтықты өткеннен кейін Δ л 1, уақыт өткеннен кейін Δ тБелгілі бір аймақтағы 1 бас толқын бір немесе бірнеше ірі түйіршіктермен кездеседі, олардан жартылай шағылысқан және олардың көпшілігі түйіршіктерге еніп, оларда тарала бастайды. Түйіршіктер арасында толқын ерітінді бөлігі арқылы таралуын жалғастырады.

Дөрекі толтырғыш материалдағы ультрадыбыстың жылдамдығы ерітінді бөлігіне қарағанда үлкен болатын қабылданған шартты ескере отырып, қашықтық d, қиыршық тас диаметрінің орташа мәніне тең, түйіршіктер арқылы V жылдамдықпен таралатын толқын. 2 бірінші өтеді, ал ерітінді бөлігінен өткен толқын кешіктіріледі.

Бірінші ірі толтырғыш түйіршіктерден өткеннен кейін толқын ерітінді бөлігімен интерфейске жақындайды, ішінара шағылысады және ішінара оған кіреді. Бұл жағдайда бас толқыны өткен түйіршіктерді одан әрі Гюйгенс принципін қолдануға болатын бетонның ерітінді бөлігіне ультрадыбыстық толқын сәулеленуінің элементар сфералық көздері ретінде қарастыруға болады.

Ерітінді арқылы көрші түйіршіктер арасындағы ең аз қашықтықты өткеннен кейін, бас толқыны оларға еніп, олар арқылы тарай бастайды, оларды келесі элементар көздерге айналдырады. Осылайша, t уақытынан кейін L бетонның барлық қалыңдығынан және екінші жанасу қабатынан 3 өтіп, бас толқын қабылдағышқа 2 түседі, онда ол электрлік сигналға айналады.

Қарастырылып отырған сұлбадан шығатыны, эмитент 1-ден қабылдағышқа 2 дейінгі бас толқын дөрекі агрегат түйіршіктері және осы түйіршіктерді қосатын ерітінді бөлігі арқылы өтетін жол бойымен таралады және бұл жол t жұмсалған ең аз уақыттың шартынан анықталады. .

Демек, t уақыты

түйіршіктерді қосатын ерітінді бөлігінің өтуіне кеткен уақыт қайда;

Түйіршіктерден өтуге кеткен уақыт. Ультрадыбыспен жүріп өткен L жолы тең

мұндағы: ерітінді бөлігі арқылы бас толқынның жүріп өткен жалпы жолы;

Бас толқынының түйіршіктер арқылы өтетін жалпы жолы.

Садақ толқыны өтетін L жалпы қашықтығы таратқыш пен қабылдағыштың арасындағы геометриялық қашықтықтан үлкен болуы мүмкін, өйткені толқын ең аз геометриялық қашықтық бойымен емес, максималды жылдамдық жолымен таралады.

Жалпы өлшенген уақыттан ультрадыбыспен байланыс қабаттарынан өтуге кететін уақытты алып тастау керек.

Бас толқынынан кейінгі толқындар да максималды жылдамдық жолымен таралады, бірақ олардың қозғалысы кезінде олар дөрекі агрегат түйіршіктері мен ерітінді бөлігі арасындағы шекарадан шағылысқан толқындарды кездестіреді. Егер түйіршік диаметрі болса ұзындығына теңтолқын немесе оның жартысы, содан кейін түйіршік ішінде акустикалық резонанс пайда болуы мүмкін. Интерференция мен резонанстың әсерін әр түрлі толтырғыш өлшемдері бар бетон арқылы берілетін ультрадыбыстық толқындар пакетінің спектрлік талдауында байқауға болады.

Жоғарыда қарастырылған импульстік ультрадыбыстың бас толқынының таралу схемасы бөлімнің басында көрсетілген қасиеттері бар бетондар үшін ғана жарамды, яғни. дөрекі толтырғыш түйіршіктер алынатын материалдағы ультрадыбыстың механикалық беріктігі мен таралу жылдамдығы бетонның ерітінді бөлігіндегі беріктік пен жылдамдықтан асып түседі. Мұндай қасиеттерге әктас, мәрмәр, граниттен жасалған қиыршық тасты пайдаланатын темірбетон зауыттары мен құрылыс алаңдарында қолданылатын бетондардың көпшілігі ие. Кеңейтілген сазды бетон, көбікбетон, туф толтырғышы бар бетон үшін ультрадыбысты тарату схемасы әртүрлі болуы мүмкін.

Қарастырылып отырған схеманың дұрыстығы тәжірибелермен расталады. Сонымен, суреттен. 2.2.54 Цемент бөлігіне қиыршық тасты белгілі бір мөлшерде қосқанда, бетонның беріктігі аздап жоғарылағанда (кейде төмендегенде) ультрадыбыстың жылдамдығы жоғарылайтынын көруге болады.

Суретте. 2.2.56 Дөрекі толтырғыш материалында УДЗ жылдамдығының жоғарылауымен оның бетондағы жылдамдығының жоғарылайтыны байқалады.

Үлкен толтырғыштары бар бетондағы жылдамдықтың артуы (2.2.55-сурет) де осы схемамен түсіндіріледі, өйткені диаметрдің ұлғаюымен толтырғыш материал арқылы ультрадыбыстың жолы ұзарады.

Ультрадыбысты таратудың ұсынылған схемасы ақауларды анықтау және бетонның беріктігін бақылау үшін ультрадыбыстық әдістің мүмкіндіктерін объективті бағалауға мүмкіндік береді.

Ресей жоғары оқу орнынан кейінгі білім беру медициналық академиясының ультрадыбыстық диагностика кафедрасының қызметкерлері жазған ультрадыбыстық диагностика бойынша нұсқаулықтың I томының тарауы, редакциясы Митков В.В.

Ультрадыбыстың ФИЗИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ

Медициналық диагностикада ультрадыбысты қолдану кескінді алу мүмкіндігімен байланысты ішкі органдаржәне құрылымдар. Әдістің негізі ультрадыбыстың адам ағзасының тіндерімен өзара әрекеттесуі болып табылады. Суретті алудың өзін екі бөлікке бөлуге болады. Біріншісі - зерттелетін тіндерге бағытталған қысқа ультрадыбыстық импульстардың сәулеленуі, екіншісі - шағылысқан сигналдар негізінде кескіннің қалыптасуы. Ультрадыбыстық диагностикалық қондырғының жұмыс істеу принципін түсіну, ультрадыбыстық физика негіздерін және оның адам ағзасының тіндерімен әрекеттесуін білу құрылғыны механикалық, ойланбастан пайдаланудан аулақ болуға, демек, диагностикалық процеске сауатты түрде жақындауға көмектеседі. .

Дыбыс механикалық бойлық толқын, онда бөлшектердің тербелісі энергияның таралу бағытымен бір жазықтықта болады (1-сурет).

Күріш. 1. Ультрадыбыстық толқындағы қысым мен тығыздықтың өзгеруін көрнекі және графикалық бейнелеу.

Толқын энергияны тасымалдайды, бірақ материя емес. Электромагниттік толқындардан (жарық, радиотолқындар және т.б.) айырмашылығы, дыбыстың таралуы үшін орта қажет - ол вакуумда тарай алмайды. Барлық толқындар сияқты дыбысты да бірқатар параметрлер бойынша сипаттауға болады. Олар жиілік, толқын ұзындығы, ортадағы таралу жылдамдығы, период, амплитуда және қарқындылық. Жиілік, период, амплитуда және қарқындылық дыбыс көзімен, таралу жылдамдығы ортамен, ал толқын ұзындығы дыбыс көзімен де, ортамен де анықталады. Жиілік - 1 секундтық кезеңдегі толық тербелістердің (циклдердің) саны (2-сурет).

Күріш. 2. Ультрадыбыстық толқын жиілігі 2 цикл 1 с = 2 Гц

Жиілік бірліктері герц (Гц) және мегагерц (МГц). Бір герц секундына бір тербеліс. Бір мегагерц = 1000000 герц. «Ультра» дыбысты не тудырады? Бұл жиілік. Естілетін дыбыстың жоғарғы шегі – 20 000 Гц (20 килогерц (кГц)) – ультрадыбыстық диапазонның төменгі шегі. Жарқанаттардың ультрадыбыстық локаторлары 25÷500 кГц диапазонында жұмыс істейді. Қазіргі заманғы ультрадыбыстық құрылғыларда кескінді алу үшін жиілігі 2 МГц және одан жоғары ультрадыбыстық қолданылады. Период – бір толық тербеліс циклін алуға қажетті уақыт (3-сурет).

Күріш. 3. Ультрадыбыстық толқынның периоды.

Период бірлігі секундтар (с) және микросекундтар (µs) болып табылады. Бір микросекунд секундтың миллионнан бір бөлігі. Период (μс) = 1/жиілік (МГц). Толқын ұзындығы – кеңістікте бір тербеліс алатын ұзындық (4-сурет).

Күріш. 4. Толқын ұзындығы.

Өлшем бірліктері метр (м) және миллиметр (мм) болып табылады. Ультрадыбыстың таралу жылдамдығы - толқынның орта арқылы таралу жылдамдығы. Ультрадыбыстық таралу жылдамдығының өлшем бірліктері секундына метр (м/с) және микросекундтағы миллиметр (мм/мкс) болып табылады. Ультрадыбыстың таралу жылдамдығы ортаның тығыздығы мен серпімділігімен анықталады. Ультрадыбыстың таралу жылдамдығы серпімділіктің жоғарылауымен және ортаның тығыздығының төмендеуімен артады. 2.1-кестеде адам ағзасының кейбір ұлпаларында ультрадыбыстың таралу жылдамдығы көрсетілген.

Ультрадыбыстың адам ағзасының тіндерінде таралу жылдамдығы орташа есеппен 1540 м/с құрайды – ультрадыбыстық диагностикалық құрылғылардың көпшілігі осы жылдамдыққа бағдарламаланған. Ультрадыбыстың таралу жылдамдығы (C), жиілік (f) және толқын ұзындығы (λ) келесі теңдеумен байланысты: C = f × λ. Біздің жағдайда жылдамдық тұрақты деп есептелетіндіктен (1540 м/с), қалған екі айнымалы f және λ өзара кері пропорционалдық қатынас арқылы байланысқан. Жиілік неғұрлым жоғары болса, толқын ұзындығы соғұрлым қысқа болады және біз көре алатын нысандар аз болады. Ортаның тағы бір маңызды параметрі - акустикалық кедергі (Z). Акустикалық кедергі ортаның тығыздық мәні мен ультрадыбыстың таралу жылдамдығының көбейтіндісі болып табылады. Қарсылық (Z) = тығыздық (p) × таралу жылдамдығы (C).

Ультрадыбыстық диагностикада кескінді алу үшін түрлендіргіш (тұрақты толқын) арқылы үздіксіз шығарылатын ультрадыбыстық пайдаланылмайды, бірақ қысқа импульстар түрінде шығарылатын ультрадыбыстық (импульстік). Ол пьезоэлектрлік элементке қысқа электрлік импульстар түскенде пайда болады. Импульстік ультрадыбысты сипаттау үшін қосымша параметрлер қолданылады. Импульстің қайталану жылдамдығы - уақыт бірлігінде (секундта) шығарылатын импульстар саны. Импульстің қайталану жиілігі герцпен (Гц) және килогерцпен (кГц) өлшенеді. Импульс ұзақтығы – бір импульстің уақыт аралығы (Cурет 5).

Күріш. 5. Ультрадыбыстық импульстің ұзақтығы.

Ол секундтармен (с) және микросекундтармен (мкс) өлшенеді. Толық болу коэффициенті – ультрадыбысты шығару (импульс түрінде) пайда болатын уақыттың үлесі. Кеңістіктік импульс ұзындығы (STP) - бір ультрадыбыстық импульс орналастырылған кеңістіктің ұзындығы (6-сурет).

Күріш. 6. Импульстің кеңістікте кеңеюі.

Жұмсақ тіндер үшін импульстің кеңістіктік ұзындығы (мм) 1,54 (мм/мкс-тегі ультрадыбыстың таралу жылдамдығы) және бір импульстағы тербеліс (цикл) санының (n) МГц жиілігіне бөлінген көбейтіндісіне тең. Немесе PPI = 1,54 × n/f. Импульстің кеңістіктік ұзындығының төмендеуіне импульстегі тербелістердің санын азайту немесе жиілікті арттыру арқылы қол жеткізуге болады (және бұл осьтік рұқсатты жақсарту үшін өте маңызды). Ультрадыбыстық толқынның амплитудасы - байқалатын физикалық айнымалының орташа мәннен максималды ауытқуы (7-сурет).

Күріш. 7. Ультрадыбыстық толқынның амплитудасы

Ультрадыбыстың қарқындылығы толқын қуатының ультрадыбыстық ағын таралатын аймаққа қатынасы болып табылады. Ол шаршы сантиметрге ваттпен өлшенеді (Вт/см2). Сәулелену қуаты бірдей болса, ағынның ауданы неғұрлым аз болса, қарқындылығы соғұрлым жоғары болады. Қарқындылық амплитуданың квадратына да пропорционал. Осылайша, егер амплитудасы екі есе өссе, онда қарқындылық төрт есе өседі. Қарқындылық ағынның аумағында да, импульстік ультрадыбыстық жағдайда да уақыт өте келе біркелкі емес.

Кез келген ортадан өткенде ультрадыбыстық сигналдың амплитудасы мен қарқындылығы төмендейді, ол әлсіреу деп аталады. Ультрадыбыстық сигналдың әлсіреуі жұтылу, шағылысу және шашырау нәтижесінде пайда болады. Өсу бірлігі децибел (дБ). Өшіру коэффициенті – бұл сигналдың жолының бірлік ұзындығына ультрадыбыстық сигналдың әлсіреуі (дБ/см). Жиілік артқан сайын демпферлік фактор артады. Жұмсақ тіндердегі орташа әлсіреу коэффициенттері және жиілікке байланысты жаңғырық сигналының қарқындылығының төмендеуі 2.2-кестеде келтірілген.

РЕФЛЕКЦИЯ ЖӘНЕ ШАШЫРУ

Ультрадыбыс акустикалық кедергісі және ультрадыбыстың жылдамдығы әртүрлі орталардың шекарасында ұлпалардан өткенде шағылысу, сыну, шашырау және жұтылу құбылыстары пайда болады. Бұрышқа байланысты ультрадыбыстық сәуленің перпендикуляр және қиғаш (бұрышта) түсуі туралы айтылады. Ультрадыбыстық сәуленің перпендикуляр түсуімен ол толық шағылысуы немесе ішінара шағылысуы мүмкін, екі ортаның шекарасы арқылы ішінара өтуі мүмкін; бұл жағдайда бір ортадан екінші ортаға тасымалданатын УДЗ бағыты өзгермейді (8-сурет).

Күріш. 8. Ультрадыбыстық сәуленің перпендикуляр түсуі.

Шағылысқан ультрадыбыстың және ортаның шекарасынан өткен ультрадыбыстың қарқындылығы бастапқы қарқындылыққа және ортаның акустикалық кедергілерінің айырмашылығына байланысты. Шағылған толқынның интенсивтілігінің түскен толқынның интенсивтілігіне қатынасы шағылу коэффициенті деп аталады. Ортаның шекарасынан өткен ультрадыбыстық толқынның қарқындылығының түскен толқынның интенсивтілігіне қатынасы ультрадыбысты өткізу коэффициенті деп аталады. Осылайша, егер тіндердің тығыздығы әртүрлі болса, бірақ акустикалық кедергісі бірдей болса, ультрадыбыстың шағылысуы болмайды. Екінші жағынан, акустикалық кедергілердің үлкен айырмашылығымен шағылысу қарқындылығы 100% -ға ұмтылады. Бұған мысал ретінде ауа/жұмсақ тін интерфейсін келтіруге болады. Ультрадыбыстың толық дерлік шағылысуы осы орталардың шекарасында орын алады. Адам ағзасының ұлпаларында ультрадыбысты өткізуді жақсарту үшін байланыстырушы орталар (гель) қолданылады. Ультрадыбыстық сәуленің қиғаш түсуімен түсу бұрышы, шағылу бұрышы және сыну бұрышы анықталады (9-сурет).

Күріш. 9. Рефлексия, сыну.

Түсу бұрышы шағылу бұрышына тең. Рефракция - ультрадыбыстық сәуленің таралу бағытының өзгеруі, ол ультрадыбыстың әртүрлі жылдамдықтары бар ортаның шекарасын кесіп өткен кезде. Сыну бұрышының синусы екінші ортадағы ультрадыбыстың таралу жылдамдығын бірінші ортадағы жылдамдыққа бөлуден алынған шамаға түсу бұрышының синусының көбейтіндісіне тең. Сыну бұрышының синусы, демек, сыну бұрышының өзі неғұрлым үлкен болса, екі ортада ультрадыбыстың таралу жылдамдығының айырмашылығы соғұрлым көп болады. Егер екі ортада ультрадыбыстың таралу жылдамдықтары тең болса немесе түсу бұрышы 0 болса, сыну байқалмайды. Шағылысу туралы айтатын болсақ, толқын ұзындығы бұзушылықтардың өлшемдерінен әлдеқайда үлкен болған жағдайда ескеру қажет. шағылыстыратын бетінде алып шағылысу орын алады (жоғарыда сипатталған). Толқын ұзындығы шағылыстыратын беттің біркелкі еместігімен салыстырылатын болса немесе ортаның өзінің біртексіздігі болса, ультрадыбыстың шашырауы пайда болады.

Күріш. 10. Кері шашырау.

Кері шашыраумен (10-сурет) ультрадыбыс бастапқы сәуле шыққан бағытта көрсетіледі. Шашыраған сигналдардың қарқындылығы ортаның біртексіздігінің жоғарылауымен және ультрадыбыстың жиілігінің жоғарылауымен (яғни толқын ұзындығының төмендеуімен) артады. Шашырау түскен сәуленің бағытына салыстырмалы түрде аз тәуелді, сондықтан орган паренхимасын айтпағанда, шағылыстыратын беттерді жақсырақ көруге мүмкіндік береді. Шағылысқан сигнал экранда дұрыс орналасуы үшін тек шығарылатын сигналдың бағытын ғана емес, сонымен қатар рефлекторға дейінгі қашықтықты білу қажет. Бұл қашықтық ортадағы ультрадыбыстың жылдамдығының өнімінің 1/2 бөлігіне және шағылысқан сигналды шығару мен қабылдау арасындағы уақытқа тең (11-сурет). Жылдамдық пен уақыттың туындысы екіге бөлінеді, өйткені ультрадыбыс қос жолды (эмиттерден рефлекторға және кері) жүреді, ал бізді тек эмитенттен рефлекторға дейінгі қашықтық қызықтырады.

Күріш. 11. УЗИ көмегімен қашықтықты өлшеу.

Сенсорлар және ультрадыбыстық толқындар.

Ультрадыбысты алу үшін электр энергиясын ультрадыбыстық энергияға түрлендіретін арнайы түрлендіргіштер қолданылады. Ультрадыбысты өндіру кері пьезоэлектрлік әсерге негізделген. Әсердің мәні мынада, егер белгілі бір материалдарға (пьезоэлектриктер) электр кернеуі берілсе, онда олардың пішіні өзгереді (12-сурет).

Күріш. 12. Кері пьезоэлектрлік эффект.

Осы мақсатта ультрадыбыстық құрылғыларда көбінесе қорғасын цирконаты немесе қорғасын титанаты сияқты жасанды пьезоэлектрлік материалдар қолданылады. Электр тогы болмаған кезде пьезоэлектрлік элемент бастапқы пішініне оралады, ал полярлық өзгерген кезде пішін қайтадан өзгереді, бірақ керісінше. Егер пьезоэлектрлік элементке жылдам айнымалы ток қолданылса, онда элемент жоғары жиілікте жиырылып, кеңейе бастайды (яғни тербеліс), ультрадыбыстық өрісті тудырады. Түрлендіргіштің жұмыс жиілігі (резонанстық жиілік) пьезоэлектрлік элементтегі ультрадыбыстың таралу жылдамдығының осы пьезоэлектрлік элементтің екі есе қалыңдығына қатынасымен анықталады. Шағылысқан сигналдарды анықтау тікелей пьезоэлектрлік әсерге негізделген (13-сурет).

Күріш. 13. Тікелей пьезоэлектрлік эффект.

Қайтару сигналдары пьезоэлектрлік элементтің тербелісін және оның беттерінде айнымалы электр тогының пайда болуын тудырады. Бұл жағдайда пьезо элементі ультрадыбыстық сенсор ретінде жұмыс істейді. Әдетте, бірдей элементтер ультрадыбысты шығару және қабылдау үшін ультрадыбыстық құрылғыларда қолданылады. Сондықтан «түрлендіргіш», «түрлендіргіш», «датчик» терминдері синоним болып табылады. Ультрадыбыстық сенсорлар күрделі құрылғылар болып табылады және кескінді сканерлеу тәсіліне қарай баяу сканерлеу құрылғыларына (бір элемент) және сенсорларға бөлінеді. жылдам сканерлеу(нақты уақытта сканерлеу) – механикалық және электронды. Механикалық датчиктер бір және көп элементті (анулярлы) болуы мүмкін. Ультрадыбыстық сәуленің сыпырылуына элементті айналдыру, элементті айналдыру немесе акустикалық айнаны айналдыру арқылы қол жеткізуге болады (Cурет 14).

Күріш. 14. Механикалық сектордың сенсорлары.

Бұл жағдайда экрандағы кескін сектор (секторлық сенсорлар) немесе шеңбер (дөңгелек сенсорлар) түрінде болады. Электрондық датчиктер көп элементті және алынған кескіннің пішініне қарай секторлық, сызықтық, дөңес (дөңес) болуы мүмкін (15-сурет).

Күріш. 15. Көп элементті электронды сенсорлар.

Секторлық сенсордағы кескінді тазарту ультрадыбыстық сәулені бір уақытта фокустау арқылы айналдыру арқылы қол жеткізіледі (Cурет 16).

Күріш. 16. Кезеңдік антеннасы бар электрондық сектор сенсоры.

Сызықтық және дөңес датчиктерде кескінді тазарту бір мезгілде фокустаумен антенна массиві бойымен қадамдық қозғалысымен элементтер тобын қоздыру арқылы жүзеге асырылады (Cурет 17).

Күріш. 17. Электрондық сызықтық сенсор.

Ультрадыбыстық сенсорлар бір-бірінен егжей-тегжейлі ерекшеленеді, бірақ олардың схемалық диаграммасы 18-суретте көрсетілген.

Күріш. 18. Ультрадыбыстық сенсор құрылғысы.

Үздіксіз сәулелену режимінде диск түріндегі бір элементті түрлендіргіш ультра дыбыстық өрісті құрайды, оның пішіні қашықтыққа байланысты өзгереді (19-сурет).

Күріш. 19. Фокусталмаған түрлендіргіштің екі өрісі.

Кейде бүйірлік лобтар деп аталатын қосымша ультрадыбыстық «ағындарды» байқауға болады. Дискіден жақын өрістің (аймақтың) ұзындығына дейінгі қашықтық жақын аймақ деп аталады. Жақын шекарадан тыс аймақ алыс деп аталады. Жақын аймақтың ұзындығы түрлендіргіш диаметрінің квадратының 4 толқын ұзындығына қатынасына тең. Алыс аймақта ультрадыбыстық өріс диаметрі артады. Ультрадыбыстық сәуленің ең үлкен тарылу орны фокус аймағы деп аталады, ал түрлендіргіш пен фокустық аймақ арасындағы қашықтық фокус аралығы деп аталады. Бар әртүрлі жолдарультрадыбыстық сәулені фокустау. Ең қарапайым фокустау әдісі - акустикалық линза (Cурет 20).

Күріш. 20. Акустикалық объективпен фокустау.

Оның көмегімен сіз ультрадыбыстық сәулені белгілі бір тереңдікте фокустай аласыз, бұл линзаның қисаюына байланысты. Бұл фокустау әдісі фокустық қашықтықты тез өзгертуге мүмкіндік бермейді, бұл практикалық жұмыста қолайсыз. Фокустың тағы бір жолы - дыбыстық айнаны пайдалану (Cурет 21).

Күріш. 21. Акустикалық айнамен фокустау.

Бұл жағдайда айна мен түрлендіргіш арасындағы қашықтықты өзгерту арқылы біз фокус аралығын өзгертеміз. Көп элементті электронды сенсорлары бар заманауи құрылғыларда фокустау электронды фокусқа негізделген (Cурет 17). Электрондық фокустау жүйесі арқылы біз құралдар тақтасынан фокустық қашықтықты өзгерте аламыз, дегенмен әрбір сурет үшін бізде тек бір фокус аймағы болады. Кескінді алу үшін секундына 1000 рет шығарылатын өте қысқа ультрадыбыстық импульстар (импульстің қайталану жиілігі 1 кГц) пайдаланылғандықтан, құрылғы 99,9% жаңғырық қабылдағыш ретінде жұмыс істейді. Осындай уақыт шегіне ие бола отырып, құрылғыны бірінші суретті алу кезінде жақын фокус аймағы (22-сурет) таңдалатын және осы аймақтан алынған ақпарат сақталатындай етіп бағдарламалауға болады.

Күріш. 22. Динамикалық фокустау әдісі.

Әрі қарай – келесі фокус аймағын таңдау, ақпарат алу, сақтау. Тағыда басқа. Нәтиже - бүкіл тереңдікке бағытталған композициялық кескін. Дегенмен, бұл фокустау әдісі бір кескінді (кадр) алу үшін айтарлықтай уақытты қажет ететінін атап өту керек, бұл кадр жиілігінің төмендеуіне және кескіннің жыпылықтауына әкеледі. Неліктен ультрадыбыстық сәулені фокустау үшін көп күш жұмсалады? Өйткені, сәуле неғұрлым тар болса, соғұрлым бүйірлік (бүйірлік, азимутта) ажыратымдылық жақсы болады. Бүйірлік ажыратымдылық – энергияның таралу бағытына перпендикуляр орналасқан екі объектінің арасындағы ең аз қашықтық, олар монитор экранында жеке құрылымдар ретінде көрсетілген (Cурет 23).

Күріш. 23. Динамикалық фокустау әдісі.

Бүйірлік рұқсат ультрадыбыстық сәуленің диаметріне тең. Осьтік ажыратымдылық – энергияның таралу бағыты бойынша орналасқан екі объектінің арасындағы ең аз қашықтық, олар монитор экранында жеке құрылымдар ретінде көрсетілген (24-сурет).

Күріш. 24. Осьтік рұқсат: ультрадыбыстық импульс неғұрлым қысқа болса, соғұрлым жақсы болады.

Осьтік рұқсат ультрадыбыстық импульстің кеңістіктік дәрежесіне байланысты - импульс неғұрлым қысқа болса, ажыратымдылық соғұрлым жақсы болады. Импульсті қысқарту үшін ультрадыбыстық тербелістерді механикалық және электронды демпфинг қолданылады. Әдетте, осьтік рұқсат бүйірлік рұқсатқа қарағанда жақсырақ.

БАЯН Сканерлеу ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫ

Қазіргі уақытта баяу (қолмен, күрделі) сканерлеу құрылғылары тек тарихи қызығушылық тудырады. Моральдық тұрғыдан олар жылдам сканерлеу құрылғыларының (нақты уақытта жұмыс істейтін құрылғылар) пайда болуымен қайтыс болды. Дегенмен, олардың негізгі құрамдас бөліктері қазіргі заманғы құрылғыларда да сақталған (табиғи, қазіргі заманғы элементтік базаны пайдалану). Жүрек - негізгі импульстік генератор (қазіргі құрылғыларда - қуатты процессор), ол ультрадыбыстық құрылғының барлық жүйелерін басқарады (25-сурет).

Күріш. 25. Қол сканерінің құрылымдық схемасы.

Импульстік генератор ультрадыбыстық импульсті тудыратын және оны ұлпаға жіберетін түрлендіргішке электрлік импульстарды жібереді, шағылысқан сигналдарды қабылдайды, оларды электрлік тербелістерге айналдырады. Содан кейін бұл электрлік тербелістер радиожиілік күшейткішіне жіберіледі, ол әдетте уақыт амплитудасының күшейту контроллеріне (TAGU) - тереңдікте тіндік сіңіру компенсациясының реттегішіне қосылады. Тіндерде ультрадыбыстық сигналдың әлсіреуі экспоненциалды заңға сәйкес жүретіндіктен, экрандағы заттардың жарықтығы тереңдік артқан сайын біртіндеп төмендейді (26-сурет).

Күріш. 26. Тіндердің сіңірілуін компенсациялау.

Сызықтық күшейткішті қолдану, яғни. барлық сигналдарды пропорционалды түрде күшейтетін күшейткіш терең объектілердің визуализациясын жақсартуға тырысқанда сенсорға жақын жерде сигналдарды күшейтеді. Логарифмдік күшейткіштерді қолдану бұл мәселені шешеді. Ультрадыбыстық сигнал оның қайтарылуының кешігу уақытына пропорционалды түрде күшейтіледі - ол неғұрлым кеш оралса, күшейту соғұрлым күшті болады. Осылайша, TVG пайдалану экранда бірдей жарықтықтағы кескінді тереңдікте алуға мүмкіндік береді. Осылайша күшейтілген радиожиілік электр сигналы демодуляторға беріледі, онда ол түзетіледі және сүзіледі, ал бейне күшейткіште қайтадан күшейтіліп, монитор экранына беріледі.

Кескінді монитор экранында сақтау үшін бейне жады қажет. Оны аналогтық және цифрлық деп бөлуге болады. Алғашқы мониторлар ақпаратты аналогтық бистабилді түрде көрсетуге мүмкіндік берді. Дискриминатор деп аталатын құрылғы дискриминация шегін өзгертуге мүмкіндік берді - қарқындылығы дискриминация шегінен төмен сигналдар ол арқылы өтпеді және экранның сәйкес бөлімдері қараңғы болып қалды. Қарқындылығы дискриминация шегінен асатын сигналдар экранда ақ нүктелер түрінде көрсетілді. Бұл жағдайда нүктелердің жарықтығы шағылысқан сигнал қарқындылығының абсолютті мәніне тәуелді болмады - барлық ақ нүктелердің жарықтығы бірдей болды. Суретті көрсетудің бұл әдісімен – ол «бистабилді» деп аталды – шағылыстыру қабілеті жоғары мүшелер мен құрылымдардың шекаралары (мысалы, бүйрек синустары) айқын көрінді, алайда паренхималық мүшелердің құрылымын бағалау мүмкін болмады. Монитор экранында сұр реңктерді беруге мүмкіндік беретін 70-ші жылдардағы құрылғылардың пайда болуы сұр шкала құрылғыларының дәуірінің басталуын белгіледі. Бұл құрылғылар екі тұрақты кескіні бар құрылғылардың көмегімен қол жетімсіз ақпаратты алуға мүмкіндік берді. Компьютерлік технологиялар мен микроэлектрониканың дамуы көп ұзамай аналогтық кескіндерден цифрлық кескіндерге көшуге мүмкіндік берді. Ультрадыбыстық құрылғылардағы сандық кескіндер сұр шкаласы 16-32-64-128-256 (4-5-6-7-8 бит) үлкен матрицаларда (әдетте 512 × 512 пиксель) қалыптасады. 512 × 512 пиксельдік матрицада 20 см тереңдікте көрсету кезінде бір пиксель 0,4 мм сызықтық өлшемге сәйкес келеді. Заманауи құралдарда кескін сапасын жоғалтпай дисплей өлшемін ұлғайту үрдісі байқалады, ал орташа диапазондағы құралдарда 12 дюймдік (диагональі 30 см) экрандар әдеттегідей болып келеді.

Ультрадыбыстық құрылғының (дисплей, монитор) катодтық сәулелік түтігі арнайы фосформен қапталған экранда жарық нүктені шығару үшін өткір бағытталған электронды сәулені пайдаланады. Ауыстырылатын тақталардың көмегімен бұл нүктені экранның айналасында жылжытуға болады.

Сағат А түрі Sweep (Amplitude) бір осьте сенсорға дейінгі қашықтық, екіншісінде - шағылысқан сигналдың қарқындылығы сызылады (Cурет 27).

Күріш. 27. А типті сигналды тазалау.

Қазіргі заманғы аспаптарда A типті сыпырғыш іс жүзінде қолданылмайды.

B түрісканерлеу (Жарықтық - жарықтық) сканерлеу сызығы бойымен осы сызықты құрайтын жеке нүктелердің жарықтығының айырмашылығы түріндегі шағылысқан сигналдардың қарқындылығы туралы ақпаратты алуға мүмкіндік береді.

Экранның мысалы: солға айналдыру Б, оң жақта - Мжәне кардиограмма.

М-түрі(кейде TM) сыпыру (Motion - қозғалыс) шағылыстыратын құрылымдардың қозғалысын (қозғалысын) уақытында тіркеуге мүмкіндік береді. Бұл жағдайда шағылыстырушы құрылымдардың тік жылжулары әртүрлі жарықтықтағы нүктелер түрінде, ал көлденеңінен - ​​уақыт бойынша осы нүктелердің орын ауыстыруы жазылады (28-сурет).

Күріш. 28. М типті сыпырғыш.

Екі өлшемді томографиялық кескінді алу үшін сканерлеу сызығын сканерлеу жазықтығы бойымен жылжыту қажет. Баяу сканерлеу құрылғыларында бұл сенсорды науқас денесінің беті бойымен қолмен жылжыту арқылы қол жеткізілді.

ЖЫЛДАМ Сканерлеу ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫ

Жылдам сканерлер немесе, әдетте, нақты уақыттағы сканерлер, баяу немесе қолмен сканерлерді толығымен ауыстырды. Бұл осы құрылғылардың бірқатар артықшылықтарына байланысты: нақты уақыт режимінде органдар мен құрылымдардың қозғалысын бағалау мүмкіндігі (яғни, уақыттың бір мезетінде); зерттеуге кететін уақыттың күрт төмендеуі; шағын акустикалық терезелер арқылы зерттеу жүргізу мүмкіндігі.

Егер баяу сканерлеу құрылғыларын камерамен салыстыруға болатын болса (қозғалмайтын кескіндерді алу), онда нақты уақыттағы құрылғыларды киномен салыстыруға болады, онда қозғалмайтын кескіндер (кадрлар) бір-бірін үлкен жиілікпен ауыстырып, қозғалыс әсерін тудырады.

Жылдам сканерлеу құрылғыларында, жоғарыда айтылғандай, механикалық және электронды секторлық датчиктер, электронды сызықтық датчиктер, электронды дөңес (дөңес) датчиктер және механикалық радиалды датчиктер қолданылады.

Біраз уақыт бұрын трапеция тәрізді датчиктер бірқатар құрылғыларда пайда болды, олардың көру өрісі трапеция тәрізді болды, бірақ олар дөңес датчиктерге қарағанда артықшылықтарды көрсетпеді, бірақ олардың өздері де бірқатар кемшіліктерге ие болды.

Қазіргі уақытта іш қуысының, ретроперитонеальды кеңістіктің және кіші жамбастың мүшелерін тексеруге арналған ең жақсы сенсор дөңес болып табылады. Оның салыстырмалы түрде шағын жанасу беті және ортаңғы және алыс аймақтарда өте үлкен көру өрісі бар, бұл зерттеуді жеңілдетеді және тездетеді.

Ультрадыбыстық сәулемен сканерлеу кезінде сәуленің әрбір толық өтуінің нәтижесі кадр деп аталады. Рамка көптеген тік сызықтардан қалыптасады (Cурет 29).

Күріш. 29. Бөлек сызықтар бойынша кескін қалыптастыру.

Әрбір жол кем дегенде бір ультрадыбыстық импульс. Заманауи аспаптарда сұр түсті кескінді алу үшін импульстің қайталану жиілігі 1 кГц (секундына 1000 импульс) құрайды.

Импульстің қайталану жылдамдығы (PRF), кадрды құрайтын жолдар саны және уақыт бірлігіндегі кадрлар саны арасында байланыс бар: PRF = жолдар саны × кадр жиілігі.

Монитор экранында алынған кескіннің сапасы, атап айтқанда, сызық тығыздығы арқылы анықталады. Сызықтық сенсор үшін сызықтың тығыздығы (сызықтар/см) кадрды құрайтын сызықтар санының кескін қалыптасатын монитор бөлігінің еніне қатынасы болып табылады.

Сектор түріндегі сенсор үшін сызық тығыздығы (сызықтар/градус) жақтауды құрайтын сызықтар санының сектор бұрышына қатынасы болып табылады.

Құрылғыда орнатылған кадр жиілігі неғұрлым жоғары болса, кадрды құрайтын сызықтардың саны (берілген импульстің қайталану жиілігінде), монитор экранындағы сызықтардың тығыздығы соғұрлым аз болады және алынған кескіннің сапасы соғұрлым төмен болады. Бірақ жоғары кадр жиілігінде бізде жақсы уақытша ажыратымдылық бар, бұл эхокардиографиялық зерттеулерде өте маңызды.

ДОПЛЕРОГРАФИЯ ҚҰРЫЛҒЫ

Ультрадыбыстық зерттеу әдісі органдар мен тіндердің құрылымдық күйі туралы ақпаратты алуға ғана емес, сонымен қатар тамырлардағы ағындарды сипаттауға мүмкіндік береді. Бұл қабілет Доплер эффектісіне негізделген – дыбыс көзі немесе қабылдағыш ортасына немесе дыбысты тарататын денеге қатысты қозғалу кезінде қабылданған дыбыс жиілігінің өзгеруі. Кез келген біртекті ортада ультрадыбыстың таралу жылдамдығы тұрақты болуына байланысты байқалады. Демек, дыбыс көзі тұрақты жылдамдықпен қозғалса, қозғалыс бағытында шығарылатын дыбыс толқындары қысылып, дыбыс жиілігін арттыратын сияқты. Толқындар кері бағытта, созылған сияқты, дыбыс жиілігінің төмендеуіне әкелді (30-сурет).

Күріш. 30. Доплер эффектісі.

Бастапқы ультрадыбыстық жиілікті модификацияланғанмен салыстыру арқылы Доллердің ауысуын анықтауға және жылдамдықты есептеуге болады. Дыбысты қозғалатын зат шығара ма, әлде объект дыбыс толқындарын көрсете ме, маңызды емес. Екінші жағдайда ультрадыбыстық көз стационарлық (ультрадыбыстық сенсор) болуы мүмкін, ал қозғалатын эритроциттер ультрадыбыстық толқындардың шағылыстырғышы ретінде әрекет ете алады. Доплер ығысуы оң (егер рефлектор дыбыс көзіне қарай жылжитын болса) немесе теріс (егер рефлектор дыбыс көзінен алыстаса) болуы мүмкін. Ультрадыбыстық сәуленің түсу бағыты рефлектордың қозғалыс бағытына параллель болмаған жағдайда, түсетін сәуле мен сәуленің қозғалыс бағыты арасындағы q бұрышының косинусы бойынша Доплер ығысуын түзету қажет. рефлектор (Cурет 31).

Күріш. 31. Түскен сәуле мен қан ағымының бағыты арасындағы бұрыш.

Доплерлік ақпаратты алу үшін екі түрлі құрылғылар қолданылады - тұрақты толқынды және импульстік. Үздіксіз толқынды доплерлік аспапта түрлендіргіш екі түрлендіргіштен тұрады: олардың бірі үнемі ультрадыбысты шығарады, екіншісі үнемі шағылысқан сигналдарды қабылдайды. Қабылдағыш әдетте ультрадыбыстық көздің жиілігінің (естілетін диапазон) -1/1000 болатын Доплер ығысуын анықтайды және сигналды дыбыс зорайтқыштарға және параллельді түрде толқын пішінін сапалық және сандық бағалау үшін мониторға жібереді. Тұрақты толқынды құрылғылар ультрадыбыстық сәуленің бүкіл жолында дерлік қан ағынын анықтайды, немесе, басқаша айтқанда, үлкен бақылау көлеміне ие. Бұл реттелетін көлемге бірнеше ыдыс кірген кезде жеткіліксіз ақпарат алуды тудыруы мүмкін. Дегенмен, үлкен бақылау көлемі клапан стенозындағы қысымның төмендеуін есептеу үшін пайдалы.

Кез келген нақты аймақтағы қан ағымын бағалау үшін монитор экранында визуалды бақылаумен зерттелетін аймаққа (мысалы, белгілі бір ыдыстың ішінде) бақылау көлемін орналастыру қажет. Бұған импульстік құрылғыны пайдалану арқылы қол жеткізуге болады. Доплерлік ығысудың импульстік құралдармен анықталатын жоғарғы шегі бар (кейде Nyquist шегі деп аталады). Бұл импульстің қайталану жылдамдығының шамамен 1/2 бөлігін құрайды. Ол асып кетсе, Доплер спектрі бұрмаланады (бүркеніш). Импульстің қайталану жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым Доплер ығысуын бұрмалаусыз анықтауға болады, бірақ аспаптың төмен жылдамдықты ағындарға сезімталдығы төмен болады.

Тіндерге бағытталған ультрадыбыстық импульстар негізгіден басқа көп жиіліктерді қамтитындықтан, сондай-ақ ағынның жекелеген учаскелерінің жылдамдықтары бірдей емес болғандықтан, шағылысқан импульс үлкен импульстен тұрады. әртүрлі жиіліктер саны (Cурет 32).

Күріш. 32. Ультрадыбыстық импульс спектрінің графигі.

Жылдам Фурье түрлендіруінің көмегімен импульстің жиілік құрамы спектр ретінде ұсынылуы мүмкін, оны монитор экранында қисық ретінде көрсетуге болады, мұнда Доплерлік ығысу жиіліктері көлденеңінен, ал әрбір құрамдас бөліктің амплитудасы тігінен кескінделеді. Доплерлік спектрден қан ағымының жылдамдық параметрлерінің үлкен санын анықтауға болады (максималды жылдамдық, диастоланың соңындағы жылдамдық, орташа жылдамдық және т.б.), алайда бұл көрсеткіштер бұрышқа тәуелді және олардың дәлдігі жоғары дәрежеде тәуелді. бұрышты түзету дәлдігі. Ал егер бұралмайтын үлкен ыдыстарда бұрышты түзету қиындық тудырмаса, шағын бұралмалы ыдыстарда (ісік сауыттар) ағынның бағытын анықтау біршама қиын. Бұл мәселені шешу үшін көміртегіге тәуелсіз бірқатар дерлік индекстер ұсынылды, олардың ең көп тарағаны қарсылық индексі және пульсация индексі болып табылады. Қарсылық индексі - максималды және ең төменгі жылдамдықтар арасындағы айырмашылықтың максималды ағын жылдамдығына қатынасы (33-сурет). Пульсация индексі - максималды және минималды жылдамдықтар арасындағы айырмашылықтың орташа ағын жылдамдығына қатынасы.

Күріш. 33. Қарсылық көрсеткішін және пульсатор көрсеткішін есептеу.

Бір бақылау көлемінен Доплер спектрін алу өте аз аймақта қан ағымын бағалауға мүмкіндік береді. Түсті ағынды кескіндеу (Түсті Доплер) әдеттегі 2D сұр масштабты кескінге қосымша нақты уақыттағы 2D ағыны туралы ақпаратты береді. Түсті доплерография кескінді алудың импульстік принципінің мүмкіндіктерін кеңейтеді. Жылжымайтын құрылымдардан шағылған сигналдар сұр реңк түрінде танылады және көрсетіледі. Егер шағылысқан сигналдың жиілігі шығарылғаннан өзгеше болса, онда бұл оның қозғалатын объектіден шағылысқанын білдіреді. Бұл жағдайда доплерлік ығысу, оның белгісі және орташа жылдамдықтың мәні анықталады. Бұл параметрлер түсті, оның қанықтылығын және жарықтығын анықтау үшін қолданылады. Әдетте сенсорға қарай ағынның бағыты қызыл түспен және сенсордан алыс көк түспен кодталады. Түстің жарықтығы ағын жылдамдығымен анықталады.

IN Соңғы жылдары«Қуатты Доплер» (Power Doppler) деп аталатын түсті Доплерлік картаның нұсқасы пайда болды. Қуатты Доплер көмегімен шағылған сигналдағы Доплер ығысуының мәні емес, оның энергиясы анықталады. Бұл тәсіл ағынның жылдамдығы мен бағытының абсолютті мәнін анықтау мүмкіндігін жоғалту құнына қарамастан, әдістің төмен жылдамдықтарға сезімталдығын арттыруға және оны дерлік бұрышқа тәуелсіз етуге мүмкіндік береді.

ЖӘДІЛДЕР

Ультрадыбыстық диагностикадағы артефакт - кескінде жоқ құрылымдардың пайда болуы, бар құрылымдардың болмауы, құрылымдардың дұрыс орналасуы, құрылымдардың дұрыс емес жарықтығы, құрылымдардың дұрыс емес контурлары, құрылымдардың қате өлшемдері. Реверберация, ең көп тараған артефактілердің бірі, ультрадыбыстық импульс екі немесе одан да көп шағылыстыратын беттердің арасына түскенде пайда болады. Бұл жағдайда ультрадыбыстық импульс энергиясының бір бөлігі осы беттерден қайта-қайта шағылысады, әр жолы белгілі бір уақыт аралығында сенсорға ішінара оралады (Cурет 34).

Күріш. 34. Реверб.

Мұның нәтижесі монитор экранында жоқ шағылыстырғыш беттердің пайда болуы болады, олар екінші рефлектордың артында бірінші және екінші рефлекторлар арасындағы қашықтыққа тең қашықтықта орналасады. Кейде сенсордың орнын өзгерту арқылы реверберацияларды азайтуға болады. Ревербтің бір нұсқасы - «комета құйрығы» деп аталатын артефакт. Ол ультрадыбыстық объектінің табиғи тербелістерін тудыратын жағдайда байқалады. Бұл артефакт көбінесе кішкентай газ көпіршіктерінің немесе шағын металл заттардың артында байқалады. Әрқашан толық шағылысқан сигнал сенсорға қайта келмейтіндіктен (35-сурет) нақты шағылыстыру бетінен кішірек тиімді шағылыстыратын беттің артефакті пайда болады.

Күріш. 35. Тиімді шағылыстыратын бет.

Осы артефакттың арқасында ультрадыбысты қолдану арқылы анықталған тастардың өлшемдері әдетте шынайыдан сәл кішірек болады. Сыну нәтижесінде алынған кескінде объектінің дұрыс емес орналасуын тудыруы мүмкін (Cурет 36).

Күріш. 36. Тиімді шағылыстыратын бет.

Ультрадыбыстың түрлендіргіштен шағылыстыратын құрылымға және артқа дейінгі жолы бірдей болмаған жағдайда, алынған кескінде объектінің дұрыс емес орналасуы орын алады. Айна артефактілері – күшті шағылыстырғыштың екінші жағындағы бір жағында орналасқан заттың сыртқы көрінісі (37-сурет).

Күріш. 37. Айна артефакті.

Айналым артефактілері жиі саңылау жанында пайда болады.

Акустикалық көлеңке артефакті (Cурет 38) ультрадыбысты қатты көрсететін немесе қатты сіңіретін құрылымдардың артында пайда болады. Акустикалық көлеңкенің пайда болу механизмі оптикалық көлеңкенің пайда болуына ұқсас.

Күріш. 38. Акустикалық көлеңке.

Дистальды сигналды күшейту артефакті (39-сурет) ультрадыбысты әлсіз сіңіретін құрылымдардың (сұйық, сұйықтықты құрайтын түзілістер) артында пайда болады.

Күріш. 39. Дистальды эхо күшейту.

Бүйірлік көлеңкелердің артефакті ультрадыбыстық сәуле құрылымның дөңес бетіне (киста, жатыр мойны өт қабы) тангенциалды түрде түскенде, ультрадыбыстық толқындардың сынуымен және кейде интерференциясымен байланысты, УДЗ жылдамдығы қоршаған тіндерден айтарлықтай ерекшеленеді ( 40-сурет).

Күріш. 40. Бүйірлік көлеңкелер.

Ультрадыбыстың жылдамдығын қате анықтаумен байланысты артефактілер белгілі бір ұлпадағы ультрадыбыстың нақты таралу жылдамдығы құрылғы бағдарламаланған орташа (1,54 м/с) жылдамдықтан үлкен немесе аз болуына байланысты туындайды (Cурет 1). 41).

Күріш. 41. Әртүрлі ортадағы УДЗ жылдамдығының (V1 және V2) айырмашылығына байланысты бұрмаланулар.

Ультрадыбыстық сәуленің қалыңдығының артефактілері - негізінен сұйықтығы бар органдарда, ультрадыбыстық сәуленің белгілі бір қалыңдығына ие болуына байланысты қабырғаға жақын шағылысулардың пайда болуы және осы сәуленің бір бөлігі бір уақытта органның суретін және оған іргелес жатқан кескінді құра алады. құрылымдар (Cурет 42).

Күріш. 42. Ультрадыбыстық сәуленің қалыңдығы артефакті.

Ультрадыбыстық ЖАБДЫҚТАРДЫҢ ЖҰМЫСЫНДАҒЫ САПАСЫН БАҚЫЛАУ

Ультрадыбыстық жабдықтың сапасын бақылау жүйенің салыстырмалы сезімталдығын, осьтік және бүйірлік рұқсатты, өлі аймақты, қашықтық өлшегіштің дұрыс жұмысын, тіркеу дәлдігін, ТВГ дұрыс жұмыс істеуін, сұр шкаланың динамикалық диапазонын анықтауды және т.б. . Ультрадыбыстық құрылғылардың жұмыс сапасын бақылау үшін арнайы сынақ объектілері немесе тіндік эквивалентті фантомдар қолданылады (43-сурет). Олар коммерциялық қол жетімді, бірақ олар біздің елде кеңінен қолданылмайды, бұл далада ультрадыбыстық диагностикалық жабдықты калибрлеуді іс жүзінде мүмкін емес етеді.

Күріш. 43. Американдық медицинадағы ультрадыбыстық институтының сынақ объектісі.

Ультрадыбыстың БИОЛОГИЯЛЫҚ ӘСЕРІ ЖӘНЕ ҚАУІПСІЗДІК

Ультрадыбыстың биологиялық әсері және оның пациент үшін қауіпсіздігі әдебиеттерде үнемі талқыланады. Ультрадыбыстың биологиялық әсері туралы білім УДЗ әсер ету механизмдерін зерттеуге, ультрадыбыстың жасуша дақылдарына әсерін зерттеуге, эксперименттік зерттеулерөсімдіктер, жануарлар және ең соңында эпидемиологиялық зерттеулер бойынша.

Ультрадыбыстық себеп болуы мүмкін биологиялық әрекетмеханикалық және жылулық әсерлер арқылы. Ультрадыбыстық сигналдың әлсіреуі абсорбцияға байланысты, яғни. ультрадыбыстық толқын энергиясын жылуға түрлендіру. Шығарылатын ультрадыбыстың қарқындылығы мен оның жиілігінің жоғарылауымен тіндердің қызуы артады. Кавитация - бұл газ, бу немесе олардың қоспасы толтырылған сұйықтықта пульсирленген көпіршіктердің пайда болуы. Кавитацияның себептерінің бірі ультрадыбыстық толқын болуы мүмкін. Сонымен, ультрадыбыстық зерттеу зиянды ма, жоқ па?

Ультрадыбыстың жасушаларға әсеріне байланысты зерттеулер, өсімдіктер мен жануарлардағы эксперименттік жұмыстар және эпидемиологиялық зерттеулер Американдық медицинадағы ультрадыбыстық институтын 1993 жылы соңғы рет расталған келесі мәлімдемені жасауға әкелді:

«Қарқындылығы заманауи ультрадыбыстық диагностикалық қондырғыларға тән сәулеленуден (ультрадыбыстық) туындаған пациенттерде немесе құрылғыда жұмыс істейтін адамдарда расталған биологиялық әсерлер ешқашан тіркелмеген. Болашақта мұндай биологиялық әсерлерді анықтау мүмкін болса да, қазіргі дәлелдер диагностикалық ультрадыбысты ұтымды пайдаланудың пациентке пайдасы, егер бар болса, ықтимал қауіптен басым екенін көрсетеді ».

Ультрадыбысты диагностикадағы ЖАҢА БАҒЫТТАР

Ультрадыбыстық диагностиканың қарқынды дамуы, ультрадыбыстық диагностикалық құрылғылардың үздіксіз жетілдірілуі байқалады. Бұл диагностикалық әдісті болашақта дамытудың бірнеше негізгі бағыттарын болжауға болады.

Доплерлік әдістерді одан әрі жетілдіруге болады, әсіресе қуатты доплерография, тіндердің түсті доплерографиясы.

Болашақта үш өлшемді эхография ультрадыбыстық диагностиканың өте маңызды саласына айналуы мүмкін. Қазіргі уақытта үш өлшемді кескінді қалпына келтіруге мүмкіндік беретін бірнеше коммерциялық қол жетімді ультрадыбыстық диагностикалық қондырғылар бар, алайда бұл бағыттың клиникалық маңыздылығы түсініксіз болып қалады.

Ультрадыбыстық контрасттарды қолдану тұжырымдамасын алғаш рет алпысыншы жылдардың соңында эхокардиографиялық зерттеу кезінде Р.Грамиак пен П.М.Шах ұсынған. Қазіргі уақытта оң жақ жүректі бейнелеу үшін қолданылатын коммерциялық қол жетімді контраст «Эховист» (Шеринг) бар. Жақында ол контраст бөлшектерінің мөлшерін азайту үшін өзгертілген және адамның қан айналымы жүйесінде қайта өңделуі мүмкін (Левовист, Шеринг). Бұл препарат Доплер сигналын айтарлықтай жақсартады, спектрлік және түсті, бұл ісік қан ағынын бағалау үшін маңызды болуы мүмкін.

Ультра жұқа датчиктер көмегімен қуыс ішілік эхография қуыс мүшелер мен құрылымдарды зерттеудің жаңа мүмкіндіктерін ашады. Дегенмен, қазіргі уақытта бұл әдістемені кеңінен қолдану арнайы датчиктердің жоғары құнымен шектеледі, сонымен қатар оларды зерттеу үшін шектеулі рет (1÷40) қолдануға болады.

Алынған ақпаратты объективті ету мақсатында компьютерлік кескінді өңдеу болашақта паренхималық мүшелердегі кішігірім құрылымдық өзгерістерді диагностикалаудың дәлдігін жақсартуға мүмкіндік беретін перспективті бағыт болып табылады. Өкінішке орай, осы уақытқа дейін алынған нәтижелердің айтарлықтай клиникалық маңызы жоқ.

Соған қарамастан, кеше ультрадыбыстық диагностикада алыс болашақ болып көрінген нәрсе бүгінде әдеттегі тәжірибеге айналды және, бәлкім, жақын болашақта біз клиникалық тәжірибеге ультрадыбыстық диагностиканың жаңа әдістерін енгізудің куәсі болармыз.

1. Ультрадыбыстың эмитенттері мен қабылдағыштары.

2. Ультрадыбыстың затқа жұтылуы. Акустикалық ағындар және кавитация.

3. Ультрадыбыстың рефлексиясы. Дыбыс көру.

4. Ультрадыбыстың биофизикалық әсері.

5. Ультрадыбысты медицинада қолдану: терапия, хирургия, диагностика.

6. Инфрадыбыс және оның көздері.

7. Инфрадыбыстың адамға әсері. Медицинада инфрадыбысты қолдану.

8. Негізгі ұғымдар мен формулалар. Кестелер.

9. Тапсырмалар.

Ультрадыбыстық -серпімді тербелістержәне шамамен 20x10 3 Гц (20 кГц) бастап 10 9 Гц (1 ГГц) дейінгі жиіліктегі толқындар. Ультрадыбыстың 1-ден 1000 ГГц-ке дейінгі жиілік диапазоны деп аталады гипердыбыстық.Ультрадыбыстық жиіліктер үш диапазонға бөлінеді:

ULF - төмен жиілікті ультрадыбыстық (20-100 кГц);

USCH - орташа жиілікті ультрадыбыстық (0,1-10 МГц);

UZVCH - жоғары жиілікті ультрадыбыстық (10-1000 МГц).

Әрбір диапазонның өзінің арнайы медициналық қолданбалары бар.

5.1. Ультрадыбыстың эмитенттері мен қабылдағыштары

Электромеханикалық эмитенттерЖәне АҚШ қабылдағыштарыпьезоэлектрлік эффект құбылысын қолданыңыз, оның мәні суретте түсіндіріледі. 5.1.

Кварц, Рошель тұзы және т.б. сияқты кристалды диэлектриктер айқын пьезоэлектрлік қасиеттерге ие.

Ультрадыбыстық сәуле шығарғыштар

Электромеханикалық ультрадыбыстық сәуле шығарушыкері пьезоэффект құбылысын қолданады және келесі элементтерден тұрады (5.2-сурет):

Күріш. 5.1. A - Тікелей пьезоэлектрлік эффект:пьезоэлектрлік пластинаны қысу және созу сәйкес белгінің потенциалдар айырмасының пайда болуына әкеледі;

б - кері пьезоэлектрлік эффект:пьезоэлектрлік пластинаға қолданылатын потенциалдар айырмасының белгісіне байланысты ол қысылады немесе созылады

Күріш. 5.2.ультрадыбыстық эмитент

1 - пьезоэлектрлік қасиеттері бар заттың пластиналары;

2 - оның бетіне өткізгіш қабаттар түрінде тұндырылған электродтар;

3 – электродтарға қажетті жиіліктегі айнымалы кернеуді беретін генератор.

Генератордан (3) электродтарға (2) айнымалы кернеу берілгенде, пластина (1) мерзімді созылу мен қысылуды бастан кешіреді. Мәжбүрлі тербелістер пайда болады, олардың жиілігі кернеудің өзгеру жиілігіне тең. Бұл тербеліс қоршаған ортаның бөлшектеріне беріледі, сәйкес жиілікпен механикалық толқын жасайды. Радиатор жанындағы орта бөлшектерінің тербеліс амплитудасы пластинаның тербеліс амплитудасына тең.

Ультрадыбыстың ерекшеліктеріне салыстырмалы түрде аз тербеліс амплитудаларында да жоғары қарқынды толқындарды алу мүмкіндігі жатады, өйткені берілген амплитудада тығыздық

Күріш. 5.3.Ультрадыбыстық сәулені жазық ойыс плексиглас линзасы бар судағы фокустау (УДЗ жиілігі 8 МГц)

энергия ағыны пропорционал жиілік квадраты(2.6 формуланы қараңыз). Ультрадыбыстық сәулеленудің шекті қарқындылығы эмитенттердің материалының қасиеттерімен, сондай-ақ оларды пайдалану жағдайларының сипаттамаларымен анықталады. UHF аймағында ультрадыбыстық генерациялау кезінде қарқындылық диапазоны өте кең: 10 -14 Вт/см 2-ден 0,1 Вт/см 2 дейін.

Көптеген мақсаттар үшін эмитенттің бетінен алуға болатындарға қарағанда әлдеқайда жоғары қарқындылық қажет. Мұндай жағдайларда сіз фокусты пайдалана аласыз. 5.3-суретте плексигласс линзасы бар ультрадыбысты фокустау көрсетілген. Алу үшін өте үлкенУльтрадыбыстың қарқындылығы фокустың күрделі әдістерін қолданады. Сонымен, ішкі қабырғалары кварц пластиналарының мозаикасынан немесе барий титанит пьезокерамикасынан жасалған параболоид фокусында 0,5 МГц жиілікте 10 5 Вт/см 2 дейін ультрадыбыстық интенсивтілігін алуға болады. суда.

Ультрадыбыстық қабылдағыштар

Электромеханикалық АҚШ қабылдағыштары(5.4-сурет) тікелей пьезоэлектрлік эффект құбылысын қолданыңыз. Бұл жағдайда ультрадыбыстық толқынның әсерінен кристалдық пластинаның (1) тербелістері пайда болады,

Күріш. 5.4.Ультрадыбыстық қабылдағыш

нәтижесінде электродтарда (2) айнымалы кернеу пайда болады, ол жазу жүйесімен (3) бекітіледі.

Көптеген медициналық құрылғыларда ультрадыбыстық толқындардың генераторы олардың қабылдағыштары ретінде бір уақытта қолданылады.

5.2. Заттағы ультрадыбысты сіңіру. Акустикалық токтар және кавитация

Физикалық мәні бойынша ультрадыбыстың дыбыстан айырмашылығы жоқ және механикалық толқын болып табылады. Ол тараған кезде орта бөлшектерінің конденсациялану және сиректеу ауыспалы аймақтары түзіледі. Ультрадыбыс пен дыбыстың ортада таралу жылдамдығы бірдей (ауада ~ 340 м/с, суда және жұмсақ тіндерде ~ 1500 м/с). Дегенмен, ультрадыбыстық толқындардың жоғары қарқындылығы мен қысқа ұзындығы бірқатар ерекше белгілерді тудырады.

Ультрадыбыс затта тараған кезде дыбыс толқыны энергиясының энергияның басқа түрлеріне, негізінен жылуға қайтымсыз ауысуы орын алады. Бұл құбылыс деп аталады дыбысты сіңіру.Бөлшектердің тербеліс амплитудасының төмендеуі және жұтылу салдарынан АҚШ қарқындылығы экспоненциалды:

мұндағы A, A 0 - заттың бетіне жақын және h тереңдіктегі орта бөлшектерінің тербеліс амплитудалары; I, I 0 – ультрадыбыстық толқынның сәйкес қарқындылығы; α- сіңіру коэффициенті,ультрадыбыстық толқынның жиілігіне, температурасына және ортаның қасиеттеріне байланысты.

Жұту коэффициенті -дыбыс толқынының амплитудасы «е» есе төмендейтін қашықтықтың кері шамасы.

Жұту коэффициенті неғұрлым көп болса, орта ультрадыбысты сіңіреді.

Абсорбция коэффициенті (α) ультрадыбыстық жиіліктің жоғарылауымен артады. Сондықтан ортадағы ультрадыбыстың әлсіреуі естілетін дыбыстың әлсіреуінен бірнеше есе жоғары.

Бірге сіңіру коэффициенті,және ультрадыбыстық сіңіру сипаттамалары ретінде пайдаланылады. жартылай сіңіру тереңдігі(H), ол онымен кері байланыспен байланысты (H = 0,347/α).

Жартылай сіңіру тереңдігі(H) - ультрадыбыстық толқынның қарқындылығы екі есе азайған тереңдік.

Әртүрлі ұлпалардағы сіңіру коэффициенті мен жартылай сіңіру тереңдігінің мәндері кестеде келтірілген. 5.1.

Газдарда және, атап айтқанда, ауада, ультрадыбыстық үлкен әлсіреумен таралады. Сұйықтар мен қатты заттар (әсіресе монокристалдар), әдетте, ультрадыбысты жақсы өткізеді және олардағы әлсіреу әлдеқайда аз. Мысалы, суда ультрадыбыстық толқындардың әлсіреуі ауадағыға қарағанда шамамен 1000 есе аз. Сондықтан, UCH және UZVCH пайдалану аймақтары дерлік тек сұйықтықтарға және қатты заттар, ал ауа мен газдарда тек ULF қолданылады.

Жылу бөлу және химиялық реакциялар

Ультрадыбысты заттың сіңіруі механикалық энергияның заттың ішкі энергиясына ауысуымен бірге жүреді, бұл оның қызуына әкеледі. Ең қарқынды қыздыру тасымалдаушылар арасындағы интерфейстерге іргелес аумақтарда, шағылысу коэффициенті бірлікке жақын болғанда (100%) орын алады. Бұл шағылысу нәтижесінде шекараға жақын толқынның интенсивтілігінің жоғарылауына және сәйкесінше жұтылатын энергия мөлшерінің жоғарылауына байланысты. Мұны тәжірибе жүзінде тексеруге болады. Ылғал қолға ультрадыбыстық сәуле шығарғышты бекіту керек. Көп ұзамай алақанның қарама-қарсы жағында тері-ауа интерфейсінен шағылысқан ультрадыбыстық әсерден туындаған сезім (күйіктен ауырсынуға ұқсас) пайда болады.

Күрделі құрылымы бар тіндер (өкпе) біртекті тіндерге (бауыр) қарағанда ультрадыбыстық қыздыруға сезімтал. Жұмсақ тіндер мен сүйек шекарасында салыстырмалы түрде көп жылу бөлінеді.

Тіндерді градустардың фракциялары бойынша жергілікті қыздыру биологиялық объектілердің өмірлік белсенділігіне ықпал етеді, метаболикалық процестердің қарқындылығын арттырады. Дегенмен, ұзақ әсер ету қызып кетуді тудыруы мүмкін.

Кейбір жағдайларда фокусталған ультрадыбыстық жеке дене құрылымдарына жергілікті әсер ету үшін қолданылады. Бұл әсер бақыланатын гипертермияға қол жеткізуге мүмкіндік береді, яғни. көрші тіндердің қызып кетуінсіз 41-44 ° C дейін қыздыру.

Ультрадыбыстың өтуімен бірге жүретін температураның жоғарылауы және үлкен қысымның төмендеуі молекулалармен әрекеттесе алатын иондар мен радикалдардың пайда болуына әкелуі мүмкін. Бұл жағдайда қалыпты жағдайда орындалмайтын химиялық реакциялар болуы мүмкін. Ультрадыбыстың химиялық әсері, атап айтқанда, су молекуласының H + және OH - радикалдарына бөлінуінде, содан кейін сутегі асқын тотығы H 2 O 2 түзілуінде көрінеді.

Акустикалық токтар және кавитация

Жоғары қарқындылық ультрадыбыстық толқындар бірқатар ерекше әсерлермен бірге жүреді. Сонымен, ультрадыбыстық толқындардың газдар мен сұйықтықтарда таралуы акустикалық ағын деп аталатын ортаның қозғалысымен бірге жүреді (5.5-сурет, A).Интенсивтілігі бірнеше Вт/см 2 болатын ультрадыбыстық өрістегі UHF диапазонының жиіліктерінде сұйықтықтың төгілуі мүмкін (5.5-сурет, б)және өте жұқа тұман қалыптастыру үшін оны бүрку. Ультрадыбысты таратудың бұл ерекшелігі ультрадыбыстық ингаляторларда қолданылады.

Интенсивті ультрадыбыстың сұйықтықтарда таралуы кезінде пайда болатын маңызды құбылыстардың арасында акустикалық болып табылады. кавитация -қол жетімді көпіршіктердің ультрадыбыстық өрісінде өсуі

Күріш. 5.5.а) бензолда 5 МГц жиіліктегі ультрадыбыстың таралуынан туындайтын акустикалық ағын; б) сұйықтың ішінен ультрадыбыстық сәуле оның бетіне түскен кезде пайда болатын сұйық субұрқақ (УДЗ жиілігі 1,5 МГц, қарқындылығы 15 Вт/см 2)

көлемі мм-ге дейінгі сұйықтықтардағы газдың немесе будың ультрадыбыстық жиілікпен пульсациялай бастайтын және оң қысым фазасында құлайтын субмикроскопиялық ядролары. Газ көпіршіктері ыдырағанда, тапсырыстың үлкен жергілікті қысымы мың атмосфера,сфералық соққы толқындары.Сұйықтықтың құрамындағы бөлшектерге мұндай қарқынды механикалық әсер ультрадыбыстың термиялық әрекетінің әсерінсіз де әртүрлі әсерлерге, соның ішінде деструктивті әсерлерге әкелуі мүмкін. Механикалық әсерлер әсіресе бағытталған ультрадыбыстың әсерінен маңызды.

Кавитациялық көпіршіктердің ыдырауының тағы бір салдары - молекулалардың иондануы және диссоциациялануымен бірге жүретін олардың мазмұнының қатты қызуы (шамамен 10 000 ° C температураға дейін).

Кавитация құбылысы эмитенттердің жұмыс беттерінің эрозиясымен, жасушалардың зақымдануымен және т.б. Дегенмен, бұл құбылыс сонымен қатар бірқатар пайдалы әсерлерге әкеледі. Мәселен, мысалы, кавитация аймағында эмульсияларды дайындау үшін қолданылатын заттың күшейтілген араласуы орын алады.

5.3. ультрадыбысты шағылыстыру. дыбыстық көру

Толқындардың барлық түрлері сияқты, шағылысу және сыну құбылыстары ультрадыбысқа тән. Бірақ бұл құбылыстар біртексіздіктердің өлшемдері толқын ұзындығымен салыстырылатын кезде ғана байқалады. Ультрадыбыстық толқынның ұзындығы дыбыс толқынының ұзындығынан айтарлықтай аз (λ = v/v).Сонымен, 1 кГц және 1 МГц жиіліктегі жұмсақ тіндердегі дыбыс және ультрадыбыстық толқындардың ұзындығы сәйкесінше тең: λ = 1500/1000 = 1,5 м;

1500/1 000 000 = 1,5x10 -3 м = 1,5 мм. Жоғарыда айтылғандарға сәйкес, өлшемі 10 см болатын дене іс жүзінде λ = 1,5 м толқын ұзындығымен дыбысты көрсетпейді, бірақ λ = 1,5 мм ультрадыбыстық толқын үшін шағылыстырғыш болып табылады.

Шағылу тиімділігі тек геометриялық қатынастармен ғана емес, сонымен қатар қатынасқа байланысты шағылу коэффициенті r арқылы да анықталады. толқын кедергісі x(3.8, 3.9 формулаларды қараңыз):

0-ге жақын x мәндері үшін шағылысу толық дерлік. Бұл ультрадыбыстың ауадан жұмсақ тіндерге өтуіне кедергі (x = 3x10 -4, r= 99,88%). Егер ультрадыбыстық сәуле адам терісіне тікелей қолданылса, онда ультрадыбыс ішке енбейді, бірақ эмитент пен тері арасындағы жұқа ауа қабатынан шағылысады. Бұл жағдайда шағын мәндер Xжағымсыз рөл атқарады. Ауа қабатын жою үшін терінің беті шағылысуды азайтатын өтпелі орта ретінде әрекет ететін тиісті майлаушы қабатымен (су желе) жабылған. Керісінше, орташа, шағын мәндердегі біртексіздіктерді анықтау Xоң фактор болып табылады.

Әртүрлі тіндердің шекарасындағы шағылысу коэффициентінің мәндері кестеде келтірілген. 5.2.

Алынған шағылысқан сигналдың қарқындылығы шағылу коэффициентінің мәніне ғана емес, сонымен бірге ультрадыбысты ол таралатын ортаның сіңіру дәрежесіне де байланысты. Ультрадыбыстық толқынның жұтылуы тереңдікте орналасқан құрылымнан шағылысқан жаңғырық сигналының жер бетіне жақын орналасқан ұқсас құрылымнан шағылу кезінде пайда болғаннан әлдеқайда әлсіз болуына әкеледі.

Біртекті еместерден ультрадыбыстық толқындардың шағылысуына негізделген дыбыстық көру,медициналық ультрадыбыстық зерттеулерде (УДЗ) қолданылады. Бұл жағдайда біртекті еместерден (жеке мүшелерден, ісіктерден) шағылған ультрадыбыс электрлік тербелістерге, ал соңғысы жарық тербелістеріне айналады, бұл экранда белгілі бір объектілерді жарыққа орташа мөлдір емес күйде көруге мүмкіндік береді. 5.6-суретте сурет көрсетілген

Күріш. 5.6. 17 апталық адам ұрығының 5 МГц ультрадыбыстық суреті

УДЗ арқылы алынған 17 апталық адам ұрығы.

Ультрадыбыстық микроскоп ультрадыбыстық диапазондағы жиіліктерде жасалды - қарапайым микроскопқа ұқсас құрылғы, оның оптикалық қарағанда артықшылығы биологиялық зерттеулер объектіні алдын ала бояуды қажет етпейді. 5.7-суретте қызыл қан жасушаларының оптикалық және ультрадыбыстық микроскоптармен түсірілген фотосуреттері көрсетілген.

Күріш. 5.7.Оптикалық (а) және ультрадыбыстық (б) микроскоптармен алынған қызыл қан жасушаларының фотосуреттері

Ультрадыбыстық толқындардың жиілігінің ұлғаюымен ажыратымдылық артады (кішігірім біртексіздіктерді анықтауға болады), бірақ олардың ену қабілеті төмендейді, яғни. қызықты құрылымдарды зерттеуге болатын тереңдік төмендейді. Сондықтан ультрадыбыстық жиілік жеткілікті ажыратымдылықты қажетті зерттеу тереңдігімен біріктіретін етіп таңдалады. Сонымен, терінің астында орналасқан қалқанша безді ультрадыбыстық зерттеу үшін 7,5 МГц толқындар қолданылады, ал іш қуысы мүшелерін зерттеу үшін 3,5-5,5 МГц жиілік қолданылады. Сонымен қатар, май қабатының қалыңдығы да ескеріледі: арық балалар үшін 5,5 МГц жиілік, ал артық салмағы бар балалар мен ересектер үшін 3,5 МГц жиілік қолданылады.

5.4. Ультрадыбыстың биофизикалық әсері

Ультрадыбыстың сәулеленген органдар мен тіндердегі биологиялық объектілерге толқын ұзындығының жартысына тең қашықтықтағы әсерінен қысым бірліктерінен ондаған атмосфераға дейін өзгеруі мүмкін. Мұндай қарқынды әсерлер әртүрлі биологиялық әсерлерге әкеледі, олардың физикалық табиғаты ортада ультрадыбыстың таралуымен жүретін механикалық, жылулық және физика-химиялық құбылыстардың бірлескен әрекетімен анықталады.

Ультрадыбыстың ұлпаларға және жалпы ағзаға жалпы әсері

Ультрадыбыстың биологиялық әсері, яғни. Ультрадыбыс әсерінен биологиялық объектілердің тіршілік әрекеті мен құрылымдарында болатын өзгерістер негізінен оның қарқындылығымен және сәулелену ұзақтығымен анықталады және организмдердің тіршілік әрекетіне оң және теріс әсер етуі мүмкін. Осылайша, ультрадыбыстың салыстырмалы түрде төмен қарқындылығында (1,5 Вт/см 2 дейін) пайда болатын бөлшектердің механикалық тербелісі тіндердің микромассаж түрін тудырады, бұл метаболизмді жақсартуға және тіндердің қанмен және лимфамен жақсы қамтамасыз етілуіне ықпал етеді. Тіндерді фракциялар мен градус бірліктері бойынша жергілікті қыздыру, әдетте, биологиялық объектілердің өмірлік белсенділігіне ықпал етеді, метаболикалық процестердің қарқындылығын арттырады. ультрадыбыстық толқындар кішкентайЖәне ортақарқындылығы қалыпты физиологиялық процестердің ағымын ынталандыратын тірі тіндерге оң биологиялық әсерлер тудырады.

Көрсетілген қарқындылықтағы ультрадыбысты сәтті қолдану неврологияда созылмалы сіатика, полиартрит, неврит және невралгия сияқты ауруларды қалпына келтіруде қолданылады. Ультрадыбыстық омыртқа, буын ауруларын емдеуде қолданылады (буындар мен қуыстардағы тұзды шөгінділерді жою); буындардың, байламдардың, сіңірлердің және т.б зақымданудан кейінгі әртүрлі асқынуларды емдеуде.

Жоғары қарқындылықтағы ультрадыбыстық (3-10 Вт / см 2) жеке органдарға және тұтастай алғанда адам ағзасына зиянды әсер етеді. Жоғары қарқынды ультрадыбысты тудыруы мүмкін

биологиялық ортада жасушалар мен тіндердің механикалық бұзылуымен жүретін акустикалық кавитация. Ультрадыбыспен ұзақ уақыт бойы қарқынды әсер ету биологиялық құрылымдардың қызып кетуіне және олардың бұзылуына әкелуі мүмкін (ақуыздың денатурациясы және т.б.). Қарқынды ультрадыбыстық әсер ұзақ мерзімді салдарға әкелуі мүмкін. Мысалы, кейбір өндірістік жағдайларда пайда болатын 20-30 кГц жиіліктегі ультрадыбыспен ұзақ уақыт әсер еткенде адамда бұзылулар дамиды. жүйке жүйесі, шаршау артады, температура айтарлықтай көтеріледі, есту қабілетінің бұзылуы орын алады.

Өте қарқынды ультрадыбыстық адам үшін өлімге әкеледі. Сонымен, Испанияда 80 ерікті ультрадыбыстық турбулентті қозғалтқыштардың әсеріне ұшырады. Бұл айуандық эксперименттің нәтижелері аянышты болды: 28 адам қайтыс болды, қалғандары толығымен немесе ішінара сал болды.

Жоғары қарқынды ультрадыбыспен жасалған жылу эффектісі өте маңызды болуы мүмкін: 20 секунд ішінде 4 Вт / см 2 қуаты бар ультрадыбыстық сәулелену кезінде 2-5 см тереңдіктегі дене тіндерінің температурасы 5-6 ° C жоғарылайды. .

Ультрадыбыстық қондырғыларда жұмыс істейтін адамдарда кәсіптік аурулардың алдын алу үшін ультрадыбыстық тербеліс көздерімен жанасу мүмкін болған кезде қолды қорғау үшін 2 жұп қолғапты пайдалану қажет: сыртқы резеңке және ішкі - мақта.

Ультрадыбыстың жасушалық деңгейде әрекеті

Екіншілік физикалық және химиялық әсерлер де АҚШ биологиялық әсерінің негізі болуы мүмкін. Осылайша, акустикалық токтардың пайда болуы кезінде жасушаішілік құрылымдардың араласуы мүмкін. Кавитация жарылысқа әкеледі молекулалық байланыстарбиополимерлерде және басқа да өмірлік маңызды қосылыстарда және тотығу-тотықсыздану реакцияларының дамуына әсер етеді. Ультрадыбыс өткізгіштігін арттырады биологиялық мембраналар, нәтижесінде диффузияға байланысты метаболикалық процестердің жеделдетілуі. Цитоплазмалық мембрана арқылы әртүрлі заттардың ағуының өзгеруі жасуша ішілік орта мен жасушаның микроортасының құрамының өзгеруіне әкеледі. Бұл ортадағы кейбір заттардың құрамына сезімтал ферменттердің қатысуымен жүретін биохимиялық реакциялардың жылдамдығына әсер етеді.

басқа иондар. Кейбір жағдайларда жасуша ішіндегі ортаның құрамының өзгеруі ферментативті реакциялардың жеделдеуіне әкелуі мүмкін, бұл жасушаларға төмен қарқынды ультрадыбыстық әсер еткенде байқалады.

Көптеген жасушаішілік ферменттер калий иондарымен белсендіріледі. Сондықтан ультрадыбыстың қарқындылығының жоғарылауымен жасушадағы ферментативті реакцияларды басу әсерінің ықтималдығы артады, өйткені жасушаішілік ортадағы калий иондарының концентрациясы жасуша мембраналарының деполяризациясы нәтижесінде төмендейді.

Ультрадыбыстың жасушаларға әсері келесі құбылыстармен бірге жүруі мүмкін:

Жасуша мембраналарының микроортасының бұзылуы мембраналар маңындағы әртүрлі заттардың концентрация градиенттерінің өзгеруі, жасушаның ішіндегі және сыртындағы ортаның тұтқырлығының өзгеруі түрінде;

Қалыпты және жеңілдетілген диффузияны жеделдету түріндегі жасуша мембраналарының өткізгіштігінің өзгеруі, белсенді тасымалдау тиімділігінің өзгеруі, мембраналар құрылымының бұзылуы;

Жасушадағы әртүрлі заттардың концентрациясының өзгеруі, тұтқырлықтың өзгеруі түріндегі жасушаішілік ортаның құрамының бұзылуы;

Ферменттердің жұмыс істеуіне қажетті заттардың оптималды концентрацияларының өзгеруіне байланысты жасушадағы ферментативті реакциялардың жылдамдығының өзгеруі.

Жасуша мембраналарының өткізгіштігінің өзгеруі белгілі бір жағдайда жасушаға әсер ететін ультрадыбыстық факторлардың қайсысы басым болатынына қарамастан, ультрадыбыстық әсерге әмбебап жауап болып табылады.

Ультрадыбыстың жеткілікті жоғары қарқындылығында мембраналар жойылады. Дегенмен, әртүрлі жасушалар әртүрлі қарсылыққа ие: кейбір жасушалар 0,1 Вт/см 2, басқалары 25 Вт/см 2 қарқындылықта жойылады.

Белгілі бір қарқындылық диапазонында ультрадыбыстың байқалатын биологиялық әсерлері қайтымды. Бұл интервалдың жоғарғы шегі 0,1 Вт/см 2 0,8-2 МГц жиіліктегі шек ретінде қабылданады. Бұл шектен асып кету жасушаларда айқын деструктивті өзгерістерге әкеледі.

Микроорганизмдердің жойылуы

Кавитация шегінен асатын қарқындылығы бар ультрадыбыстық сәулелену сұйықтықта бар бактериялар мен вирустарды жою үшін қолданылады.

5.5. Ультрадыбысты медицинада қолдану: терапия, хирургия, диагностика

Ультрадыбыстың әсерінен деформациялар ортаны ұнтақтау немесе дисперсиялау кезінде қолданылады.

Кавитация құбылысы араласпайтын сұйықтықтардың эмульсияларын алу үшін, металдарды қақ пен майлы қабықшалардан тазарту үшін қолданылады.

ультрадыбыстық терапия

Ультрадыбыстың емдік әсері механикалық, жылулық, химиялық факторларға байланысты. Олардың бірлескен әрекеті мембраналардың өткізгіштігін жақсартады, қан тамырларын кеңейтеді, метаболизмді жақсартады, бұл дененің тепе-теңдік күйін қалпына келтіруге көмектеседі. Дозаланған ультрадыбыстық сәулені жүректі, өкпені және басқа мүшелер мен тіндерді жұмсақ уқалау үшін қолдануға болады.

Отоларингологияда ультрадыбыстық құлақ қалқанына, мұрын шырышты қабығына әсер етеді. Осылайша, созылмалы ринит, жоғарғы жақ қуысының ауруларын оңалту жүргізіледі.

Фонофорез -ультрадыбысты қолдану арқылы тері тесіктері арқылы тіндерге препараттарды енгізу. Бұл әдіс электрофорезге ұқсас, бірақ электр өрісінен айырмашылығы, ультрадыбыстық өріс тек иондарды ғана емес, сонымен қатар қозғалады. зарядсызбөлшектер. Ультрадыбыстың әсерінен жасуша мембраналарының өткізгіштігі жоғарылайды, бұл дәрілік заттардың жасушаға енуіне ықпал етеді, ал электрофорез кезінде препараттар негізінен жасушалар арасында шоғырланады.

АВТОЭМЕРАПИЯ -тамырдан алынған адамның өз қанын бұлшықет ішіне енгізу. Егер алынған қан инфузия алдында ультрадыбыспен сәулеленсе, бұл процедура тиімдірек болады.

Ультрадыбыстық сәулелену жасушаның әсерге сезімталдығын арттырады химиялық заттар. Бұл аз зиянды жасауға мүмкіндік береді

вакциналар, өйткені олардың өндірісінде химиялық заттардың төмен концентрациялары қолданылуы мүмкін.

Ультрадыбыстың алдын ала әсері ісіктерге γ- және микротолқынды сәулеленудің әсерін күшейтеді.

Фармацевтика өнеркәсібінде ультрадыбыстық белгілі бір дәрілік заттардың эмульсиялары мен аэрозольдерін алу үшін қолданылады.

Физиотерапияда ультрадыбыстық жергілікті әсер ету үшін қолданылады, сәйкес эмитенттің көмегімен жүзеге асырылады, жақпа негізі арқылы дененің белгілі бір аймағына жағылады.

ультрадыбыстық хирургия

Ультрадыбыстық хирургия екі түрге бөлінеді, олардың бірі дыбыс тербелістерінің тіндерге әсерімен, екіншісі - хирургиялық аспапқа ультрадыбыстық тербелістерді енгізумен байланысты.

Ісіктердің жойылуы.Науқастың денесіне орнатылған бірнеше эмиттер ісікке бағытталған ультрадыбыстық сәулелерді шығарады. Әрбір сәуленің қарқындылығы сау тіндерді зақымдау үшін жеткіліксіз, бірақ сәулелер біріктірілген жерде қарқындылық артып, ісік кавитация мен қызу әсерінен жойылады.

Урологияда ультрадыбыстың механикалық әсерін қолдана отырып, несеп жолдарында тастар ұсақталады және бұл науқастарды операциядан құтқарады.

Жұмсақ тіндерді дәнекерлеу.Егер сіз екі кесілген қан тамырларын біріктіріп, оларды бір-біріне қыссаңыз, онда сәулеленуден кейін дәнекерлеу пайда болады.

Сүйектерді дәнекерлеу(ультрадыбыстық остеосинтез). Сынық аймағы сұйық полимермен (циакрин) араласқан ұсақталған сүйек тінімен толтырылады, ол ультрадыбыстың әсерінен тез полимерленеді. Сәулеленуден кейін күшті дәнекерлеу пайда болады, ол бірте-бірте ериді және сүйек тінімен ауыстырылады.

Хирургиялық құралдарға ультрадыбыстық тербелістердің суперпозициясы(скальпельдер, файлдар, инелер) кесу күштерін айтарлықтай төмендетеді, ауырсынуды азайтады, гемостатикалық және зарарсыздандыру әсері бар. 20-50 кГц жиіліктегі кескіш құралдың тербеліс амплитудасы 10-50 мкм. Ультрадыбыстық скальпельдер кеуде қуысын ашпай тыныс алу мүшелеріне операциялар жасауға мүмкіндік береді,

өңеш пен қан тамырларына операциялар. Ұзын және жіңішке ультрадыбыстық скальпельді тамырға енгізу арқылы тамырдағы холестериннің қоюлануын жоюға болады.

Стерилизация.Ультрадыбыстың микроорганизмдерге деструктивті әсері хирургиялық құралдарды зарарсыздандыру үшін қолданылады.

Кейбір жағдайларда ультрадыбыстық басқа физикалық әсерлермен, мысалы, бірге қолданылады криогенді,гемангиомалар мен тыртықтарды хирургиялық емдеуде.

ультрадыбыстық диагностика

Ультрадыбыстық диагностика – ультрадыбысты қолдану негізінде сау және ауру адам ағзасын зерттеу әдістерінің жиынтығы. Ультрадыбыстық диагностиканың физикалық негізі биологиялық тіндердегі дыбыстың таралу параметрлерінің (дыбыс жылдамдығы, әлсіреу коэффициенті, толқын кедергісі) тіннің түріне және оның жағдайына тәуелділігі болып табылады. Ультрадыбыстық әдістер дененің ішкі құрылымдарын визуализациялауға, сондай-ақ дене ішіндегі биологиялық объектілердің қозғалысын зерттеуге мүмкіндік береді. Ультрадыбыстық диагностиканың негізгі ерекшелігі - тығыздығы немесе серпімділігі бойынша аздап ерекшеленетін жұмсақ тіндер туралы ақпаратты алу мүмкіндігі. Ультрадыбыстық зерттеу әдісі өте сезімтал, рентгендік әдіспен анықталмаған түзілістерді анықтауға болады, контрастты заттарды қолдануды қажет етпейді, ауыртпалықсыз және қарсы көрсетілімдері жоқ.

Диагностикалық мақсаттар үшін 0,8-ден 15 МГц-ке дейінгі ультрадыбыстық жиілік қолданылады. Төменгі жиіліктер терең жатқан объектілерді зерттеуде немесе сүйек тіндері арқылы жүргізілетін зерттеуде, жоғары жиіліктер дененің бетіне жақын объектілерді визуализациялау үшін, офтальмологиядағы диагностика үшін және үстіңгі орналасқан тамырларды зерттеу үшін қолданылады.

Ультрадыбыстық диагностикада ең көп қолданылатыны импульстік ультрадыбыстық сигналдардың шағылысуына немесе шашырауына негізделген эхолокациялық әдістер болып табылады. Ақпаратты алу тәсілі мен көрсету сипатына байланысты ультрадыбыстық диагностикаға арналған құрылғылар 3 топқа бөлінеді: А типті көрсеткіші бар бір өлшемді құрылғылар; М типті көрсеткіші бар бір өлшемді аспаптар; В типті көрсеткіші бар екі өлшемді аспаптар.

А типті құрылғыны пайдаланатын ультрадыбыстық диагностикада контактілі зат арқылы дененің зерттелетін аймағына қысқа шығаратын (ұзақтығы 10-6 с) ультрадыбыстық импульстарды шығаратын эмитент қолданылады. Импульстар арасындағы үзілістерде құрылғы тіндердегі әртүрлі біртекті еместерден шағылысқан импульстарды алады. Күшейтілгеннен кейін бұл импульстар катодтық сәуле түтігінің экранында көлденең сызықтан сәуленің ауытқуы түрінде байқалады. Шағылысқан импульстердің толық үлгісі деп аталады А типті бір өлшемді эхограмма. 5.8-суретте көздің эхоскопиясынан алынған эхограмма көрсетілген.

Күріш. 5.8.А-әдісі бойынша көздің эхоскопиясы:

1 - қасаң қабықтың алдыңғы бетінен жаңғырық сигналы; 2, 3 - линзаның алдыңғы және артқы беттерінен жаңғырық сигналдары; 4 - көз алмасының артқы полюсінің тор қабығынан және құрылымдарынан жаңғырық сигналы

Әртүрлі типтегі ұлпалардың эхограммалары бір-бірінен импульстардың саны мен олардың амплитудасы бойынша ерекшеленеді. А типті эхограмманы талдау көптеген жағдайларда патологиялық аймақтың жағдайы, тереңдігі және көлемі туралы қосымша ақпарат береді.

А типті көрсеткіші бар бір өлшемді құрылғылар неврологияда, нейрохирургияда, онкологияда, акушерлікте, офтальмологияда және медицинаның басқа салаларында қолданылады.

М типті индикаторы бар құрылғыларда күшейтілгеннен кейін шағылысқан импульстар катодты-сәулелік түтіктің модуляциялық электродына беріледі және жарықтылығы импульс амплитудасына, ал ені оның ұзақтығына байланысты сызықша түрінде көрсетіледі. Бұл сызықшалардың уақыт бойынша дамуы жеке шағылыстыратын құрылымдардың суретін береді. Көрсеткіштің бұл түрі кардиографияда кеңінен қолданылады. Ультрадыбыстық кардиограмманы жады бар катодты сәулелік түтіктің көмегімен немесе қағаз магнитофонында жазуға болады. Бұл әдіс жүрек элементтерінің қозғалысын тіркейді, бұл митральды қақпақшаның стенозын, туа біткен жүрек ақауларын және т.б. анықтауға мүмкіндік береді.

A және M типті тіркеу әдістерін пайдаланған кезде түрлендіргіш пациенттің денесінде бекітілген күйде болады.

В типті индикация жағдайында түрлендіргіш дененің беті бойымен жылжиды (сканерлейді), ал катодтық сәулелік түтіктің экранында зерттелетін дене аймағының көлденең қимасын қайта шығаратын екі өлшемді эхограмма жазылады.

В әдісінің нұсқасы болып табылады көп сканерлеу,онда сенсордың механикалық қозғалысы бір сызықта орналасқан бірқатар элементтердің дәйекті электрлік ауысуымен ауыстырылады. Көп сканерлеу зерттелетін бөлімдерді дерлік нақты уақытта бақылауға мүмкіндік береді. В әдісінің тағы бір нұсқасы секторлық сканерлеу болып табылады, онда эхозондтың қозғалысы жоқ, бірақ ультрадыбыстық сәулені енгізу бұрышы өзгереді.

В типті көрсеткіші бар ультрадыбыстық аппараттар онкологияда, акушерлік және гинекологияда, урологияда, отоларингологияда, офтальмологияда және т.б. В типті құрылғылардың мультисканирленген және секторлық сканерлеуімен модификациялары кардиологияда қолданылады.

Ультрадыбыстық диагностиканың барлық эхолокациялық әдістері дененің ішіндегі әртүрлі толқындық кедергілері бар аймақтардың шекараларын тіркеуге мүмкіндік береді.

Ультрадыбыстық диагностиканың жаңа әдісі - реконструктивтік (немесе есептеу) томография - дыбыстың таралу параметрлерінің кеңістікте таралуын береді: әлсіреу коэффициенті (әдістің әлсіреу модификациясы) немесе дыбыс жылдамдығы (сыну модификациясы). Бұл әдісте объектінің зерттелетін бөлігі әртүрлі бағытта қайта-қайта дыбысталады. Дыбыс координаттары мен жауап сигналдары туралы ақпарат компьютерде өңделеді, нәтижесінде дисплейде қайта құрастырылған томограмма көрсетіледі.

Жақында бір әдіс енгізілді эластометрияқалыпты жағдайда да, микроздың әртүрлі кезеңдерінде де бауыр тіндерін зерттеу үшін. Әдістің мәні келесідей. Датчик корпустың бетіне перпендикуляр орнатылған. Датчикке орнатылған вибратордың көмегімен төменгі жиілікті дыбыс механикалық толқыны (ν = 50 Гц, А = 1 мм) жасалады, оның бауырдың астындағы тіндері бойынша таралу жылдамдығы УДЗ көмегімен бағаланады. ν = 3,5 МГц (шын мәнінде эхолокация жүзеге асырылады). Қолдану

тіннің E модулі (икемділік). Науқас үшін бауыр позициясының проекциясында интеркостальдық кеңістікте бірқатар өлшемдер (кем дегенде 10) орындалады. Барлық деректерді талдау автоматты түрде жүзеге асады, құрылғы икемділіктің (тығыздықтың) сандық бағасын береді, ол сандық және түсті түрде ұсынылады.

Дененің қозғалатын құрылымдары туралы ақпарат алу үшін жұмысы Доплер эффектісіне негізделген әдістер мен құрылғылар қолданылады. Мұндай құрылғылар әдетте екі пьезоэлектрлік элементтерді қамтиды: үздіксіз режимде жұмыс істейтін ультрадыбыстық эмитент және шағылысқан сигналдарды қабылдаушы. Қозғалатын объектіден (мысалы, ыдыс қабырғасынан) шағылған ультрадыбыстық толқын жиілігіндегі Доплер ығысуын өлшеу арқылы шағылыстырушы объектінің қозғалыс жылдамдығы анықталады (2.9 формуланы қараңыз). Бұл түрдегі ең жетілдірілген құрылғыларда кеңістіктегі белгілі бір нүктеден сигналды оқшаулауға мүмкіндік беретін импульстік-доплерлік (когерентті) орналастыру әдісі қолданылады.

Доплер эффектісін пайдаланатын құрылғылар жүрек-тамыр жүйесі ауруларын диагностикалау үшін қолданылады (анықтамасы

жүрек бөліктерінің және қан тамырлары қабырғаларының қозғалысы), акушерлікте (ұрықтың жүрек соғысын зерттеу), қан ағымын зерттеу үшін және т.б.

Мүшелер шекаралас өңеш арқылы зерттеледі.

Ультрадыбыстық және рентгендік «берулерді» салыстыру

Кейбір жағдайларда ультрадыбыстық трансиллюминацияның рентгенге қарағанда артықшылығы бар. Бұл рентгендік сәулелердің «жұмсақ» фонында «қатты» тіндердің анық бейнесін беретініне байланысты. Мәселен, мысалы, жұмсақ тіндердің фонында сүйектер анық көрінеді. Жұмсақ тіндердің рентгендік кескінін басқа жұмсақ тіндердің фонында алу үшін (мысалы, бұлшықет фонындағы қан тамыры) тамырды рентген сәулелерін жақсы сіңіретін затпен толтыру керек (контраст агент). Ультрадыбыстық трансиллюминация, қазірдің өзінде көрсетілген мүмкіндіктерге байланысты, бұл жағдайда контраст агенттерін пайдаланбай кескін береді.

Рентгендік зерттеу кезінде тығыздық айырмашылығы 10% -ға дейін, ультрадыбыстықпен - 1% -ға дейін сараланады.

5.6. Инфрадыбыс және оның көздері

инфрадыбыс- жиіліктері адамға естілетін жиіліктер диапазонынан төмен болатын серпімді тербелістер мен толқындар. Әдетте, инфрадыбыстық диапазонның жоғарғы шегі ретінде 16-20 Гц қабылданады. Мұндай анықтама шартты болып табылады, өйткені жеткілікті қарқындылықпен есту қабылдау бірнеше Гц жиілікте де орын алады, дегенмен бұл жағдайда сезімнің тональды сипаты жоғалады және тербелістердің жеке циклдері ғана ерекшеленеді. Инфрадыбыстың төменгі жиілік шегі белгісіз; қазіргі уақытта оның зерттеу өрісі шамамен 0,001 Гц дейін созылады.

Инфрадыбыстық толқындар ауада таралады және су орталары, сондай-ақ жер қыртысында (сейсмикалық толқындар). Инфрадыбыстың негізгі ерекшелігі, оның төмен жиілігіне байланысты, аз жұтылуы. Терең теңізде және жер деңгейінде атмосферада таралу кезінде 10-20 Гц жиіліктегі инфрадыбыстық толқындар 1000 км қашықтықта бірнеше децибелден аспайды. дыбыстары белгілі

жанартау атқылауы мен атомдық жарылыстар жер шарын қайта-қайта айналып өтуі мүмкін. Үлкен толқын ұзындығына байланысты инфрадыбыстың шашырауы аз. Табиғи ортада байқалатын шашырауды тек өте үлкен объектілер – төбелер, таулар, биік ғимараттар жасайды.

Инфрадыбыстың табиғи көздері метеорологиялық, сейсмикалық және жанартаулық құбылыстар болып табылады. Инфрадыбыс атмосфералық және мұхиттық турбуленттік қысымның ауытқуы, жел, теңіз толқындары (соның ішінде толқындар), сарқырамалар, жер сілкінісі және көшкіндердің әсерінен пайда болады.

Адамның іс-әрекетімен байланысты инфрадыбыстың көздері болып жарылыстар, оқ атулар, дыбыстан жоғары ұшақтардың соққы толқындары, қада машинкаларының, реактивті қозғалтқыштардың соққылары және т.б. жатады. Инфрадыбыс қозғалтқыштар мен технологиялық жабдықтардың шуында болады. Өнеркәсіптік және тұрмыстық қоздырғыштар тудыратын құрылыс тербелістері, әдетте, инфрадыбыстық компоненттерден тұрады. Транспорттық шу қоршаған ортаның инфрадыбыстық ластануына үлкен үлес қосады. Мысалы, 100 км/сағ жылдамдықтағы автомобильдер интенсивтілік деңгейі 100 дБ дейінгі инфрадыбысты жасайды. Ірі кемелердің қозғалтқыш бөлігінде 7-13 Гц жиілігі және 115 дБ қарқындылығымен жұмыс істейтін қозғалтқыштар жасаған инфрадыбыстық дірілдер тіркелді. Көпқабатты үйлердің жоғарғы қабаттарында, әсіресе қатты желде инфрадыбыс қарқындылығының деңгейі жетеді.

Инфрадыбысты оқшаулау іс жүзінде мүмкін емес - төмен жиіліктерде барлық дыбысты жұтатын материалдар өз тиімділігін толығымен жоғалтады.

5.7. Инфрадыбыстың адамға әсері. Медицинада инфрадыбысты қолдану

Әдетте, инфрадыбыс адамға теріс әсер етеді: ол депрессиялық көңіл-күйді, шаршауды, бас ауруын, тітіркенуді тудырады. Төмен интенсивті инфрадыбыстық әсерге ұшыраған адамда «теңіз ауруы», жүрек айну, бас айналу белгілері пайда болады. Бас ауруы бар, шаршау күшейеді, есту әлсірейді. 2-5 Гц жиілікте

және интенсивтілік деңгейі 100-125 дБ, субъективті реакция құлақтағы қысым сезіміне, жұтынудың қиындауына, дауыстың мәжбүрлі модуляциясына және сөйлеудің қиындауына дейін төмендейді. Инфрадыбыстың әсері көру қабілетіне теріс әсер етеді: көру функциялары нашарлайды, көру өткірлігі төмендейді, көру аймағы тарылады, аккомодациялық қабілет әлсірейді және байқалатын объектіні көзбен бекіту тұрақтылығы бұзылады.

100 дБ қарқындылық деңгейінде 2-15 Гц жиіліктегі шу көрсеткі индикаторларының қадағалау қателігін арттыруға әкеледі. Көз алмасының конвульсиялық жиырылуы, тепе-теңдік органдарының қызметінің бұзылуы байқалады.

Жаттығу кезінде инфрадыбысқа ұшыраған ұшқыштар мен ғарышкерлер қарапайым арифметикалық есептерді шешуде баяу болды.

Климаттық жағдайлармен түсіндірілетін қолайсыз ауа-райында адамдардың жағдайындағы әртүрлі ауытқулар шын мәнінде инфрадыбыстық толқындардың әсерінен болады деген болжам бар.

Орташа қарқындылықта (140-155 дБ) естен тану және көрудің уақытша жоғалуы мүмкін. Жоғары қарқындылықта (шамамен 180 дБ) паралич өліммен аяқталуы мүмкін.

Инфрадыбыстың теріс әсері адам денесінің кейбір мүшелері мен бөліктерінің табиғи тербеліс жиіліктерінің инфрадыбыстық аймақта жатуына байланысты деп болжанады. Бұл қажетсіз резонанстық құбылыстарды тудырады. Біз адам үшін табиғи тербелістердің кейбір жиілігін көрсетеміз:

Адам денесі еңкейген күйде – (3-4) Гц;

Кеуде - (5-8) Гц;

Құрсақ қуысы – (3-4) Гц;

Көздер - (12-27) Гц.

Әсіресе инфрадыбыстың жүрекке әсері өте зиянды. Жеткілікті қуатпен жүрек бұлшықетінің мәжбүрлі тербелісі пайда болады. Резонанста (6-7 Гц) олардың амплитудасы жоғарылайды, бұл қан кетуге әкелуі мүмкін.

Медицинада инфрадыбысты қолдану

Соңғы жылдары инфрадыбыс медициналық тәжірибеде кеңінен қолданыла бастады. Сонымен, офтальмологияда инфрадыбыстық толқындар

12 Гц-ке дейінгі жиіліктер миопияны емдеуде қолданылады. Қабақ ауруларын емдеуде инфрадыбыс фонофорез (5.9-сурет), сондай-ақ жара беттерін тазарту, қабақтардағы гемодинамика мен регенерацияны жақсарту, массаж (5.10-сурет) және т.б.

5.9-суретте жаңа туған нәрестелердегі лакримальды түтіктердің дамуындағы аномалияны емдеу үшін инфрадыбысты қолдану көрсетілген.

Емдеу кезеңдерінің бірінде лакримальды қапшыққа массаж жасалады. Бұл жағдайда инфрадыбыс генераторы лакримальды қапшықта артық қысым жасайды, бұл лакрималды каналдағы эмбриондық тіннің жарылуына ықпал етеді.

Күріш. 5.9.Инфрадыбыстық фонофорез схемасы

Күріш. 5.10.Лакримальды қапшыққа массаж

5.8. Негізгі ұғымдар мен формулалар. кестелер

5.1-кесте. 1 МГц жиіліктегі жұтылу коэффициенті және жартылай жұту тереңдігі

5.2-кесте.Әртүрлі ұлпалардың шекарасындағы шағылысу коэффициенті

5.9. Тапсырмалар

1. Кішкентай біртекті еместерден толқындардың шағылыуы олардың өлшемдері толқын ұзындығынан асқанда байқалады. ν = 5 МГц жиілікте ультрадыбыстық диагностика арқылы анықталатын бүйрек тастарының d ең аз мөлшерін бағалаңыз. Ультрадыбыстық толқындардың жылдамдығы v= 1500 м/с.

Шешім

Толқын ұзындығын табайық: λ \u003d v / ν \u003d 1500 / (5 * 10 6) \u003d 0,0003 м \u003d 0,3 мм. d > λ.

Жауап: d > 0,3 мм.

2. Кейбір физиотерапиялық процедураларда ультрадыбыстық жиілік ν = 800 кГц және I = 1 Вт/см 2 қарқындылығы қолданылады. Жұмсақ тіндердің молекулаларының тербеліс амплитудасын табыңыз.

Шешім

Механикалық толқындардың қарқындылығы (2.6) формуламен анықталады.

Жұмсақ тіндердің тығыздығы ρ « 1000 кг/м 3 .

дөңгелек жиілік ω \u003d 2πν ≈ 2x3,14x800x10 3 ≈ 5x10 6 с -1;

жұмсақ тіндердегі ультрадыбыстың жылдамдығы ν ≈ 1500 м/с.

Қарқындылықты SI-ге түрлендіру қажет: I \u003d 1 Вт / см 2 \u003d 10 4 Вт / м 2.

Соңғы формуладағы сандық мәндерді ауыстырып, табамыз:

Ультрадыбысты өту кезінде молекулалардың мұндай аз орын ауыстыруы оның әрекетінің жасушалық деңгейде көрінетінін көрсетеді. Жауап: A = 0,023 мкм.

3. Болат бөлшектердің сапасы ультрадыбыстық дефектоскоп арқылы тексеріледі. Бөлшектегі h қандай тереңдікте жарықшақ анықталды және 0,1 мс және 0,2 мс кейін ультрадыбыстық сигнал шығарылғаннан кейін екі шағылған сигнал қабылданса, бөлшектің d қалыңдығы қандай? Ультрадыбыстық толқынның болаттағы таралу жылдамдығы тең v= 5200 м/с.

Шешім

2сағ = теледидар →h = теледидар/2. Жауап: h = 26 см; d = 52 см.

Ресей жоғары оқу орнынан кейінгі білім беру медициналық академиясының ультрадыбыстық диагностика кафедрасының қызметкерлері жазған ультрадыбыстық диагностика бойынша нұсқаулықтың I томының тарауы (CD 2001), редакциялаумен Митков В.В.

(Мақала интернеттен табылды)

1. Ультрадыбыстың физикалық қасиеттері
2. Рефлексия және шашырау
3. Сенсорлар және ультрадыбыстық толқындар
4. Құрылғыларды баяу сканерлеу
5. Жылдам сканерлеу құралдары
6. Доплер аппараттары
7. Артефактілер
8. Ультрадыбыстық аппаратураның сапасын бақылау
9. Ультрадыбыстың биологиялық әсері және қауіпсіздігі
10. Ультрадыбыстық диагностикадағы жаңа тенденциялар
11. Әдебиет
12. Тест сұрақтары

Ультрадыбыстың ФИЗИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ

Медициналық диагностикада ультрадыбысты қолдану ішкі органдар мен құрылымдардың суреттерін алу мүмкіндігімен байланысты. Әдістің негізі ультрадыбыстың адам ағзасының тіндерімен өзара әрекеттесуі болып табылады. Суретті алудың өзін екі бөлікке бөлуге болады. Біріншісі - зерттелетін тіндерге бағытталған қысқа ультрадыбыстық импульстардың сәулеленуі, екіншісі - шағылысқан сигналдар негізінде кескіннің қалыптасуы. Ультрадыбыстық диагностикалық қондырғының жұмыс істеу принципін түсіну, ультрадыбыстық физика негіздерін және оның адам ағзасының тіндерімен әрекеттесуін білу құрылғыны механикалық, ойланбастан пайдаланудан аулақ болуға, демек, диагностикалық процеске сауатты түрде жақындауға көмектеседі. .

Дыбыс – бөлшектердің тербелісі энергияның таралу бағытымен бір жазықтықта болатын механикалық бойлық толқын (1-сурет).

Күріш. 1. Ультрадыбыстық толқындағы қысым мен тығыздықтың өзгеруін көрнекі және графикалық бейнелеу.

Толқын энергияны тасымалдайды, бірақ материя емес. Электромагниттік толқындардан (жарық, радиотолқындар және т.б.) айырмашылығы, дыбыстың таралуы үшін орта қажет - ол вакуумда тарай алмайды. Барлық толқындар сияқты дыбысты да бірқатар параметрлер бойынша сипаттауға болады. Олар жиілік, толқын ұзындығы, ортадағы таралу жылдамдығы, период, амплитуда және қарқындылық. Жиілік, период, амплитуда және қарқындылық дыбыс көзімен, таралу жылдамдығы ортамен, ал толқын ұзындығы дыбыс көзімен де, ортамен де анықталады. Жиілік - 1 секундтық кезеңдегі толық тербелістердің (циклдердің) саны (2-сурет).

Күріш. 2. Ультрадыбыстық толқын жиілігі 2 цикл 1 с = 2 Гц

Жиілік бірліктері герц (Гц) және мегагерц (МГц). Бір герц секундына бір тербеліс. Бір мегагерц = 1000000 герц. «Ультра» дыбысты не тудырады? Бұл жиілік. Естілетін дыбыстың жоғарғы шегі – 20 000 Гц (20 килогерц (кГц)) – ультрадыбыстық диапазонның төменгі шегі. Жарқанаттардың ультрадыбыстық локаторлары 25÷500 кГц диапазонында жұмыс істейді. Қазіргі заманғы ультрадыбыстық құрылғыларда кескінді алу үшін жиілігі 2 МГц және одан жоғары ультрадыбыстық қолданылады. Период – бір толық тербеліс циклін алуға қажетті уақыт (3-сурет).

Күріш. 3. Ультрадыбыстық толқынның периоды.

Период бірлігі секундтар (с) және микросекундтар (µs) болып табылады. Бір микросекунд секундтың миллионнан бір бөлігі. Период (μс) = 1/жиілік (МГц). Толқын ұзындығы – кеңістікте бір тербеліс алатын ұзындық (4-сурет).

Күріш. 4. Толқын ұзындығы.

Өлшем бірліктері метр (м) және миллиметр (мм) болып табылады. Ультрадыбыстың таралу жылдамдығы - толқынның орта арқылы таралу жылдамдығы. Ультрадыбыстық таралу жылдамдығының өлшем бірліктері секундына метр (м/с) және микросекундтағы миллиметр (мм/мкс) болып табылады. Ультрадыбыстың таралу жылдамдығы ортаның тығыздығы мен серпімділігімен анықталады. Ультрадыбыстың таралу жылдамдығы серпімділіктің жоғарылауымен және ортаның тығыздығының төмендеуімен артады. 2.1-кестеде адам ағзасының кейбір ұлпаларында ультрадыбыстың таралу жылдамдығы көрсетілген.

Ультрадыбыстың адам ағзасының тіндерінде таралу жылдамдығы орташа есеппен 1540 м/с құрайды – ультрадыбыстық диагностикалық құрылғылардың көпшілігі осы жылдамдыққа бағдарламаланған. Ультрадыбыстың таралу жылдамдығы (C), жиілік (f) және толқын ұзындығы (λ) келесі теңдеумен байланысты: C = f × λ. Біздің жағдайда жылдамдық тұрақты деп есептелетіндіктен (1540 м/с), қалған екі айнымалы f және λ өзара кері пропорционалдық қатынас арқылы байланысқан. Жиілік неғұрлым жоғары болса, толқын ұзындығы соғұрлым қысқа болады және біз көре алатын нысандар аз болады. Ортаның тағы бір маңызды параметрі - акустикалық кедергі (Z). Акустикалық кедергі ортаның тығыздық мәні мен ультрадыбыстың таралу жылдамдығының көбейтіндісі болып табылады. Қарсылық (Z) = тығыздық (p) × таралу жылдамдығы (C).

Ультрадыбыстық диагностикада кескінді алу үшін түрлендіргіш (тұрақты толқын) арқылы үздіксіз шығарылатын ультрадыбыстық пайдаланылмайды, бірақ қысқа импульстар түрінде шығарылатын ультрадыбыстық (импульстік). Ол пьезоэлектрлік элементке қысқа электрлік импульстар түскенде пайда болады. Импульстік ультрадыбысты сипаттау үшін қосымша параметрлер қолданылады. Импульстің қайталану жылдамдығы - уақыт бірлігінде (секундта) шығарылатын импульстар саны. Импульстің қайталану жиілігі герцпен (Гц) және килогерцпен (кГц) өлшенеді. Импульс ұзақтығы – бір импульстің уақыт аралығы (Cурет 5).

Күріш. 5. Ультрадыбыстық импульстің ұзақтығы.

Ол секундтармен (с) және микросекундтармен (мкс) өлшенеді. Толық болу коэффициенті – ультрадыбысты шығару (импульс түрінде) пайда болатын уақыттың үлесі. Кеңістіктік импульс ұзындығы (STP) - бір ультрадыбыстық импульс орналастырылған кеңістіктің ұзындығы (6-сурет).

Күріш. 6. Импульстің кеңістікте кеңеюі.

Жұмсақ тіндер үшін импульстің кеңістіктік ұзындығы (мм) 1,54 (мм/мкс-тегі ультрадыбыстың таралу жылдамдығы) және бір импульстағы тербеліс (цикл) санының (n) МГц жиілігіне бөлінген көбейтіндісіне тең. Немесе PPI = 1,54 × n/f. Импульстің кеңістіктік ұзындығының төмендеуіне импульстегі тербелістердің санын азайту немесе жиілікті арттыру арқылы қол жеткізуге болады (және бұл осьтік рұқсатты жақсарту үшін өте маңызды). Ультрадыбыстық толқынның амплитудасы - байқалатын физикалық айнымалының орташа мәннен максималды ауытқуы (7-сурет).

Күріш. 7. Ультрадыбыстық толқынның амплитудасы

Ультрадыбыстың қарқындылығы толқын қуатының ультрадыбыстық ағын таралатын аймаққа қатынасы болып табылады. Ол шаршы сантиметрге ваттпен өлшенеді (Вт/см2). Сәулелену қуаты бірдей болса, ағынның ауданы неғұрлым аз болса, қарқындылығы соғұрлым жоғары болады. Қарқындылық амплитуданың квадратына да пропорционал. Осылайша, егер амплитудасы екі есе өссе, онда қарқындылық төрт есе өседі. Қарқындылық ағынның аумағында да, импульстік ультрадыбыстық жағдайда да уақыт өте келе біркелкі емес.

Кез келген ортадан өткенде ультрадыбыстық сигналдың амплитудасы мен қарқындылығы төмендейді, ол әлсіреу деп аталады. Ультрадыбыстық сигналдың әлсіреуі жұтылу, шағылысу және шашырау нәтижесінде пайда болады. Өсу бірлігі децибел (дБ). Өшіру коэффициенті – бұл сигналдың жолының бірлік ұзындығына ультрадыбыстық сигналдың әлсіреуі (дБ/см). Жиілік артқан сайын демпферлік фактор артады. Жұмсақ тіндердегі орташа әлсіреу коэффициенттері және жиілікке байланысты жаңғырық сигналының қарқындылығының төмендеуі 2.2-кестеде келтірілген.

РЕФЛЕКЦИЯ ЖӘНЕ ШАШЫРУ

Ультрадыбыс акустикалық кедергісі және ультрадыбыстың жылдамдығы әртүрлі орталардың шекарасында ұлпалардан өткенде шағылысу, сыну, шашырау және жұтылу құбылыстары пайда болады. Бұрышқа байланысты ультрадыбыстық сәуленің перпендикуляр және қиғаш (бұрышта) түсуі туралы айтылады. Ультрадыбыстық сәуленің перпендикуляр түсуімен ол толық шағылысуы немесе ішінара шағылысуы мүмкін, екі ортаның шекарасы арқылы ішінара өтуі мүмкін; бұл жағдайда бір ортадан екінші ортаға тасымалданатын УДЗ бағыты өзгермейді (8-сурет).

Күріш. 8. Ультрадыбыстық сәуленің перпендикуляр түсуі.

Шағылысқан ультрадыбыстың және ортаның шекарасынан өткен ультрадыбыстың қарқындылығы бастапқы қарқындылыққа және ортаның акустикалық кедергілерінің айырмашылығына байланысты. Шағылған толқынның интенсивтілігінің түскен толқынның интенсивтілігіне қатынасы шағылу коэффициенті деп аталады. Ортаның шекарасынан өткен ультрадыбыстық толқынның қарқындылығының түскен толқынның интенсивтілігіне қатынасы ультрадыбысты өткізу коэффициенті деп аталады. Осылайша, егер тіндердің тығыздығы әртүрлі болса, бірақ акустикалық кедергісі бірдей болса, ультрадыбыстың шағылысуы болмайды. Екінші жағынан, акустикалық кедергілердің үлкен айырмашылығымен шағылысу қарқындылығы 100% -ға ұмтылады. Бұған мысал ретінде ауа/жұмсақ тін интерфейсін келтіруге болады. Ультрадыбыстың толық дерлік шағылысуы осы орталардың шекарасында орын алады. Адам ағзасының ұлпаларында ультрадыбысты өткізуді жақсарту үшін байланыстырушы орталар (гель) қолданылады. Ультрадыбыстық сәуленің қиғаш түсуімен түсу бұрышы, шағылу бұрышы және сыну бұрышы анықталады (9-сурет).

Күріш. 9. Рефлексия, сыну.

Түсу бұрышы шағылу бұрышына тең. Рефракция - ультрадыбыстық сәуленің таралу бағытының өзгеруі, ол ультрадыбыстың әртүрлі жылдамдықтары бар ортаның шекарасын кесіп өткен кезде. Сыну бұрышының синусы екінші ортадағы ультрадыбыстың таралу жылдамдығын бірінші ортадағы жылдамдыққа бөлуден алынған шамаға түсу бұрышының синусының көбейтіндісіне тең. Сыну бұрышының синусы, демек, сыну бұрышының өзі неғұрлым үлкен болса, екі ортада ультрадыбыстың таралу жылдамдығының айырмашылығы соғұрлым көп болады. Егер екі ортада ультрадыбыстың таралу жылдамдықтары тең болса немесе түсу бұрышы 0 болса, сыну байқалмайды. Шағылысу туралы айтатын болсақ, толқын ұзындығы бұзушылықтардың өлшемдерінен әлдеқайда үлкен болған жағдайда ескеру қажет. шағылыстыратын бетінде алып шағылысу орын алады (жоғарыда сипатталған). Толқын ұзындығы шағылыстыратын беттің біркелкі еместігімен салыстырылатын болса немесе ортаның өзінің біртексіздігі болса, ультрадыбыстың шашырауы пайда болады.

Күріш. 10. Кері шашырау.

Кері шашыраумен (10-сурет) ультрадыбыс бастапқы сәуле шыққан бағытта көрсетіледі. Шашыраған сигналдардың қарқындылығы ортаның біртексіздігінің жоғарылауымен және ультрадыбыстың жиілігінің жоғарылауымен (яғни толқын ұзындығының төмендеуімен) артады. Шашырау түскен сәуленің бағытына салыстырмалы түрде аз тәуелді, сондықтан орган паренхимасын айтпағанда, шағылыстыратын беттерді жақсырақ көруге мүмкіндік береді. Шағылысқан сигнал экранда дұрыс орналасуы үшін тек шығарылатын сигналдың бағытын ғана емес, сонымен қатар рефлекторға дейінгі қашықтықты білу қажет. Бұл қашықтық ортадағы ультрадыбыстың жылдамдығының өнімінің 1/2 бөлігіне және шағылысқан сигналды шығару мен қабылдау арасындағы уақытқа тең (11-сурет). Жылдамдық пен уақыттың туындысы екіге бөлінеді, өйткені ультрадыбыс қос жолды (эмиттерден рефлекторға және кері) жүреді, ал бізді тек эмитенттен рефлекторға дейінгі қашықтық қызықтырады.

Күріш. 11. УЗИ көмегімен қашықтықты өлшеу.

СЕНСОРЛАР ЖӘНЕ Ультрадыбыстық толқын

Ультрадыбысты алу үшін электр энергиясын ультрадыбыстық энергияға түрлендіретін арнайы түрлендіргіштер қолданылады. Ультрадыбысты өндіру кері пьезоэлектрлік әсерге негізделген. Әсердің мәні мынада, егер белгілі бір материалдарға (пьезоэлектриктер) электр кернеуі берілсе, онда олардың пішіні өзгереді (12-сурет).

Күріш. 12. Кері пьезоэлектрлік эффект.

Осы мақсатта ультрадыбыстық құрылғыларда көбінесе қорғасын цирконаты немесе қорғасын титанаты сияқты жасанды пьезоэлектрлік материалдар қолданылады. Электр тогы болмаған кезде пьезоэлектрлік элемент бастапқы пішініне оралады, ал полярлық өзгерген кезде пішін қайтадан өзгереді, бірақ керісінше. Егер пьезоэлектрлік элементке жылдам айнымалы ток қолданылса, онда элемент жоғары жиілікте жиырылып, кеңейе бастайды (яғни тербеліс), ультрадыбыстық өрісті тудырады. Түрлендіргіштің жұмыс жиілігі (резонанстық жиілік) пьезоэлектрлік элементтегі ультрадыбыстың таралу жылдамдығының осы пьезоэлектрлік элементтің екі есе қалыңдығына қатынасымен анықталады. Шағылысқан сигналдарды анықтау тікелей пьезоэлектрлік әсерге негізделген (13-сурет).

Күріш. 13. Тікелей пьезоэлектрлік эффект.

Қайтару сигналдары пьезоэлектрлік элементтің тербелісін және оның беттерінде айнымалы электр тогының пайда болуын тудырады. Бұл жағдайда пьезо элементі ультрадыбыстық сенсор ретінде жұмыс істейді. Әдетте, бірдей элементтер ультрадыбысты шығару және қабылдау үшін ультрадыбыстық құрылғыларда қолданылады. Сондықтан «түрлендіргіш», «түрлендіргіш», «датчик» терминдері синоним болып табылады. Ультрадыбыстық сенсорлар күрделі құрылғылар болып табылады және кескінді сканерлеу әдісіне байланысты баяу сканерлеу құрылғыларына (бір элемент) және жылдам сканерлеуге (нақты уақытта сканерлеу) арналған сенсорларға бөлінеді - механикалық және электронды. Механикалық датчиктер бір және көп элементті (анулярлы) болуы мүмкін. Ультрадыбыстық сәуленің сыпырылуына элементті айналдыру, элементті айналдыру немесе акустикалық айнаны айналдыру арқылы қол жеткізуге болады (Cурет 14).

Күріш. 14. Механикалық сектордың сенсорлары.

Бұл жағдайда экрандағы кескін сектор (секторлық сенсорлар) немесе шеңбер (дөңгелек сенсорлар) түрінде болады. Электрондық датчиктер көп элементті және алынған кескіннің пішініне қарай секторлық, сызықтық, дөңес (дөңес) болуы мүмкін (15-сурет).

Күріш. 15. Көп элементті электронды сенсорлар.

Секторлық сенсордағы кескінді тазарту ультрадыбыстық сәулені бір уақытта фокустау арқылы айналдыру арқылы қол жеткізіледі (Cурет 16).

Күріш. 16. Кезеңдік антеннасы бар электрондық сектор сенсоры.

Сызықтық және дөңес датчиктерде кескінді тазарту бір мезгілде фокустаумен антенна массиві бойымен қадамдық қозғалысымен элементтер тобын қоздыру арқылы жүзеге асырылады (Cурет 17).

Күріш. 17. Электрондық сызықтық сенсор.

Ультрадыбыстық сенсорлар бір-бірінен егжей-тегжейлі ерекшеленеді, бірақ олардың схемалық диаграммасы 18-суретте көрсетілген.

Күріш. 18. Ультрадыбыстық сенсор құрылғысы.

Үздіксіз сәулелену режимінде диск түріндегі бір элементті түрлендіргіш ультра дыбыстық өрісті құрайды, оның пішіні қашықтыққа байланысты өзгереді (19-сурет).

Күріш. 19. Фокусталмаған түрлендіргіштің екі өрісі.

Кейде бүйірлік лобтар деп аталатын қосымша ультрадыбыстық «ағындарды» байқауға болады. Дискіден жақын өрістің (аймақтың) ұзындығына дейінгі қашықтық жақын аймақ деп аталады. Жақын шекарадан тыс аймақ алыс деп аталады. Жақын аймақтың ұзындығы түрлендіргіш диаметрінің квадратының 4 толқын ұзындығына қатынасына тең. Алыс аймақта ультрадыбыстық өріс диаметрі артады. Ультрадыбыстық сәуленің ең үлкен тарылу орны фокус аймағы деп аталады, ал түрлендіргіш пен фокустық аймақ арасындағы қашықтық фокус аралығы деп аталады. Ультрадыбыстық сәулені фокустаудың әртүрлі әдістері бар. Ең қарапайым фокустау әдісі - акустикалық линза (Cурет 20).

Күріш. 20. Акустикалық объективпен фокустау.

Оның көмегімен сіз ультрадыбыстық сәулені белгілі бір тереңдікте фокустай аласыз, бұл линзаның қисаюына байланысты. Бұл фокустау әдісі фокустық қашықтықты тез өзгертуге мүмкіндік бермейді, бұл практикалық жұмыста қолайсыз. Фокустың тағы бір жолы - дыбыстық айнаны пайдалану (Cурет 21).

Күріш. 21. Акустикалық айнамен фокустау.

Бұл жағдайда айна мен түрлендіргіш арасындағы қашықтықты өзгерту арқылы біз фокус аралығын өзгертеміз. Көп элементті электронды сенсорлары бар заманауи құрылғыларда фокустау электронды фокусқа негізделген (Cурет 17). Электрондық фокустау жүйесі арқылы біз құралдар тақтасынан фокустық қашықтықты өзгерте аламыз, дегенмен әрбір сурет үшін бізде тек бір фокус аймағы болады. Кескінді алу үшін секундына 1000 рет шығарылатын өте қысқа ультрадыбыстық импульстар (импульстің қайталану жиілігі 1 кГц) пайдаланылғандықтан, құрылғы 99,9% жаңғырық қабылдағыш ретінде жұмыс істейді. Осындай уақыт шегіне ие бола отырып, құрылғыны бірінші суретті алу кезінде жақын фокус аймағы (22-сурет) таңдалатын және осы аймақтан алынған ақпарат сақталатындай етіп бағдарламалауға болады.

Күріш. 22. Динамикалық фокустау әдісі.

Әрі қарай – келесі фокус аймағын таңдау, ақпарат алу, сақтау. Тағыда басқа. Нәтиже - бүкіл тереңдікке бағытталған композициялық кескін. Дегенмен, бұл фокустау әдісі бір кескінді (кадр) алу үшін айтарлықтай уақытты қажет ететінін атап өту керек, бұл кадр жиілігінің төмендеуіне және кескіннің жыпылықтауына әкеледі. Неліктен ультрадыбыстық сәулені фокустау үшін көп күш жұмсалады? Өйткені, сәуле неғұрлым тар болса, соғұрлым бүйірлік (бүйірлік, азимутта) ажыратымдылық жақсы болады. Бүйірлік ажыратымдылық – энергияның таралу бағытына перпендикуляр орналасқан екі объектінің арасындағы ең аз қашықтық, олар монитор экранында жеке құрылымдар ретінде көрсетілген (Cурет 23).

Күріш. 23. Динамикалық фокустау әдісі.

Бүйірлік рұқсат ультрадыбыстық сәуленің диаметріне тең. Осьтік ажыратымдылық – энергияның таралу бағыты бойынша орналасқан екі объектінің арасындағы ең аз қашықтық, олар монитор экранында жеке құрылымдар ретінде көрсетілген (24-сурет).

Күріш. 24. Осьтік рұқсат: ультрадыбыстық импульс неғұрлым қысқа болса, соғұрлым жақсы болады.

Осьтік рұқсат ультрадыбыстық импульстің кеңістіктік дәрежесіне байланысты - импульс неғұрлым қысқа болса, ажыратымдылық соғұрлым жақсы болады. Импульсті қысқарту үшін ультрадыбыстық тербелістерді механикалық және электронды демпфинг қолданылады. Әдетте, осьтік рұқсат бүйірлік рұқсатқа қарағанда жақсырақ.

БАЯН Сканерлеу ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫ

Қазіргі уақытта баяу (қолмен, күрделі) сканерлеу құрылғылары тек тарихи қызығушылық тудырады. Моральдық тұрғыдан олар жылдам сканерлеу құрылғыларының (нақты уақытта жұмыс істейтін құрылғылар) пайда болуымен қайтыс болды. Дегенмен, олардың негізгі құрамдас бөліктері қазіргі заманғы құрылғыларда да сақталған (табиғи, қазіргі заманғы элементтік базаны пайдалану). Жүрек - негізгі импульстік генератор (қазіргі құрылғыларда - қуатты процессор), ол ультрадыбыстық құрылғының барлық жүйелерін басқарады (25-сурет).

Күріш. 25. Қол сканерінің құрылымдық схемасы.

Импульстік генератор ультрадыбыстық импульсті тудыратын және оны ұлпаға жіберетін түрлендіргішке электрлік импульстарды жібереді, шағылысқан сигналдарды қабылдайды, оларды электрлік тербелістерге айналдырады. Содан кейін бұл электрлік тербелістер радиожиілік күшейткішіне жіберіледі, ол әдетте уақыт амплитудасының күшейту контроллеріне (TAGU) - тереңдікте тіндік сіңіру компенсациясының реттегішіне қосылады. Тіндерде ультрадыбыстық сигналдың әлсіреуі экспоненциалды заңға сәйкес жүретіндіктен, экрандағы заттардың жарықтығы тереңдік артқан сайын біртіндеп төмендейді (26-сурет).

Күріш. 26. Тіндердің сіңірілуін компенсациялау.

Сызықтық күшейткішті қолдану, яғни. барлық сигналдарды пропорционалды түрде күшейтетін күшейткіш терең объектілердің визуализациясын жақсартуға тырысқанда сенсорға жақын жерде сигналдарды күшейтеді. Логарифмдік күшейткіштерді қолдану бұл мәселені шешеді. Ультрадыбыстық сигнал оның қайтарылуының кешігу уақытына пропорционалды түрде күшейтіледі - ол неғұрлым кеш оралса, күшейту соғұрлым күшті болады. Осылайша, TVG пайдалану экранда бірдей жарықтықтағы кескінді тереңдікте алуға мүмкіндік береді. Осылайша күшейтілген радиожиілік электр сигналы демодуляторға беріледі, онда ол түзетіледі және сүзіледі, ал бейне күшейткіште қайтадан күшейтіліп, монитор экранына беріледі.

Кескінді монитор экранында сақтау үшін бейне жады қажет. Оны аналогтық және цифрлық деп бөлуге болады. Алғашқы мониторлар ақпаратты аналогтық бистабилді түрде көрсетуге мүмкіндік берді. Дискриминатор деп аталатын құрылғы дискриминация шегін өзгертуге мүмкіндік берді - қарқындылығы дискриминация шегінен төмен сигналдар ол арқылы өтпеді және экранның сәйкес бөлімдері қараңғы болып қалды. Қарқындылығы дискриминация шегінен асатын сигналдар экранда ақ нүктелер түрінде көрсетілді. Бұл жағдайда нүктелердің жарықтығы шағылысқан сигнал қарқындылығының абсолютті мәніне тәуелді болмады - барлық ақ нүктелердің жарықтығы бірдей болды. Суретті көрсетудің бұл әдісімен – ол «бистабилді» деп аталды – шағылыстыру қабілеті жоғары мүшелер мен құрылымдардың шекаралары (мысалы, бүйрек синустары) айқын көрінді, алайда паренхималық мүшелердің құрылымын бағалау мүмкін болмады. Монитор экранында сұр реңктерді беруге мүмкіндік беретін 70-ші жылдардағы құрылғылардың пайда болуы сұр шкала құрылғыларының дәуірінің басталуын белгіледі. Бұл құрылғылар екі тұрақты кескіні бар құрылғылардың көмегімен қол жетімсіз ақпаратты алуға мүмкіндік берді. Компьютерлік технологиялар мен микроэлектрониканың дамуы көп ұзамай аналогтық кескіндерден цифрлық кескіндерге көшуге мүмкіндік берді. Ультрадыбыстық құрылғылардағы сандық кескіндер сұр шкаласы 16-32-64-128-256 (4-5-6-7-8 бит) үлкен матрицаларда (әдетте 512 × 512 пиксель) қалыптасады. 512 × 512 пиксельдік матрицада 20 см тереңдікте көрсету кезінде бір пиксель 0,4 мм сызықтық өлшемге сәйкес келеді. Заманауи құралдарда кескін сапасын жоғалтпай дисплей өлшемін ұлғайту үрдісі байқалады, ал орташа диапазондағы құралдарда 12 дюймдік (диагональі 30 см) экрандар әдеттегідей болып келеді.

Ультрадыбыстық құрылғының (дисплей, монитор) катодтық сәулелік түтігі арнайы фосформен қапталған экранда жарық нүктені шығару үшін өткір бағытталған электронды сәулені пайдаланады. Ауыстырылатын тақталардың көмегімен бұл нүктені экранның айналасында жылжытуға болады.

Сағат А түрі Sweep (Amplitude) бір осьте сенсорға дейінгі қашықтық, екіншісінде - шағылысқан сигналдың қарқындылығы сызылады (Cурет 27).

Күріш. 27. А типті сигналды тазалау.

Қазіргі заманғы аспаптарда A типті сыпырғыш іс жүзінде қолданылмайды.

B түрі сканерлеу (Жарықтық - жарықтық) сканерлеу сызығы бойымен осы сызықты құрайтын жеке нүктелердің жарықтығының айырмашылығы түріндегі шағылысқан сигналдардың қарқындылығы туралы ақпаратты алуға мүмкіндік береді.

Экранның мысалы: солға айналдыру Б, оң жақта - Мжәне кардиограмма.

М-түрі (кейде TM) сыпыру (Motion - қозғалыс) шағылыстыратын құрылымдардың қозғалысын (қозғалысын) уақытында тіркеуге мүмкіндік береді. Бұл жағдайда шағылыстырушы құрылымдардың тік жылжулары әртүрлі жарықтықтағы нүктелер түрінде, ал көлденеңінен - ​​уақыт бойынша осы нүктелердің орын ауыстыруы жазылады (28-сурет).

Күріш. 28. М типті сыпырғыш.

Екі өлшемді томографиялық кескінді алу үшін сканерлеу сызығын сканерлеу жазықтығы бойымен жылжыту қажет. Баяу сканерлеу құрылғыларында бұл сенсорды науқас денесінің беті бойымен қолмен жылжыту арқылы қол жеткізілді.

ЖЫЛДАМ Сканерлеу ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫ

Жылдам сканерлер немесе, әдетте, нақты уақыттағы сканерлер, баяу немесе қолмен сканерлерді толығымен ауыстырды. Бұл осы құрылғылардың бірқатар артықшылықтарына байланысты: нақты уақыт режимінде органдар мен құрылымдардың қозғалысын бағалау мүмкіндігі (яғни, уақыттың бір мезетінде); зерттеуге кететін уақыттың күрт төмендеуі; шағын акустикалық терезелер арқылы зерттеу жүргізу мүмкіндігі.

Егер баяу сканерлеу құрылғыларын камерамен салыстыруға болатын болса (қозғалмайтын кескіндерді алу), онда нақты уақыттағы құрылғыларды киномен салыстыруға болады, онда қозғалмайтын кескіндер (кадрлар) бір-бірін үлкен жиілікпен ауыстырып, қозғалыс әсерін тудырады.

Жылдам сканерлеу құрылғыларында, жоғарыда айтылғандай, механикалық және электронды секторлық датчиктер, электронды сызықтық датчиктер, электронды дөңес (дөңес) датчиктер және механикалық радиалды датчиктер қолданылады.

Біраз уақыт бұрын трапеция тәрізді датчиктер бірқатар құрылғыларда пайда болды, олардың көру өрісі трапеция тәрізді болды, бірақ олар дөңес датчиктерге қарағанда артықшылықтарды көрсетпеді, бірақ олардың өздері де бірқатар кемшіліктерге ие болды.

Қазіргі уақытта іш қуысының, ретроперитонеальды кеңістіктің және кіші жамбастың мүшелерін тексеруге арналған ең жақсы сенсор дөңес болып табылады. Оның салыстырмалы түрде шағын жанасу беті және ортаңғы және алыс аймақтарда өте үлкен көру өрісі бар, бұл зерттеуді жеңілдетеді және тездетеді.

Ультрадыбыстық сәулемен сканерлеу кезінде сәуленің әрбір толық өтуінің нәтижесі кадр деп аталады. Рамка көптеген тік сызықтардан қалыптасады (Cурет 29).

Күріш. 29. Бөлек сызықтар бойынша кескін қалыптастыру.

Әрбір жол кем дегенде бір ультрадыбыстық импульс. Заманауи аспаптарда сұр түсті кескінді алу үшін импульстің қайталану жиілігі 1 кГц (секундына 1000 импульс) құрайды.

Импульстің қайталану жылдамдығы (PRF), кадрды құрайтын жолдар саны және уақыт бірлігіндегі кадрлар саны арасында байланыс бар: PRF = жолдар саны × кадр жиілігі.

Монитор экранында алынған кескіннің сапасы, атап айтқанда, сызық тығыздығы арқылы анықталады. Сызықтық сенсор үшін сызықтың тығыздығы (сызықтар/см) кадрды құрайтын сызықтар санының кескін қалыптасатын монитор бөлігінің еніне қатынасы болып табылады.

Сектор түріндегі сенсор үшін сызық тығыздығы (сызықтар/градус) жақтауды құрайтын сызықтар санының сектор бұрышына қатынасы болып табылады.

Құрылғыда орнатылған кадр жиілігі неғұрлым жоғары болса, кадрды құрайтын сызықтардың саны (берілген импульстің қайталану жиілігінде), монитор экранындағы сызықтардың тығыздығы соғұрлым аз болады және алынған кескіннің сапасы соғұрлым төмен болады. Бірақ жоғары кадр жиілігінде бізде жақсы уақытша ажыратымдылық бар, бұл эхокардиографиялық зерттеулерде өте маңызды.

ДОПЛЕРОГРАФИЯ ҚҰРЫЛҒЫ

Ультрадыбыстық зерттеу әдісі органдар мен тіндердің құрылымдық күйі туралы ақпаратты алуға ғана емес, сонымен қатар тамырлардағы ағындарды сипаттауға мүмкіндік береді. Бұл қабілет Доплер эффектісіне негізделген – дыбыс көзі немесе қабылдағыш ортасына немесе дыбысты тарататын денеге қатысты қозғалу кезінде қабылданған дыбыс жиілігінің өзгеруі. Кез келген біртекті ортада ультрадыбыстың таралу жылдамдығы тұрақты болуына байланысты байқалады. Демек, дыбыс көзі тұрақты жылдамдықпен қозғалса, қозғалыс бағытында шығарылатын дыбыс толқындары қысылып, дыбыс жиілігін арттыратын сияқты. Толқындар кері бағытта, созылған сияқты, дыбыс жиілігінің төмендеуіне әкелді (30-сурет).

Күріш. 30. Доплер эффектісі.

Бастапқы ультрадыбыстық жиілікті модификацияланғанмен салыстыру арқылы Доллердің ауысуын анықтауға және жылдамдықты есептеуге болады. Дыбысты қозғалатын зат шығара ма, әлде объект дыбыс толқындарын көрсете ме, маңызды емес. Екінші жағдайда ультрадыбыстық көз стационарлық (ультрадыбыстық сенсор) болуы мүмкін, ал қозғалатын эритроциттер ультрадыбыстық толқындардың шағылыстырғышы ретінде әрекет ете алады. Доплер ығысуы оң (егер рефлектор дыбыс көзіне қарай жылжитын болса) немесе теріс (егер рефлектор дыбыс көзінен алыстаса) болуы мүмкін. Ультрадыбыстық сәуленің түсу бағыты рефлектордың қозғалыс бағытына параллель болмаған жағдайда, түсетін сәуле мен сәуленің қозғалыс бағыты арасындағы q бұрышының косинусы бойынша Доплер ығысуын түзету қажет. рефлектор (Cурет 31).

Күріш. 31. Түскен сәуле мен қан ағымының бағыты арасындағы бұрыш.

Доплерлік ақпаратты алу үшін екі түрлі құрылғылар қолданылады - тұрақты толқынды және импульстік. Үздіксіз толқынды доплерлік аспапта түрлендіргіш екі түрлендіргіштен тұрады: олардың бірі үнемі ультрадыбысты шығарады, екіншісі үнемі шағылысқан сигналдарды қабылдайды. Қабылдағыш әдетте ультрадыбыстық көздің жиілігінің (естілетін диапазон) -1/1000 болатын Доплер ығысуын анықтайды және сигналды дыбыс зорайтқыштарға және параллельді түрде толқын пішінін сапалық және сандық бағалау үшін мониторға жібереді. Тұрақты толқынды құрылғылар ультрадыбыстық сәуленің бүкіл жолында дерлік қан ағынын анықтайды, немесе, басқаша айтқанда, үлкен бақылау көлеміне ие. Бұл реттелетін көлемге бірнеше ыдыс кірген кезде жеткіліксіз ақпарат алуды тудыруы мүмкін. Дегенмен, үлкен бақылау көлемі клапан стенозындағы қысымның төмендеуін есептеу үшін пайдалы.

Кез келген нақты аймақтағы қан ағымын бағалау үшін монитор экранында визуалды бақылаумен зерттелетін аймаққа (мысалы, белгілі бір ыдыстың ішінде) бақылау көлемін орналастыру қажет. Бұған импульстік құрылғыны пайдалану арқылы қол жеткізуге болады. Доплерлік ығысудың импульстік құралдармен анықталатын жоғарғы шегі бар (кейде Nyquist шегі деп аталады). Бұл импульстің қайталану жылдамдығының шамамен 1/2 бөлігін құрайды. Ол асып кетсе, Доплер спектрі бұрмаланады (бүркеніш). Импульстің қайталану жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым Доплер ығысуын бұрмалаусыз анықтауға болады, бірақ аспаптың төмен жылдамдықты ағындарға сезімталдығы төмен болады.

Тіндерге бағытталған ультрадыбыстық импульстар негізгіден басқа көп жиіліктерді қамтитындықтан, сондай-ақ ағынның жекелеген учаскелерінің жылдамдықтары бірдей емес болғандықтан, шағылысқан импульс үлкен импульстен тұрады. әртүрлі жиіліктер саны (Cурет 32).

Күріш. 32. Ультрадыбыстық импульс спектрінің графигі.

Жылдам Фурье түрлендіруінің көмегімен импульстің жиілік құрамы спектр ретінде ұсынылуы мүмкін, оны монитор экранында қисық ретінде көрсетуге болады, мұнда Доплерлік ығысу жиіліктері көлденеңінен, ал әрбір құрамдас бөліктің амплитудасы тігінен кескінделеді. Доплерлік спектрден қан ағымының жылдамдық параметрлерінің үлкен санын анықтауға болады (максималды жылдамдық, диастоланың соңындағы жылдамдық, орташа жылдамдық және т.б.), алайда бұл көрсеткіштер бұрышқа тәуелді және олардың дәлдігі жоғары дәрежеде тәуелді. бұрышты түзету дәлдігі. Ал егер бұралмайтын үлкен ыдыстарда бұрышты түзету қиындық тудырмаса, шағын бұралмалы ыдыстарда (ісік сауыттар) ағынның бағытын анықтау біршама қиын. Бұл мәселені шешу үшін көміртегіге тәуелсіз бірқатар дерлік индекстер ұсынылды, олардың ең көп тарағаны қарсылық индексі және пульсация индексі болып табылады. Қарсылық индексі - максималды және ең төменгі жылдамдықтар арасындағы айырмашылықтың максималды ағын жылдамдығына қатынасы (33-сурет). Пульсация индексі - максималды және минималды жылдамдықтар арасындағы айырмашылықтың орташа ағын жылдамдығына қатынасы.

Күріш. 33. Қарсылық көрсеткішін және пульсатор көрсеткішін есептеу.

Бір бақылау көлемінен Доплер спектрін алу өте аз аймақта қан ағымын бағалауға мүмкіндік береді. Түсті ағынды кескіндеу (Түсті Доплер) әдеттегі 2D сұр масштабты кескінге қосымша нақты уақыттағы 2D ағыны туралы ақпаратты береді. Түсті доплерография кескінді алудың импульстік принципінің мүмкіндіктерін кеңейтеді. Жылжымайтын құрылымдардан шағылған сигналдар сұр реңк түрінде танылады және көрсетіледі. Егер шағылысқан сигналдың жиілігі шығарылғаннан өзгеше болса, онда бұл оның қозғалатын объектіден шағылысқанын білдіреді. Бұл жағдайда доплерлік ығысу, оның белгісі және орташа жылдамдықтың мәні анықталады. Бұл параметрлер түсті, оның қанықтылығын және жарықтығын анықтау үшін қолданылады. Әдетте сенсорға қарай ағынның бағыты қызыл түспен және сенсордан алыс көк түспен кодталады. Түстің жарықтығы ағын жылдамдығымен анықталады.

Соңғы жылдары «қуатты Доплер» (Power Doppler) деп аталатын түсті Doppler картасының нұсқасы пайда болды. Қуатты Доплер көмегімен шағылған сигналдағы Доплер ығысуының мәні емес, оның энергиясы анықталады. Бұл тәсіл ағынның жылдамдығы мен бағытының абсолютті мәнін анықтау мүмкіндігін жоғалту құнына қарамастан, әдістің төмен жылдамдықтарға сезімталдығын арттыруға және оны дерлік бұрышқа тәуелсіз етуге мүмкіндік береді.

ЖӘДІЛДЕР

Ультрадыбыстық диагностикадағы артефакт - кескінде жоқ құрылымдардың пайда болуы, бар құрылымдардың болмауы, құрылымдардың дұрыс орналасуы, құрылымдардың дұрыс емес жарықтығы, құрылымдардың дұрыс емес контурлары, құрылымдардың қате өлшемдері. Реверберация, ең көп тараған артефактілердің бірі, ультрадыбыстық импульс екі немесе одан да көп шағылыстыратын беттердің арасына түскенде пайда болады. Бұл жағдайда ультрадыбыстық импульс энергиясының бір бөлігі осы беттерден қайта-қайта шағылысады, әр жолы белгілі бір уақыт аралығында сенсорға ішінара оралады (Cурет 34).

Күріш. 34. Реверб.

Мұның нәтижесі монитор экранында жоқ шағылыстырғыш беттердің пайда болуы болады, олар екінші рефлектордың артында бірінші және екінші рефлекторлар арасындағы қашықтыққа тең қашықтықта орналасады. Кейде сенсордың орнын өзгерту арқылы реверберацияларды азайтуға болады. Ревербтің бір нұсқасы - «комета құйрығы» деп аталатын артефакт. Ол ультрадыбыстық объектінің табиғи тербелістерін тудыратын жағдайда байқалады. Бұл артефакт көбінесе кішкентай газ көпіршіктерінің немесе шағын металл заттардың артында байқалады. Әрқашан толық шағылысқан сигнал сенсорға қайта келмейтіндіктен (35-сурет) нақты шағылыстыру бетінен кішірек тиімді шағылыстыратын беттің артефакті пайда болады.

Күріш. 35. Тиімді шағылыстыратын бет.

Осы артефакттың арқасында ультрадыбысты қолдану арқылы анықталған тастардың өлшемдері әдетте шынайыдан сәл кішірек болады. Сыну нәтижесінде алынған кескінде объектінің дұрыс емес орналасуын тудыруы мүмкін (Cурет 36).

Күріш. 36. Тиімді шағылыстыратын бет.

Ультрадыбыстың түрлендіргіштен шағылыстыратын құрылымға және артқа дейінгі жолы бірдей болмаған жағдайда, алынған кескінде объектінің дұрыс емес орналасуы орын алады. Айна артефактілері – күшті шағылыстырғыштың екінші жағындағы бір жағында орналасқан заттың сыртқы көрінісі (37-сурет).

Күріш. 37. Айна артефакті.

Айналым артефактілері жиі саңылау жанында пайда болады.

Акустикалық көлеңке артефакті (Cурет 38) ультрадыбысты қатты көрсететін немесе қатты сіңіретін құрылымдардың артында пайда болады. Акустикалық көлеңкенің пайда болу механизмі оптикалық көлеңкенің пайда болуына ұқсас.

Күріш. 38. Акустикалық көлеңке.

Дистальды сигналды күшейту артефакті (39-сурет) ультрадыбысты әлсіз сіңіретін құрылымдардың (сұйық, сұйықтықты құрайтын түзілістер) артында пайда болады.

Күріш. 39. Дистальды эхо күшейту.

Бүйірлік көлеңкелердің артефакті ультрадыбыстық сәуле құрылымның дөңес бетіне (киста, жатыр мойны өт қабы) тангенциалды түрде түскенде, ультрадыбыстық толқындардың сынуымен және кейде интерференциясымен байланысты, УДЗ жылдамдығы қоршаған тіндерден айтарлықтай ерекшеленеді ( 40-сурет).

Күріш. 40. Бүйірлік көлеңкелер.

Ультрадыбыстың жылдамдығын қате анықтаумен байланысты артефактілер белгілі бір ұлпадағы ультрадыбыстың нақты таралу жылдамдығы құрылғы бағдарламаланған орташа (1,54 м/с) жылдамдықтан үлкен немесе аз болуына байланысты туындайды (Cурет 1). 41).

Күріш. 41. Әртүрлі ортадағы УДЗ жылдамдығының (V1 және V2) айырмашылығына байланысты бұрмаланулар.

Ультрадыбыстық сәуленің қалыңдығының артефактілері - негізінен сұйықтығы бар органдарда, ультрадыбыстық сәуленің белгілі бір қалыңдығына ие болуына байланысты қабырғаға жақын шағылысулардың пайда болуы және осы сәуленің бір бөлігі бір уақытта органның суретін және оған іргелес жатқан кескінді құра алады. құрылымдар (Cурет 42).

Күріш. 42. Ультрадыбыстық сәуленің қалыңдығы артефакті.

Ультрадыбыстық ЖАБДЫҚТАРДЫҢ ЖҰМЫСЫНДАҒЫ САПАСЫН БАҚЫЛАУ

Ультрадыбыстық жабдықтың сапасын бақылау жүйенің салыстырмалы сезімталдығын, осьтік және бүйірлік рұқсатты, өлі аймақты, қашықтық өлшегіштің дұрыс жұмысын, тіркеу дәлдігін, ТВГ дұрыс жұмыс істеуін, сұр шкаланың динамикалық диапазонын анықтауды және т.б. . Ультрадыбыстық құрылғылардың жұмыс сапасын бақылау үшін арнайы сынақ объектілері немесе тіндік эквивалентті фантомдар қолданылады (43-сурет). Олар коммерциялық қол жетімді, бірақ олар біздің елде кеңінен қолданылмайды, бұл далада ультрадыбыстық диагностикалық жабдықты калибрлеуді іс жүзінде мүмкін емес етеді.

Күріш. 43. Американдық медицинадағы ультрадыбыстық институтының сынақ объектісі.

Ультрадыбыстың БИОЛОГИЯЛЫҚ ӘСЕРІ ЖӘНЕ ҚАУІПСІЗДІК

Ультрадыбыстың биологиялық әсері және оның пациент үшін қауіпсіздігі әдебиеттерде үнемі талқыланады. Ультрадыбыстың биологиялық әсері туралы білім ультрадыбыстың әсер ету механизмдерін зерттеуге, ультрадыбыстың жасуша дақылдарына әсерін зерттеуге, өсімдіктерге, жануарларға эксперименттік зерттеулерге, ең соңында эпидемиологиялық зерттеулерге негізделген.

Ультрадыбыстық механикалық және термиялық әсерлер арқылы биологиялық әсер етуі мүмкін. Ультрадыбыстық сигналдың әлсіреуі абсорбцияға байланысты, яғни. ультрадыбыстық толқын энергиясын жылуға түрлендіру. Шығарылатын ультрадыбыстың қарқындылығы мен оның жиілігінің жоғарылауымен тіндердің қызуы артады. Кавитация - бұл газ, бу немесе олардың қоспасы толтырылған сұйықтықта пульсирленген көпіршіктердің пайда болуы. Кавитацияның себептерінің бірі ультрадыбыстық толқын болуы мүмкін. Сонымен, ультрадыбыстық зерттеу зиянды ма, жоқ па?

Ультрадыбыстың жасушаларға әсеріне байланысты зерттеулер, өсімдіктер мен жануарлардағы эксперименттік жұмыстар және эпидемиологиялық зерттеулер Американдық медицинадағы ультрадыбыстық институтын 1993 жылы соңғы рет расталған келесі мәлімдемені жасауға әкелді:

"Интенсивтілігі заманауи ультрадыбыстық диагностикалық қондырғыларға тән сәулеленуден (УДЗ) туындаған пациенттерде немесе құрылғыда жұмыс істейтін адамдарда расталған биологиялық әсерлер ешқашан тіркелмеген. Мұндай биологиялық әсерлер болашақта анықталуы мүмкін. , ағымдағы деректер диагностикалық ультрадыбысты сақтықпен қолданудың пациентке пайдасы, егер бар болса, ықтимал қауіптен жоғары екенін көрсетеді.

Ультрадыбысты диагностикадағы ЖАҢА БАҒЫТТАР

Ультрадыбыстық диагностиканың қарқынды дамуы, ультрадыбыстық диагностикалық құрылғылардың үздіксіз жетілдірілуі байқалады. Бұл диагностикалық әдісті болашақта дамытудың бірнеше негізгі бағыттарын болжауға болады.

Доплерлік әдістерді одан әрі жетілдіруге болады, әсіресе қуатты доплерография, тіндердің түсті доплерографиясы.

Болашақта үш өлшемді эхография ультрадыбыстық диагностиканың өте маңызды саласына айналуы мүмкін. Қазіргі уақытта үш өлшемді кескінді қалпына келтіруге мүмкіндік беретін бірнеше коммерциялық қол жетімді ультрадыбыстық диагностикалық қондырғылар бар, алайда бұл бағыттың клиникалық маңыздылығы түсініксіз болып қалады.

Ультрадыбыстық контрасттарды қолдану тұжырымдамасын алғаш рет алпысыншы жылдардың соңында эхокардиографиялық зерттеу кезінде Р.Грамиак пен П.М.Шах ұсынған. Қазіргі уақытта оң жақ жүректі бейнелеу үшін қолданылатын коммерциялық қол жетімді контраст «Эховист» (Шеринг) бар. Жақында ол контраст бөлшектерінің мөлшерін азайту үшін өзгертілген және адамның қан айналымы жүйесінде қайта өңделуі мүмкін (Левовист, Шеринг). Бұл препарат Доплер сигналын айтарлықтай жақсартады, спектрлік және түсті, бұл ісік қан ағынын бағалау үшін маңызды болуы мүмкін.

Ультра жұқа датчиктер көмегімен қуыс ішілік эхография қуыс мүшелер мен құрылымдарды зерттеудің жаңа мүмкіндіктерін ашады. Дегенмен, қазіргі уақытта бұл әдістемені кеңінен қолдану арнайы датчиктердің жоғары құнымен шектеледі, сонымен қатар оларды зерттеу үшін шектеулі рет (1÷40) қолдануға болады.

Алынған ақпаратты объективті ету мақсатында компьютерлік кескінді өңдеу болашақта паренхималық мүшелердегі кішігірім құрылымдық өзгерістерді диагностикалаудың дәлдігін жақсартуға мүмкіндік беретін перспективті бағыт болып табылады. Өкінішке орай, осы уақытқа дейін алынған нәтижелердің айтарлықтай клиникалық маңызы жоқ.

Соған қарамастан, кеше ультрадыбыстық диагностикада алыс болашақ болып көрінген нәрсе бүгінде әдеттегі тәжірибеге айналды және, бәлкім, жақын болашақта біз клиникалық тәжірибеге ультрадыбыстық диагностиканың жаңа әдістерін енгізудің куәсі болармыз.

ӘДЕБИЕТ

1. Американдық медицинадағы ультрадыбыстық институты. AIUM биоэффекттер комитеті. - J. Ultrasound Med. - 1983; 2: R14.
2. AIUM биологиялық әсерлерді зерттеу есептерін бағалау. Бетезда, MD, Американдық медицинадағы ультрадыбыстық институты, 1984 ж.
3. Американдық медицинадағы ультрадыбыстық институты. AIUM қауіпсіздік мәлімдемелері. - Дж. Ультрадыбыстық медицина - 1983; 2: R69.
4. Американдық медицинадағы ультрадыбыстық институты. Клиникалық қауіпсіздік туралы мәлімдеме. - J. Ultrasound Med. - 1984 ж.; 3:R10.
5. Баньявик Р.А. Диагностикалық ультрадыбыстық аппаратураның сапасын қамтамасыз етуді жобалау және қызмет көрсету. - Семин. УДЗ – 1983 ж.; 4:10—26.
6. Биоэффекттер комитеті. Диагностикалық ультрадыбысты жүргізу кезіндегі қауіпсіздік ережелері. Лорел, MD, Американдық медицинадағы ультрадыбыстық институты, 1991 ж.
7. Биоэффекттер конференциясының кіші комитеті. Диагностикалық ультрадыбыстың биоэффектілері және қауіпсіздігі. Лорел, MD, Американдық медицинадағы ультрадыбыстық институты, 1993 ж.
8. Эден А. Кристиан Доплер іздеу. Нью-Йорк, Спрингер-Верлаг, 1992 ж.
9. Evans DH, McDicken WN, Skidmore R және т.б. Доплерографиялық ультрадыбыстық: физика, аспаптар және клиникалық қолданбалар. Нью-Йорк, Уайли және ұлдары, 1989 ж.
10. Гил Р.В. Ультрадыбыспен қан ағымын өлшеу: дәлдік және қателер көздері. - Ультрадыбыстық мед. Биол. - 1985 ж.; 11:625-641.
11. Гайтон AC. Медициналық физиология оқулығы. 7-ші басылым. Филадельфия, WB Saunders, 1986, 206-229.
12. Hunter TV, Haber K. Нақты уақыттағы сканерлеуді әдеттегі статикалық B режиміндегі сканерлеумен салыстыру. - J. Ultrasound Med. - 1983; 2:363-368.
13. Киссло Дж, Адамс ДБ, Белкин Р.Н. Доплерлік түсті ағынды бейнелеу. Нью-Йорк, Черчилль Ливингстон, 1988 ж.
14. Кремкау Ф.В. Биологиялық әсерлер және ықтимал қауіптер. Кэмпбелл С, ред. Акушерлік және гинекологиядағы ультрадыбыстық. Лондон, В.Б. Сондерс, 1983, 395-405.
15. Кремкау Ф.В. Рефракцияға байланысты доплер бұрышының қатесі. - Ультрадыбыстық мед. Биол. - 1990; 16:523-524. - 1991 ж.; 17:97.
16. Кремкау Ф.В. Доплер ығысу жиілігінің деректері. - J. Ultrasound Med. - 1987 ж.; 6:167.
17. Кремкау Ф.В. Ультрадыбыстың қауіпсіздігі және ұзақ мерзімді әсері: пациенттерге не айту керек. In: Platt LD, ed. Перинаталды ультрадыбыстық; Клин. акушерлік. Гинекол.- 1984; 27:269-275.
18. Кремкау Ф.В. Техникалық тақырыптар (Рефлексия бөлімінде екі айда бір рет шығатын баған). - J. Ultrasound Med. - 1983; 2.
19. Лаинг ФК Клиникалық ультрадыбыстық зерттеуде жиі кездесетін артефактілер. - Семин. УЗИ-1983; 4:27—43.
20. Merrit CRB, ред. Доплерлік түсті бейнелеу. Нью-Йорк, Черчилль Ливингстон, 1992 ж.
21. MilnorWR. гемодинамика. 2-ші басылым. Балтимор, Уильямс және Уилкинс, 1989 ж.
22. Nachtigall PE, Moore PWB. Жануарлар сонары. Нью-Йорк, Plenum Press, 1988 ж.
23. Николс WW, О «Рурк МФ. Макдональдтың артериялардағы қан ағымы. Филадельфия, Ли және Фебигер, 1990 ж.
24. Повис RL, Шварц РА. Клиниктерге арналған практикалық доплерографиялық ультрадыбыстық. Балтимор, Уильямс және Уилкинс, 1991 ж.
25. Диагностикалық ультрадыбысты жүргізу кезіндегі қауіпсіздік ережелері. Бетезда, MD, Американдық медицинадағы ультрадыбыстық институты, 1984 ж.
26. Smith HJ, Zagzebski J. Негізгі доплерлік физика. Мэдисон, Вл, Медициналық физика баспасы, 1991 ж.
27. Цвейбель В.Дж. Диагностикалық ультрадыбыстық зерттеудегі негізгі терминдерге шолу. - Семин. УДЗ – 1983 ж.; 4:60—62.
28. Цвибель В.Дж. Физика. - Семин. УДЗ – 1983 ж.; 4:1—62.
29. П.Голямина, ч. ред. Ультрадыбыстық. Мәскеу, «Советский энциклопедия», 1979 ж.

ТЕСТ СҰРАҚТАРЫ

1. Ультрадыбыстық зерттеу әдісінің негізі:
   A. аппарат экранында мүшелер мен тіндердің визуализациясы
   B. Ультрадыбыстың адам ағзасының ұлпаларымен әрекеттесуі
   B. жаңғырықтарды қабылдау
   G. ультрадыбыстық сәулелену
   D. аспап экранындағы кескіннің сұр реңкті көрінісі
2. Ультрадыбыс – жиілігі төмен емес дыбыс:
   а.15кГц
   B. 20000 Гц
   B. 1 МГц D. 30 Гц E. 20 Гц
3. Ультрадыбыстың таралу жылдамдығы жоғарылайды, егер:
   A. ортаның тығыздығы артады
   B. ортаның тығыздығы төмендейді
   B. серпімділік артады
   D. тығыздығы, серпімділігі артады
   D. тығыздығы төмендейді, серпімділік артады
4. Жұмсақ тіндерде ультрадыбыстың орташа таралу жылдамдығы:
   A. 1450 м/с
   B. 1620 м/с
   B. 1540 м/с
   D. 1300 м/с
   D. 1420 м/с
5. Ультрадыбыстың таралу жылдамдығы мыналармен анықталады:
   A. жиілігі
   B. Амплитуда
   B. Толқын ұзындығы
   G. кезеңі
   D. Сәрсенбі
6. Жұмсақ тіндердегі толқын ұзындығы жоғарылаған жиілік:
   A. азаюы
   B. өзгеріссіз қалады
   B. артады
7. Ультрадыбыстың таралу жылдамдығы мен жиілігінің мәндерін ала отырып, біз мыналарды есептей аламыз:
   A. Амплитуда
   B. кезеңі
   B. Толқын ұзындығы
   D. амплитуда және период E. период және толқын ұзындығы
8. Жиілігі жоғарылаған сайын жұмсақ тіндердегі әлсіреу коэффициенті:
   A. азаюы
   B. өзгеріссіз қалады
   B. артады
9. Төмендегі параметрлердің қайсысы ультрадыбыс өтетін ортаның қасиеттерін анықтайды:
   а.қарсылық
   B. қарқындылығы
   B. Амплитуда
   G жиілігі
   D. кезеңі
10. Төмендегі параметрлердің қайсысын қалған қол жетімді параметрлердің ішінен анықтау мүмкін емес:
    A. жиілігі
    B. кезеңі
    B. Амплитуда
    G. Толқын ұзындығы
    D. таралу жылдамдығы
11. Ультрадыбыстық ортаның шекарасынан көрінеді, оларда айырмашылықтар бар:
    A. Тығыздығы
    B. Акустикалық кедергі
    B. ультрадыбыстық жылдамдық
    G. серпімділік
    D. Ультрадыбыстық жылдамдық пен серпімділік
12. Шағылыстырғышқа дейінгі қашықтықты есептеу үшін сіз білуіңіз керек:
    A. әлсіреу, жылдамдық, тығыздық
    B. әлсіреу, қарсылық
    B. әлсіреу, сіңіру
    D. сигналдың қайтарылу уақыты, жылдамдығы
    D. тығыздық, жылдамдық
13. Ультрадыбысты фокустауға болады:
    а) бұралған элемент
    B. қисық шағылыстырғыш
    B. Объектив
    G. фазалық антенна
    D. жоғарыда аталғандардың барлығы
14. Осьтік ажыратымдылық мыналармен анықталады:
    A. назар аудару
    B. объектінің қашықтығы
    B. сенсор түрі
    D. Сәрсенбі
15. Көлденең ажыратымдылық мыналармен анықталады:
    A. назар аудару
    B. объектінің қашықтығы
    B. сенсор түрі
    G. импульстегі тербелістер саны
    D сәрсенбі

Ультрадыбыстық диагностикаға арналған нұсқаулықтың I томынан тарау,

ультрадыбыстық диагностика бөлімінің қызметкерлері жазған

Ресейдің жоғары оқу орнынан кейінгі білім беру медициналық академиясы