Ультрадыбыстық толқындарды зерттеу жүз жылдан астам уақыт бұрын басталғанына қарамастан, соңғы жарты ғасырда ғана олар адам қызметінің әртүрлі салаларында кеңінен қолданыла бастады. Бұл акустиканың кванттық және сызықты емес бөлімдерінің, кванттық электроника мен қатты дене физикасының белсенді дамуына байланысты. Бүгінгі таңда ультрадыбыс акустикалық толқындардың жоғары жиілікті аймағын белгілеу ғана емес, сонымен қатар өнеркәсіптік, ақпараттық және өлшеу технологияларымен, сондай-ақ диагностикалық, хирургиялық және емдік әдістермен байланысты заманауи физика мен биологияның тұтас ғылыми бағыты болып табылады. заманауи медицина.
Бұл не?
Барлық дыбыс толқындарын адамға естілетіндерге бөлуге болады - бұл 16-дан 18 мың Гц-ке дейінгі жиіліктер, ал адамның қабылдау диапазонынан тыс болатындар - инфрақызыл және ультрадыбыстық. Инфрадыбыс деп дыбысқа ұқсас, бірақ жиіліктері адам құлағы қабылдайтын толқындардан төменірек толқындар түсініледі. Инфрадыбыстық аймақтың жоғарғы шегі - 16 Гц, ал төменгі шегі - 0,001 Гц.
Ультрадыбыстық- бұл да дыбыс толқындары, бірақ олардың жиілігі адам есту аппараты қабылдай алатындан жоғары. Әдетте, олар 20-дан 106 кГц-ке дейінгі жиіліктерді білдіреді. Олардың жоғарғы шегі осы толқындар таралатын ортаға байланысты. Сонымен, газды ортада шек 106 кГц, ал қатты және сұйықтарда 1010 кГц-ке жетеді. Жаңбырдың, желдің немесе сарқырамалардың шуында, найзағай ағындарында және теңіз толқынымен қозғалған қиыршық тастардың сыбдырында ультрадыбыстық компоненттер бар. Ультрадыбыстық толқындарды қабылдау және талдау қабілетінің арқасында киттер мен дельфиндер, жарғанаттар мен түнгі жәндіктер ғарышта бағдарланады.
Біраз тарих
Ультрадыбысты (АҚШ) алғашқы зерттеулерді 19 ғасырдың басында француз ғалымы Ф. Саварт жүргізді, ол адамның есту аппаратының есту қабілетінің жоғарғы жиілік шегін анықтауға тырысты. Болашақта ультрадыбыстық толқындарды зерттеумен неміс В. Вин, ағылшын Ф. Гальтон, орыс П. Лебедев сияқты белгілі ғалымдар және бір топ студенттер айналысты.
1916 жылы француз физигі П. Лангевин ресейлік эмигрант-ғалым Константин Шиловскиймен бірлесе отырып, теңіз өлшемдері үшін ультрадыбысты қабылдау және шығару және су астындағы объектілерді анықтау үшін кварцты пайдалана алды, бұл зерттеушілерге бірінші болып жасауға мүмкіндік берді. Ультрадыбысты таратқыш пен қабылдағыштан тұратын сонар.
1925 жылы американдық У. Пирс бүгінде Пирс интерферометрі деп аталатын құрылғыны жасады, ол жылдамдықтар мен сіңіруді үлкен дәлдікпен өлшейді.сұйық және газ ортадағы ультрадыбыстық. 1928 жылы кеңес ғалымы С. Соколов алғаш рет ультрадыбыстық толқындарды қатты денелердің, соның ішінде металдардың ақауларын анықтау үшін пайдаланды.
Соғыстан кейінгі 50-60 жылдары Л. Д. Розенберг басқарған кеңес ғалымдары тобының теориялық әзірлемелері негізінде УДЗ әртүрлі өндірістік және технологиялық салаларда кеңінен қолданыла бастады. Сонымен қатар, британдық және американдық ғалымдардың, сондай-ақ Р. В. Хохлова, В. А. Красильников және басқа да көптеген кеңес зерттеушілерінің зерттеулерінің арқасында бейсызық акустика сияқты ғылыми пән қарқынды дамып келеді.
Шамамен сол уақытта медицинада ультрадыбысты қолданудың алғашқы америкалық әрекеттері жасалды.
Кеңес ғалымы Соколов өткен ғасырдың қырқыншы жылдарының аяғында мөлдір емес объектілерді визуализациялауға арналған құрал – «ультрадыбыстық» микроскоптың теориялық сипаттамасын жасады. Осы жұмыстардың негізінде 70-жылдардың ортасында Стэнфорд университетінің мамандары сканерлеуші акустикалық микроскоптың прототипін жасады.
Мүмкіндіктер
Жалпы табиғатқа ие, естілетін диапазондағы толқындар, сондай-ақ ультрадыбыстық толқындар физикалық заңдарға бағынады. Бірақ ультрадыбысты ғылымның, медицинаның және техниканың әртүрлі салаларында кеңінен қолдануға мүмкіндік беретін бірқатар мүмкіндіктер бар:
1. Кіші толқын ұзындығы. Ең төменгі ультрадыбыстық диапазон үшін ол бірнеше сантиметрден аспайды, бұл сигналдың таралуының сәулелік сипатын тудырады. Сонымен қатар толқынбағытталған және сызықтық сәулелер арқылы таралады.
2. Елеусіз тербеліс кезеңі, соған байланысты ультрадыбысты импульстарда шығаруға болады.
3. Әртүрлі орталарда толқын ұзындығы 10 мм-ден аспайтын ультрадыбыстық тербелістердің жарық сәулелеріне ұқсас қасиеттері бар, бұл тербелістерді фокуслауға, бағытталған сәулеленуді қалыптастыруға мүмкіндік береді, яғни энергияны дұрыс бағытта жіберіп қана қоймай, сонымен қатар оны қоршаған ортада шоғырландыруға мүмкіндік береді. қажетті көлем.
4. Кішкентай амплитудамен тербеліс энергиясының жоғары мәндерін алуға болады, бұл үлкен жабдықты пайдаланбай-ақ жоғары энергиялы ультрадыбыстық өрістер мен сәулелерді жасауға мүмкіндік береді.
5. Ультрадыбыстың қоршаған ортаға әсерінен көптеген нақты физикалық, биологиялық, химиялық және медициналық әсерлер бар, мысалы:
- дисперсия;
- кавитация;
- газсыздандыру;
- жергілікті жылыту;
- дезинфекция және т.б. басқалар
Көрулер
Барлық ультрадыбыстық жиіліктер үш түрге бөлінеді:
- ULF - төмен, диапазоны 20 мен 100 кГц;
- MF - орташа диапазон - 0,1 мен 10 МГц;
- UZVCh - жоғары жиілік - 10-нан 1000 МГц-ке дейін.
Бүгінгі таңда ультрадыбысты практикалық қолдану ең алдымен әртүрлі материалдар мен бұйымдардың ішкі құрылымын өлшеу, бақылау және зерттеу үшін төмен қарқынды толқындарды пайдалану болып табылады. Жоғары жиілікті әртүрлі заттарға белсенді әсер ету үшін қолданылады, бұл олардың қасиеттерін өзгертуге мүмкіндік бередіжәне құрылымы. Көптеген ауруларды ультрадыбыспен диагностикалау және емдеу (әртүрлі жиіліктерді қолдану) заманауи медицинаның жеке және белсенді дамып келе жатқан саласы болып табылады.
Бұл қайда қолданылады?
Соңғы онжылдықтарда ультрадыбыспен тек ғылыми теоретиктерді ғана емес, сонымен бірге оны адам қызметінің әртүрлі түрлеріне көбірек енгізіп жатқан практиктерді де қызықтырады. Бүгінгі таңда ультрадыбыстық қондырғылар мыналар үшін пайдаланылады:
| Заттар мен материалдар туралы ақпарат алу | Оқиғалар | КГц жиілігі | ||
| бастап | – | |||
| Заттардың құрамы мен қасиеттерін зерттеу | қатты денелер | 10 | 106 | |
| сұйықтар | 103 | 105 | ||
| газдар | 10 | 103 | ||
| Басқару өлшемдері мен деңгейлері | 10 | 103 | ||
| Сонар | 1 | 100 | ||
| Дефектоскопия | 100 | 105 | ||
| Медициналық диагностика | 103 | 105 | ||
|
Әсерлер заттарға |
Дәнекерлеу және қаптау | 10 | 100 | |
| Дәнекерлеу | 10 | 100 | ||
| Пластикалық деформация | 10 | 100 | ||
| Өңдеу | 10 | 100 | ||
| Эмульгация | 10 | 104 | ||
| Кристалдану | 10 | 100 | ||
| Спрей | 10-100 | 103-104 | ||
| Аэрозоль коагуляциясы | 1 | 100 | ||
| Дисперсия | 10 | 100 | ||
| Тазалау | 10 | 100 | ||
| Химиялық процестер | 10 | 100 | ||
| Жануға әсері | 1 | 100 | ||
| Операция | 10-100 | 103 - 104 | ||
| Терапия | 103 | 104 | ||
| Сигналдарды өңдеу және басқару | Акустоэлектрондық түрлендіргіштер | 103 | 107 | |
| Сүзгілер | 10 | 105 | ||
| Кідірту жолдары | 103 | 107 | ||
| Акусто-оптикалық құрылғылар | 100 | 105 | ||
Қазіргі әлемде ультрадыбыстық келесі салаларда маңызды технологиялық құрал болып табылады:
- металлургиялық;
- химиялық;
- ауылшаруашылық;
- тоқыма;
- тағам;
- фармакологиялық;
- станок және аспап жасау;
- мұнай-химия, мұнай өңдеу және т.б.
Сонымен қатар ультрадыбысты медицинада жиі қолдануда. Бұл туралы келесі бөлімде айтатын боламыз.
Медициналық қолдану
Қазіргі практикалық медицинада әртүрлі жиіліктегі ультрадыбысты қолданудың үш негізгі бағыты бар:
1. Диагностикалық.
2. Емдік.
3. Хирургиялық.
Осы үш аймақтың әрқайсысын толығырақ қарастырайық.
Диагностика
Медициналық диагностиканың заманауи және ақпараттық әдістерінің бірі – УДЗ. Оның сөзсіз артықшылықтары: адам тіндеріне минималды әсер ету және жоғары ақпарат мазмұны.
Жоғарыда айтылғандай, ультрадыбыстық дыбыс толқындары,біртекті ортада түзу сызықпен және тұрақты жылдамдықпен таралады. Егер олардың жолда акустикалық тығыздығы әртүрлі учаскелер болса, онда тербелістердің бір бөлігі шағылысады, ал екінші бөлігі өзінің түзу сызықты қозғалысын жалғастыра отырып, сынады. Осылайша, шекаралық ортаның тығыздығының айырмашылығы неғұрлым көп болса, соғұрлым ультрадыбыстық тербелістер көрсетіледі. Ультрадыбыстық зерттеудің заманауи әдістерін локализациялық және мөлдірлік деп бөлуге болады.
Ультрадыбыстық орын
Мұндай зерттеу процесінде әртүрлі акустикалық тығыздығы бар ортаның шекарасынан шағылысқан импульстар жазылады. Жылжымалы сенсордың көмегімен зерттелетін нысанның өлшемін, орнын және пішінін орнатуға болады.
Мөлдір
Бұл әдіс адам ағзасының әртүрлі ұлпалары ультрадыбысты әртүрлі түрде қабылдайтындығына негізделген. Кез келген ішкі органды зерттеу кезінде оған белгілі бір қарқындылықтағы толқын жіберіледі, содан кейін жіберілген сигнал кері жағынан арнайы сенсор арқылы жазылады. Сканерленген нысанның суреті «кіріс» және «шығыс» кезіндегі сигнал қарқындылығының өзгеруі негізінде шығарылады. Алынған ақпарат компьютерде эхограмма (қисық) немесе сонограмма – екі өлшемді кескін түрінде өңделеді және түрлендіріледі.
Доплер әдісі
Бұл импульстік және үздіксіз ультрадыбысты қолданатын ең белсенді дамып келе жатқан диагностикалық әдіс. Доплерография акушерлік, кардиология және онкологияда кеңінен қолданылады, өйткені ол мүмкіндік бередікапиллярлар мен ұсақ қан тамырларындағы ең кішкентай өзгерістерді де бақылаңыз.
Диагностиканы қолдану өрістері
Бүгінгі таңда ультрадыбыстық бейнелеу және өлшеу әдістері медицина салаларында кеңінен қолданылады, мысалы:
- акушерлік;
- офтальмология;
- кардиология;
- жаңа туылған нәрестелер мен нәрестелердің неврологиясы;
- ішкі ағзаларды тексеру:
- бүйрек УДЗ;
- бауыр;
- өт қабы және түтіктер;
- әйелдердің ұрпақты болу жүйесі;
сыртқы және беткей ағзалардың диагностикасы (қалқанша және сүт бездері)
Тапияда қолдану
Ультрадыбыстың негізгі емдік әсері оның адам ұлпаларына ену, оларды жылыту және жылыту, жеке аймақтарға микромассаж жасау қабілетіне байланысты. Ультрадыбысты ауырсыну ошағына тікелей және жанама әсер ету үшін қолдануға болады. Сонымен қатар, белгілі бір жағдайларда бұл толқындар бактерицидтік, қабынуға қарсы, анальгетикалық және спазмолитикалық әсерге ие. Емдік мақсатта қолданылатын ультрадыбыстық жоғары және төмен қарқынды тербелістерге шартты түрде бөлінеді.
Бұл физиологиялық реакцияларды немесе шамалы, зақымдамайтын қыздыруды ынталандыру үшін кеңінен қолданылатын төмен қарқынды толқындар. Ультрадыбыстық емдеу келесі ауруларда оң нәтиже көрсетті:
- артрит;
- артрит;
- миалгия;
- спондилит;
- невралгия;
- варикозды және трофикалық жаралар;
- Анкилозды спондилит;
- облитерациялайтын эндартерит.
Меньер ауруын, эмфиземаны, он екі елі ішектің және асқазанның ойық жарасын, астма, отосклерозды емдеу үшін ультрадыбысты қолданатын зерттеулер жүргізілуде.
Ультрадыбыстық хирургия
Ультрадыбыстық толқындарды қолданатын заманауи хирургия екі салаға бөлінеді:
- 106 - 107 Гц жиіліктері бар арнайы бақыланатын жоғары қарқынды ультрадыбыстық толқындары бар тін аймақтарын таңдамалы түрде бұзады;
- 20-дан 75 кГц-ке дейінгі ультрадыбыстық тербелістері бар хирургиялық құралды пайдалану.
Селективті ультрадыбыстық хирургияның мысалы - бүйректегі УДЗ көмегімен тастарды ұсақтау. Мұндай инвазивті емес операция процесінде ультрадыбыстық толқын тері арқылы, яғни адам денесінен тыс тасқа әсер етеді.
Өкінішке орай, бұл хирургиялық әдісте бірқатар шектеулер бар. Келесі жағдайларда ультрадыбыстық ұсақтауды қолданбаңыз:
- жүкті әйелдер кез келген уақытта;
- тастардың диаметрі екі сантиметрден асса;
- кез келген жұқпалы аурулар үшін;
- қанның қалыпты ұюын бұзатын аурулар болған кезде;
- сүйектің ауыр зақымдануы кезінде.
Бүйрек тастарын УДЗ арқылы алу операциясыз жүргізілетініне қарамастантіліктер, бұл өте ауыр және жалпы немесе жергілікті анестезиямен орындалады.
Хирургиялық ультрадыбыстық құралдар сүйек пен жұмсақ тіндерді ауыртпалықсыз кесу үшін ғана емес, сонымен қатар қан жоғалтуды азайту үшін де қолданылады.
Назарымызды стоматологияға аударайық. Ультрадыбыстық тіс тастарын ауыртпалықсыз жояды, ал дәрігердің барлық басқа манипуляцияларына төтеп беру оңайырақ. Сонымен қатар, жарақат және ортопедиялық тәжірибеде УДЗ сынған сүйектердің тұтастығын қалпына келтіру үшін қолданылады. Мұндай операциялар кезінде сүйек сынықтары арасындағы кеңістік сүйек жаңқаларынан және арнайы сұйық пластиктен тұратын арнайы қосылыспен толтырылады, содан кейін ол ультрадыбыстық әсерге ұшырайды, соның арқасында барлық компоненттер тығыз байланысты. Ультрадыбысты қолданған кезде хирургиялық араласулардан өткендер әртүрлі пікірлер қалдырады - оң және теріс. Дегенмен, қанағаттанған пациенттер әлі де көп екенін атап өткен жөн!
