Չնայած այն փաստին, որ ուլտրաձայնային ալիքների ուսումնասիրությունը սկսվել է ավելի քան հարյուր տարի առաջ, միայն վերջին կես դարում դրանք լայնորեն կիրառվում են մարդկային գործունեության տարբեր ոլորտներում: Դա պայմանավորված է ինչպես ակուստիկայի քվանտային և ոչ գծային բաժինների, այնպես էլ քվանտային էլեկտրոնիկայի և պինդ վիճակի ֆիզիկայի ակտիվ զարգացմամբ։ Այսօր ուլտրաձայնը ոչ միայն ակուստիկ ալիքների բարձր հաճախականության շրջանի նշանակում է, այլ ժամանակակից ֆիզիկայի և կենսաբանության մի ամբողջ գիտական ուղղություն, որը կապված է արդյունաբերական, տեղեկատվական և չափման տեխնոլոգիաների, ինչպես նաև ախտորոշիչ, վիրաբուժական և բուժական մեթոդների հետ։ ժամանակակից բժշկություն.
Ինչ է սա?
Բոլոր ձայնային ալիքները կարելի է բաժանել մարդկանց, որոնք լսելի են՝ դրանք 16-ից 18 հազար Հց հաճախականություններ են, և նրանց, որոնք դուրս են մարդու ընկալման շրջանակից՝ ինֆրակարմիր և ուլտրաձայնային: Ինֆրաձայնը հասկացվում է որպես ձայնին նման ալիքներ, բայց ավելի ցածր հաճախականություններով, քան մարդու ականջի կողմից ընկալվող հաճախականությունները: Ինֆրաձայնային շրջանի վերին սահմանը 16 Հց է, իսկ ստորին սահմանը՝ 0,001 Հց։
Ուլտրաձայնային- դրանք նույնպես ձայնային ալիքներ են, բայց միայն դրանց հաճախականությունն է ավելի բարձր, քան կարող է ընկալել մարդու լսողական սարքը: Որպես կանոն, դրանք նկատի ունեն 20-ից մինչև 106 կՀց հաճախականություններ: Նրանց վերին սահմանը կախված է այն միջավայրից, որտեղ այս ալիքները տարածվում են: Այսպիսով, գազային միջավայրում սահմանը 106 կՀց է, իսկ պինդ և հեղուկ վիճակում այն հասնում է 1010 կՀց-ի։ Անձրևի, քամու կամ ջրվեժի աղմուկի, կայծակի արտանետումների և ծովի ալիքից գլորված խճաքարերի խշշոցում կան ուլտրաձայնային բաղադրիչներ: Ուլտրաձայնային ալիքներն ընկալելու և վերլուծելու ունակության շնորհիվ է, որ կետերն ու դելֆինները, չղջիկները և գիշերային միջատները կողմնորոշվում են տիեզերքում։
Մի քիչ պատմություն
Ուլտրաձայնային առաջին հետազոտությունները (ԱՄՆ) իրականացվել են 19-րդ դարի սկզբին ֆրանսիացի գիտնական Ֆ. Սավարտի կողմից, ով փորձել է պարզել մարդու լսողական սարքի լսելիության վերին հաճախականության սահմանը։ Հետագայում ուլտրաձայնային ալիքների ուսումնասիրությամբ զբաղվել են այնպիսի հայտնի գիտնականներ, ինչպիսիք են գերմանացի Վ. Վինը, անգլիացի Ֆ. Գալթոնը, ռուս Պ. Լեբեդևը և մի խումբ ուսանողներ։
1916 թվականին ֆրանսիացի ֆիզիկոս Պ. Լանգևինը, համագործակցելով ռուս էմիգրանտ գիտնական Կոնստանտին Շիլովսկու հետ, կարողացավ օգտագործել քվարցը ծովային չափումների համար ուլտրաձայնային և արձակելու համար, ինչը թույլ տվեց հետազոտողներին ստեղծել առաջինը: Սոնար, որը բաղկացած է ուլտրաձայնի հաղորդիչից և ընդունիչից։
1925 թվականին ամերիկացի W. Pierce-ը ստեղծեց մի սարք, որն այսօր կոչվում է Pierce interferometer, որը մեծ ճշգրտությամբ չափում է արագությունները և կլանումը:ուլտրաձայնային հետազոտություն հեղուկ և գազային միջավայրում: 1928 թվականին խորհրդային գիտնական Ս. Սոկոլովն առաջինն էր, ով ուլտրաձայնային ալիքների միջոցով հայտնաբերեց պինդ մարմինների տարբեր թերություններ, այդ թվում՝ մետաղական:
Հետպատերազմյան 50-60-ական թվականներին, հիմնվելով խորհրդային գիտնականների թիմի տեսական զարգացումների վրա՝ Լ. Դ. Ռոզենբերգի գլխավորությամբ, ուլտրաձայնը սկսեց լայնորեն կիրառվել տարբեր արդյունաբերական և տեխնոլոգիական ոլորտներում: Միևնույն ժամանակ, բրիտանացի և ամերիկացի գիտնականների աշխատանքի շնորհիվ, ինչպես նաև խորհրդային հետազոտողների, ինչպիսիք են Ռ. Վ. Խոխլովան, Վ. Ա. Կրասիլնիկովը և շատ ուրիշներ, արագ զարգանում է այնպիսի գիտական դիսցիպլին, ինչպիսին է ոչ գծային ակուստիկան:
Մոտավորապես միևնույն ժամանակ կատարվեցին բժշկության մեջ ուլտրաձայնի օգտագործման առաջին ամերիկյան փորձերը:
Սովետական գիտնական Սոկոլովը անցյալ դարի քառասունականների վերջում մշակեց մի գործիքի տեսական նկարագրությունը, որը նախատեսված է անթափանց առարկաներ պատկերացնելու համար՝ «ուլտրաձայնային» մանրադիտակ: Այս աշխատանքների հիման վրա 70-ականների կեսերին Սթենֆորդի համալսարանի մասնագետները ստեղծեցին սկանավորող ակուստիկ մանրադիտակի նախատիպը։
Հատկություններ
Ունենալով ընդհանուր բնույթ՝ լսելի տիրույթի ալիքները, ինչպես նաև ուլտրաձայնային ալիքները ենթարկվում են ֆիզիկական օրենքներին։ Բայց ուլտրաձայնը ունի մի շարք առանձնահատկություններ, որոնք թույլ են տալիս այն լայնորեն կիրառել գիտության, բժշկության և տեխնիկայի տարբեր ոլորտներում.
1. Փոքր ալիքի երկարություն: Ամենացածր ուլտրաձայնային տիրույթի համար այն չի գերազանցում մի քանի սանտիմետրը, ինչը հանգեցնում է ազդանշանի տարածման ճառագայթային բնույթին: Միաժամանակ ալիքըկենտրոնացված և տարածված գծային ճառագայթներով։
2. Աննշան տատանումների շրջան, որի պատճառով ուլտրաձայնը կարող է արձակվել իմպուլսներում։
3. Տարբեր միջավայրերում 10 մմ-ից ոչ ավելի ալիքի երկարությամբ ուլտրաձայնային թրթռումները ունեն լույսի ճառագայթների նման հատկություններ, ինչը հնարավորություն է տալիս կենտրոնացնել թրթռումները, ձևավորել ուղղորդված ճառագայթում, այսինքն՝ ոչ միայն էներգիա ուղարկել ճիշտ ուղղությամբ, այլ նաև կենտրոնացնել այն: պահանջվող ծավալը։
4. Փոքր ամպլիտուդով հնարավոր է ձեռք բերել թրթռման էներգիայի բարձր արժեքներ, ինչը հնարավորություն է տալիս ստեղծել բարձր էներգիայի ուլտրաձայնային դաշտեր և ճառագայթներ առանց մեծ սարքավորումների օգտագործման։
5. Շրջակա միջավայրի վրա ուլտրաձայնի ազդեցության տակ կան բազմաթիվ հատուկ ֆիզիկական, կենսաբանական, քիմիական և բժշկական ազդեցություններ, ինչպիսիք են՝
- ցրվածություն;
- կավիտացիա;
- գազազերծում;
- տեղական ջեռուցում;
- ախտահանում և ավելին: ուրիշներ
Դիտումներ
Բոլոր ուլտրաձայնային հաճախականությունները բաժանված են երեք տեսակի՝
- ULF - ցածր, 20-ից 100 կՀց միջակայքով;
- MF - միջին տիրույթ - 0,1-ից մինչև 10 ՄՀց;
- UZVCh - բարձր հաճախականություն՝ 10-ից մինչև 1000 ՄՀց։
Այսօր ուլտրաձայնի գործնական օգտագործումը հիմնականում ցածր ինտենսիվության ալիքների օգտագործումն է՝ տարբեր նյութերի և արտադրանքի ներքին կառուցվածքը չափելու, վերահսկելու և ուսումնասիրելու համար: Բարձր հաճախականությունը օգտագործվում է տարբեր նյութերի վրա ակտիվորեն ազդելու համար, ինչը թույլ է տալիս փոխել դրանց հատկություններըև կառուցվածքը։ Բազմաթիվ հիվանդությունների ուլտրաձայնային ախտորոշումն ու բուժումը (տարբեր հաճախականությունների օգտագործմամբ) ժամանակակից բժշկության առանձին և ակտիվ զարգացող ոլորտ է։
Որտե՞ղ է այն կիրառվում:
Վերջին տասնամյակների ընթացքում ուլտրաձայնով հետաքրքրված են ոչ միայն գիտական տեսաբանները, այլև պրակտիկ մասնագետները, ովքեր ավելի ու ավելի են ներմուծում այն մարդկային գործունեության տարբեր տեսակների մեջ: Այսօր ուլտրաձայնային միավորներն օգտագործվում են՝
| Նյութերի և նյութերի մասին տեղեկությունների ստացում | Իրադարձություններ | Հաճախականությունը կՀց-ում | ||
| -ից | մինչև | |||
| Նյութերի բաղադրության և հատկությունների հետազոտություն | պինդ մարմիններ | 10 | 106 | |
| հեղուկներ | 103 | 105 | ||
| գազեր | 10 | 103 | ||
| Կառավարման չափերը և մակարդակները | 10 | 103 | ||
| Սոնար | 1 | 100 | ||
| Դեֆեկտոսկոպիա | 100 | 105 | ||
| Բժշկական ախտորոշում | 103 | 105 | ||
|
Ազդեցություններ նյութերի մասին |
Զոդում և ծածկում | 10 | 100 | |
| Եռակցում | 10 | 100 | ||
| Պլաստիկ դեֆորմացիա | 10 | 100 | ||
| Մեքենաներ | 10 | 100 | ||
| էմուլգացիա | 10 | 104 | ||
| բյուրեղացում | 10 | 100 | ||
| Սփրեյ | 10-100 | 103-104 | ||
| Աերոզոլային կոագուլյացիա | 1 | 100 | ||
| Dispersion | 10 | 100 | ||
| Մաքրում | 10 | 100 | ||
| Քիմիական գործընթացներ | 10 | 100 | ||
| Ազդեցությունը այրման վրա | 1 | 100 | ||
| Վիրաբուժություն | 10-ից մինչև 100 | 103-ից մինչև 104 | ||
| Թերապիա | 103 | 104 | ||
| Ազդանշանների մշակում և կառավարում | Ակուստոէլեկտրոնային փոխարկիչներ | 103 | 107 | |
| Զտիչներ | 10 | 105 | ||
| Հապաղման գծեր | 103 | 107 | ||
| Acousto-optic սարքեր | 100 | 105 | ||
Այսօրվա աշխարհում ուլտրաձայնը կարևոր տեխնոլոգիական գործիք է այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են՝
- մետալուրգիական;
- քիմիական;
- գյուղատնտեսական;
- տեքստիլ;
- սնունդ;
- դեղաբանական;
- մեքենա և գործիքաշինություն;
- նավթաքիմիական, վերամշակում և այլն:
Բացի այդ, ուլտրաձայնային հետազոտությունը գնալով ավելի է կիրառվում բժշկության մեջ։ Ահա թե ինչի մասին կխոսենք հաջորդ բաժնում։
Բժշկական օգտագործում
Ժամանակակից պրակտիկ բժշկության մեջ կան տարբեր հաճախականությունների ուլտրաձայնի կիրառման երեք հիմնական ուղղություն.
1. Ախտորոշիչ։
2. Թերապևտիկ.
3. Վիրաբուժական.
Եկեք ավելի մոտիկից նայենք այս երեք ոլորտներից յուրաքանչյուրին:
Ախտորոշում
Բժշկական ախտորոշման ամենաժամանակակից և տեղեկատվական մեթոդներից է ուլտրաձայնային հետազոտությունը։ Դրա անկասկած առավելություններն են՝ նվազագույն ազդեցություն մարդու հյուսվածքների վրա և տեղեկատվական բարձր պարունակություն։
Ինչպես արդեն նշվեց, ուլտրաձայնը ձայնային ալիքներ է,միատարր միջավայրում տարածվում է ուղիղ գծով և հաստատուն արագությամբ։ Եթե նրանց ճանապարհին կան տարբեր ակուստիկ խտությամբ տարածքներ, ապա տատանումների մի մասը արտացոլվում է, իսկ մյուս մասը բեկվում է՝ շարունակելով իր ուղղագիծ շարժումը։ Այսպիսով, որքան մեծ է սահմանային լրատվամիջոցների խտության տարբերությունը, այնքան ավելի շատ են արտացոլվում ուլտրաձայնային թրթռումները: Ուլտրաձայնային հետազոտության ժամանակակից մեթոդները կարելի է բաժանել տեղային և կիսաթափանցիկ։
Ուլտրաձայնային տեղորոշում
Նման ուսումնասիրության ընթացքում գրանցվում են տարբեր ակուստիկ խտություններ ունեցող միջավայրերի սահմաններից արտացոլված իմպուլսներ։ Շարժական սենսորի օգնությամբ դուք կարող եք սահմանել ուսումնասիրվող օբյեկտի չափը, գտնվելու վայրը և ձևը։
Թափանցիկ
Այս մեթոդը հիմնված է այն փաստի վրա, որ մարդու մարմնի տարբեր հյուսվածքները տարբեր կերպ են կլանում ուլտրաձայնը։ Ցանկացած ներքին օրգանի ուսումնասիրության ժամանակ դրա մեջ ուղղվում է որոշակի ինտենսիվությամբ ալիք, որից հետո փոխանցվող ազդանշանը գրանցվում է հակառակ կողմից հատուկ սենսորով։ Սկանավորված օբյեկտի նկարը վերարտադրվում է «մուտքի» և «ելքի» ազդանշանի ինտենսիվության փոփոխության հիման վրա: Ստացված տեղեկատվությունը մշակվում և փոխակերպվում է համակարգչի միջոցով՝ էխոգրամայի (կորի) կամ սոնոգրաֆիայի՝ երկչափ պատկերի տեսքով։
Դոպլերի մեթոդ
Սա ամենաակտիվ զարգացող ախտորոշիչ մեթոդն է, որն օգտագործում է ինչպես իմպուլսային, այնպես էլ շարունակական ուլտրաձայնային հետազոտություն։ Դոպլերոգրաֆիան լայնորեն կիրառվում է մանկաբարձության, սրտաբանության և ուռուցքաբանության մեջ, քանի որ դա թույլ է տալիսՀետևեք մազանոթների և փոքր արյան անոթների նույնիսկ ամենափոքր փոփոխություններին։
Ախտորոշման կիրառման ոլորտներ
Այսօր ուլտրաձայնային պատկերման և չափման մեթոդները առավել լայնորեն կիրառվում են բժշկական ոլորտներում, ինչպիսիք են՝
- մանկաբարձություն;
- ակնաբուժություն;
- սրտաբանություն;
- նյարդաբանություն նորածինների և նորածինների;
- ներքին օրգանների հետազոտություն.
- երիկամների ուլտրաձայնային հետազոտություն;
- լյարդ;
- լեղապարկ և խողովակներ;
- կանանց վերարտադրողական համակարգ;
արտաքին և մակերեսային օրգանների ախտորոշում (վահանաձև գեղձեր և կաթնագեղձեր)
Օգտագործել թերապիայի մեջ
Ուլտրաձայնի հիմնական թերապևտիկ ազդեցությունը պայմանավորված է մարդու հյուսվածքներ ներթափանցելու, դրանք տաքացնելու և տաքացնելու, առանձին հատվածների միկրոմերսում կատարելու ունակությամբ: Ուլտրաձայնը կարող է օգտագործվել ցավի կիզակետում ինչպես ուղղակի, այնպես էլ անուղղակի ազդեցության համար: Բացի այդ, որոշակի պայմաններում այդ ալիքներն ունեն մանրէասպան, հակաբորբոքային, անալգետիկ և հակասպազմոդիկ ազդեցություն։ Բուժական նպատակներով օգտագործվող ուլտրաձայնը պայմանականորեն բաժանվում է բարձր և ցածր ինտենսիվության թրթռումների։
Սա ցածր ինտենսիվության ալիքներն են, որոնք առավել լայնորեն օգտագործվում են ֆիզիոլոգիական արձագանքները կամ թեթև, չվնասող տաքացումը խթանելու համար: Ուլտրաձայնային բուժումը դրական արդյունքներ է ցույց տվել այնպիսի հիվանդությունների դեպքում, ինչպիսիք են՝
- արթրիտ;
- արթրիտ;
- միալգիա;
- սպոնդիլիտ;
- նեվրալգիա;
- վարիկոզ և տրոֆիկ խոց;
- Անկիլոզացնող սպոնդիլիտ;
- ոչնչացնող էնդարտերիտ.
Կատարվում են ուսումնասիրություններ, որոնք օգտագործում են ուլտրաձայնը Մենիերի հիվանդության, էմֆիզեմի, տասներկումատնյա աղիքի և ստամոքսի խոցերի, ասթմայի, օտոսկլերոզի բուժման համար։
Ուլտրաձայնային վիրաբուժություն
Ժամանակակից վիրաբուժությունը, օգտագործելով ուլտրաձայնային ալիքները, բաժանված է երկու ոլորտների.
- ընտրովի ոչնչացնում է հյուսվածքային տարածքները հատուկ վերահսկվող բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքներով՝ 106-ից մինչև 107 Հց;6-ից
- 20-ից 75 կՀց հաճախականությամբ ուլտրաձայնային թրթռումներով վիրաբուժական գործիքի օգտագործում:
Ընտրովի ուլտրաձայնային վիրաբուժության օրինակ է երիկամներում ուլտրաձայնային միջոցով քարերի մանրացումը: Նման ոչ ինվազիվ վիրահատության ընթացքում ուլտրաձայնային ալիքը գործում է քարի վրա մաշկի միջով, այսինքն՝ մարդու մարմնից դուրս։
Ցավոք, այս վիրաբուժական մեթոդն ունի մի շարք սահմանափակումներ։ Մի օգտագործեք ուլտրաձայնային ջախջախիչ հետևյալ դեպքերում՝
- հղի կանայք ցանկացած ժամանակ;
- եթե քարերի տրամագիծը երկու սանտիմետրից ավելի է;
- ցանկացած վարակիչ հիվանդության համար;
- արյան նորմալ մակարդումը խաթարող հիվանդությունների առկայության դեպքում;
- ոսկրային ծանր վնասվածքների դեպքում:
Չնայած այն հանգամանքին, որ երիկամների քարերի հեռացումն ուլտրաձայնային միջոցով կատարվում է առանց վիրահատության.կտրվածքներ, այն բավականին ցավոտ է և կատարվում է ընդհանուր կամ տեղային անզգայացմամբ։
Վիրաբուժական ուլտրաձայնային գործիքներն օգտագործվում են ոչ միայն ոսկրերի և փափուկ հյուսվածքների ավելի քիչ ցավոտ մասնահատման, այլև արյան կորուստը նվազեցնելու համար։
Եկեք մեր ուշադրությունն ուղղենք դեպի ատամնաբուժությունը։ Ուլտրաձայնային հետազոտությունը ավելի քիչ ցավոտ է հեռացնում ատամնաբուժական քարերը, իսկ մյուս բոլոր բժշկի մանիպուլյացիաները շատ ավելի հեշտ են տանել: Բացի այդ, վնասվածքաբանության և օրթոպեդիկ պրակտիկայում ուլտրաձայնային հետազոտությունն օգտագործվում է կոտրված ոսկորների ամբողջականությունը վերականգնելու համար: Նման գործողությունների ժամանակ ոսկրային բեկորների միջև ընկած տարածությունը լցվում է հատուկ միացությամբ, որը բաղկացած է ոսկրային չիպսերից և հատուկ հեղուկ պլաստիկից, այնուհետև ենթարկվում է ուլտրաձայնի, որի շնորհիվ բոլոր բաղադրիչները ամուր միացված են: Նրանք, ովքեր ենթարկվել են վիրաբուժական միջամտությունների, որոնց ընթացքում օգտագործվել է ուլտրաձայնային հետազոտություն, թողնում են տարբեր ակնարկներ՝ և՛ դրական, և՛ բացասական: Այնուամենայնիվ, պետք է նշել, որ դեռ ավելի գոհ հիվանդներ կան։
