Міністерство  освіти і науки, молоді та спорту України

      Львівський  національний університет імені  Івана Франка

      Факультет електроніки 

      Кафедра електроніки 
 
 
 
 

      Курсова робота

      на  тему: 

      „Ультразвукова  діагностика” 
 
 

      Виконав:

      студент грути ФЕМ-32

      Павлишин  Павло

      Науковий  керівник:

      доц. Матвіїшин І.М 
 
 

      Львів-2011

      ЗМІСТ

ВСТУП…………………………………………………………………………….…3

1. Основні властивості  ультразвукових хвиль…………………………………….5

2. Способи генерації  ультразвуку……………………………………………….....6

3. Вплив УЗ  на організм людини……………………………………………….…11

4. Фізіологічна  дія УЗ………………………………………………………….…..14

5.  Поглинання  УЗ біологічними тканинами……………………………………..15

6. Перші УЗ діагностичні пристрої……………………………………………….16

7. УЗ терапія………………………………………………………………………..19

8. УЗ хірургія…………………………………………………………………….…22

9. УЗ діагностика…………………………………………………………….……..25

10. Кольорова  УЗ діагностика ……………………………………………….…...27

 

ВИСНОВКИ…………………………………………………………………...….29 

СПИСОК  ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ……………………………………30 
 

 

       ВСТУП

      В епоху Галілея і Ньютона важко  було уявити, що в майбутньому звук знайде широке застосування в найрізноманітніших галузях нашого життя, що вчення про нього набуде широкого розвитку, а одне із відгалужень науки про звук — акустики — буде названо ультразвуковим методом. Його поява і подальше широке використання його тісно пов'язані з розвитком науково-технічного прогресу, з необхідністю застосування ефективних і прогресивних методів в акустиці. Ми звикли своє уявлення про застосування ультразвуку сприймати через призму його впливу на речовину та різноманітні процеси. Якщо розподілити галузь застосування УЗ на два розділи, то один з них буде відповідати застосуванню УЗ як засобу впливу па речовину, а другий — як методу аналізу речовини.

      Отже, фізико-хімічний вплив на середовище та його дослідження — ось два основних напрямки застосування ультразвуку в наш час.

      Перший  напрямок включає: знегажування рідких металів, оптичного скла і пластмас; зміну кристалічної структури металів  в розплавленому та твердому станах;очистку деталей машин і приладів в машинобудуванні й енергетиці; диспергування, коагуляцію та орієнтацію анізотропних елементів у сумішах і розчинах газів, рідин та твердих часток в хімічних та металургійних процесах;біологічне та лікувальне опромінювання мікроорганізмів і рослинних клітин і т. д.

      Другий  напрямок застосування УЗ — ультразвуковий контроль— поєднує в собі: контроль концентрації, густини, температури, тиску, рівня, швидкості потоку і витрати рідин та газів в хімічних, піро- і гідрометалургійних виробництвах; контроль та сигналізацію про хід фізико-хімічних процесів в полімерній промисловості, ядерних пристроях, техніці надвисоких тисків та при обробці сільськогосподарських продуктів; безруйнівну дефектоскопію продуктів, промислових виробів та безопераційну діагностику в медицині; підводний зв'язок і гідролокацію і т.п.

      Ці  напрямки застосування УЗ різняться, перш за все, потужністю хвилі, яка випромінюється в середовище, що досліджується, та тими ефектами, які вимикають при  цьому. Так, підвищення потужності випромінювача навіть до 0,05 Вт/см призводить до того, що, наприклад, в рідині виникає явище кавітації. Вона порушує фізичний і хімічний стан середовища. Крім того, спостерігаються інші акустичні явища, так звані ефекти другого порядку, які викликають в середовищі стійкі неозворотні зміни. При середніх та великих потужностях УЗ, крім основних (швидкості та поглинання УЗ), потрібно враховувати цілий ряд допоміжних величин: інтенсивність, амплітуду, тиск звуку і т. ін.. При дослідженні середовища за допомогою УЗ таких ефектів бажано уникати.

 

       1. Основні властивості  ультразвукових хвиль

      Механічні хвилі, частота яких перевищує 20 кГц, називаються ультразвуком (УЗ). Ультразвукові хвилі – повздовжні хвилі, які є періодичним чередуванням зон стиснення і розрідження частинок середовища (рис. 1).

      

      Рис. 1. Основні характеристики ультразвуку

      Основні характеристики ультразвуку: частота ν, циклічна частота ω  та, період Т (Т = 1/ ν ), швидкість υ, довжина хвилі λ (λ= υ/ν), амплітуда А, інтенсивність І (І=2π²•ρ•ν²•А²•υ, р — густина середовища), акустичний тиск Р (Р_max=2π•ρ•υ•ν•А)

      УЗ має ряд специфічних властивостей, які визначають його широке використання в різних сферах людської діяльності. Ці особливості зумовлені високою частотою і, відповідно, малою довжиною хвилі, що визначає променевий характер розповсюдження ультразвуку, а також можливістю досягнення великих значень інтенсивності.

      На  відміну від звичайних звуків, ультразвуки мають значно меншу довжину хвиль. Внаслідок цього вони дають ультразвукові тіні, що можна одержати у вигляді вузьких пучків, які, за аналогією із світловими, прийнято називати ультразвуковими пучками. Таким чином, можна вважати, що УЗ поширюється в однорідному середовищі прямолінійно, не огинає перешкод, розміри яких значно перевищують довжину хвилі.

      УЗ  хвилі, як і з інші види хвиль, мають  здатність заломлюватися, відбиватися,їм характерна дифракція та поглинання.

      При заломленні та падінні УЗ хвиль під кутом відбувається цікаве явище – утворення поздовжніх і поперечних хвиль одночасно.

      Найкраще  УЗ поглинається газами, тілами з малою пружністю (пластмаси), пористими тілами (гума, корок), гірше – рідинами, найгірше – твердими тілами. [2]

       2. Способи генерації  ультразвуку

      На  практиці ультразвук найчастіше одержують  за допомогою магнітострикційних і  п'єзоелектричних випромінювачів.

      Магнітострикційний  випромінювач використовується для отримання низькочастотних УЗ (до 200 кГц). Їх дія базується на явищі магнітострикції в змінному магнітному полі. Це  явище полягає в зміні об'єму і форми феромагнетика при його намагнічуванні. Якщо стрижень з феромагнетика (залізо, нікель, залізо-нікельовий сплав або ферити) помістити в магнітне поле соленоїда, то він, у відповідності з частотою зміни напряму поля, буде періодично змінювати свою довжину (скорочуватися або видовжуватися), тобто відбуватимуться магнітострикційні коливання. Кінці стрижня будуть випромінювати в середовище ультразвукові коливання. При співпаданні частоти коливань вектора індукції магнітного поля з власною частотою механічних коливань стрижня, амплітуда його коливань останнього досягає максимального значення (явище резонансу).

      П'єзоелектричні  випромінювачі використовуються для генерації УЗ з частотою більшою, ніж 200 кГц. Їх дія базується на явищі п'єзоелектричного ефекту. П'єзоефект спостерігається в кварці (SiO₂), титанаті барію (ВаТіО₃), сегнетовій солі, турмаліні та в інших речовинах, об'єднаних спільною назвою „п'єзоелектрики”. Суть прямого п'єзоефекту полягає в тому, що при механічних деформаціях деяких кристалів в певних напрямках на їх гранях з'являються електричні заряди протилежних знаків. Обернений п'єзоелектричний ефект полягає в зміні лінійних розмірів кристалу п'єзоелектрика під дією змінного електричного поля, тобто відбуваються вимушені механічні коливання п'єзоелектрика. В кристалах існують певні напрямки, які називаються п'єзоелектричною віссю. В напрямку вісі кристали найбільше стискаються і розтягуються, причому їх деформація досягає найбільшого значення у разі співпадання частоти коливання напруженості електричного поля з власною частотою механічних коливань п'єзоелектрика (явище резонансу).[4]

      В методах, які описані вище коливання розмірів робочого тіла випромінювача (кінці стержня або грані кристалу) викликають в пружньому середовищі, яке до них дотикається, повздовжню УЗ хвилю.

        

      Рис. 2. УЗ хвиля на межі двох середовищ.

      Ультразвукова хвиля при проходженні через  межу поділу двох середовищ частково відбивається і частково переходить у друге середовище (рис. 2).

      За  умови незначної відмінності  акустичного опору середовищ у зоні дії, відбивання УЗ на межі цих середовищ незначне. Якщо є велика різниця акустичного опору, то хвиля, яка падає повністю відбивається від межі середовищ. Так на межі повітря і біологічних тканин УЗ відбивається на 99,7%. Цим продиктована основна умова методики УЗ терапії — щільний контакт аплікатора з ділянкою тіла, на яку впливають. З цією метою використовують так звані контактні середовища (воду, вазелінову, рослинну олію, гліцерин, мазі), які наносять на зону дії. Оскільки акустичні властивості цих середовищ і біологічних тканин подібні між собою, відбивання УЗ хвиль є незначним (у межах від 0,1 До 1%).

      Відбивання  УЗ хвиль залежить і від кута їх падіння на зону дії. У разі збільшення коефіцієнт відбивання зростає. Чим більше кут падіння відхиляється від перпендикуляра, проведеного до поверхні середовища, тим більший коефіцієнт відбивання. Він може стати таким, за якого поширення УЗ повністю припиняється. Саме тому найкращою передумовою передачі енергії тканинам є накладання випромінювача до шкіри всією його поверхнею.

      Ці  явища характеризуються коефіцієнтами  відбивання К_в і пропускання К_пр. Вони показують, яку частину інтенсивності падаючого УЗ променя І_п становлять інтенсивності І_в і І_пр, відповідно відбитого променя і променя, що пройшов у друге середовище:

      

      Ці  коефіцієнти залежать від співвідношення акустичних опорів (Z=ρυ) двох середовищ, які межують між собою. Таким чином, на межі поділу двох середовищ відбувається перерозподіл механічної енергії УЗ в залежності від акустичної густини середовищ (рис. 3), що лежить в основі ультразвукових методів дослідження у клініці. Основний принцип роботи будь-якого УЗ діагностичного приладу полягає у реєстрації відповідними способами відбитих від неоднорідностей внутрішніх органів і тканин організму УЗ променів.[7]

      

      Рис. 3. Поширення УЗ на межі двох середовищ з різною акустичною густиною.

      

      Рис. 4. Датчик УЗ.

      Випромінювачі (датчики) УЗ відіграють дуже важливу роль в роботі ультразвукової медичної апаратури в цілому. Будова звичайного одноелементного датчика УЗ зображена на рис. 4.

      УЗ  хвилі, які випромінюються звичайним  датчиком, розповсюджуються на певній відстані  у вигляді вузького паралельного пучка променів (рис. 5). На відстані  УЗ-промені починають відхилятись на деякий кут Θ.

      

      Рис. 5. Відхилення УЗ пучка

      Відстань  залежить від радіуса датчика і довжини хвилі:

      

      Так, наприклад, при використанні звичайного датчика діаметром 12 мм і частотою УЗ 2,22 МГц промені залишаються паралельними на відстані 6 см.

      Для зменшення ступеня розходження  променів використовують також фокусовані датчики з ультразвуковими лінзами (рис. 6).

      

      Рис. 6. УЗ-лінза

      Використання  УЗ-лінз з різною кривизною поверхні дозволяє створювати фокусну зону на різних відстанях від датчиків.

      Один  і той самий датчик використовується для випромінювання УЗ і для прийняття  відбитих від об'єкту УЗ променів. Збудження  п'єзоелементів при цьому досягається  імпульсними електричними сигналами, які складаються з високочастотних посилок і пауз між ними. В режимі посилки сигналів датчик випромінює УЗ, а в режимі паузи реєструє відбиті промені.

      Важливою  характеристикою ультразвукових приладів є роздільна здатність, яка визначається границею роздільності. Границя роздільності – мінімальна відстань між двома відбиваючими структурами, від яких можна роздільно зареєструвати два відбитих сигнали. Роздільна здатність залежить від частоти ультразвукових коливань.

      Ультразвуковий  промінь, який генерується датчиком, має максимальну інтенсивність  в центрі пучка (рис. 7). В результаті цього роздільна здатність датчика  різна по центру пучка і по його периферії.