Përkundër faktit se studimi i valëve ultrasonike filloi më shumë se njëqind vjet më parë, vetëm gjysmë shekulli i fundit ato janë përdorur gjerësisht në fusha të ndryshme të veprimtarisë njerëzore. Kjo është për shkak të zhvillimit aktiv të të dy seksioneve kuantike dhe jolineare të akustikës, dhe elektronikës kuantike dhe fizikës së gjendjes së ngurtë. Sot, ultratingulli nuk është vetëm një përcaktim i rajonit me frekuencë të lartë të valëve akustike, por një drejtim i tërë shkencor në fizikën dhe biologjinë moderne, i cili lidhet me teknologjitë industriale, të informacionit dhe matjes, si dhe me metodat diagnostike, kirurgjikale dhe terapeutike të mjekësia moderne.
Çfarë është kjo?
Të gjitha valët e zërit mund të ndahen në ato që janë të dëgjueshme për njerëzit - këto janë frekuenca nga 16 deri në 18 mijë Hz, dhe ato që janë jashtë gamës së perceptimit njerëzor - infra të kuqe dhe ultratinguj. Infratingulli kuptohet si valë të ngjashme me zërin, por me frekuenca më të ulëta se ato të perceptuara nga veshi i njeriut. Kufiri i sipërm i rajonit infrasonik është 16 Hz dhe kufiri i poshtëm është 0,001 Hz.
Ultratinguj- këto janë gjithashtu valë zanore, por vetëm frekuenca e tyre është më e lartë nga sa mund të perceptojë aparati i dëgjimit njerëzor. Si rregull, ato nënkuptojnë frekuenca nga 20 në 106 kHz. Kufiri i sipërm i tyre varet nga mjedisi në të cilin këto valë përhapen. Pra, në një mjedis të gaztë, kufiri është 106 kHz, dhe në trupat e ngurtë dhe të lëngët arrin 1010 kHz. Ka komponentë tejzanor në zhurmën e shiut, erës ose ujëvarave, shkarkimet e vetëtimave dhe shushurimën e guralecave të rrokullisur nga vala e detit. Falë aftësisë për të perceptuar dhe analizuar valët ultrasonike, balenat dhe delfinët, lakuriqët e natës dhe insektet e natës orientohen në hapësirë.
Pak histori
Studimet e para të ultrazërit (SHBA) u kryen në fillim të shekullit të 19-të nga shkencëtari francez F. Savart, i cili kërkoi të zbulonte kufirin e sipërm të frekuencës së dëgjueshmërisë së aparatit të dëgjimit njerëzor. Në të ardhmen, shkencëtarë të tillë të njohur si gjermani V. Vin, anglezi F. G alton, rus P. Lebedev dhe një grup studentësh u angazhuan në studimin e valëve ultrasonike.
Në vitin 1916, fizikani francez P. Langevin, në bashkëpunim me shkencëtarin emigrant rus Konstantin Shilovsky, ishte në gjendje të përdorte kuarcin për të marrë dhe emetuar ultratinguj për matjet detare dhe për të zbuluar objekte nënujore, gjë që i lejoi studiuesit të krijonin të parën sonar, i përbërë nga transmetuesi dhe marrësi i ultrazërit.
Në vitin 1925, amerikani W. Pierce krijoi një pajisje, të quajtur sot interferometri Pierce, i cili mat shpejtësitë dhe thithjen me saktësi të madhe.ultratinguj në media të lëngshme dhe të gazta. Në vitin 1928, shkencëtari sovjetik S. Sokolov ishte i pari që përdori valët ultrasonike për të zbuluar defekte të ndryshme në trupat e ngurtë, duke përfshirë ato metalike.
Në vitet 50-60 të pasluftës, bazuar në zhvillimet teorike të një ekipi shkencëtarësh sovjetikë të kryesuar nga L. D. Rozenberg, ultratingulli filloi të përdoret gjerësisht në fusha të ndryshme industriale dhe teknologjike. Në të njëjtën kohë, falë punës së shkencëtarëve britanikë dhe amerikanë, si dhe kërkimit të studiuesve sovjetikë si R. V. Khokhlova, V. A. Krasilnikov dhe shumë të tjerë, një disiplinë e tillë shkencore si akustika jolineare po zhvillohet me shpejtësi.
Rreth në të njëjtën kohë, u bënë përpjekjet e para amerikane për të përdorur ultratinguj në mjekësi.
Shkencëtari sovjetik Sokolov në fund të viteve dyzet të shekullit të kaluar zhvilloi një përshkrim teorik të një instrumenti të krijuar për të vizualizuar objekte të errëta - një mikroskop "tejzanor". Bazuar në këto punime, në mesin e viteve 70, ekspertët nga Universiteti Stanford krijuan një prototip të një mikroskopi akustik skanues.
Karakteristikat
Duke pasur një natyrë të përbashkët, valët e diapazonit të dëgjueshëm, si dhe valët ultrasonike, u binden ligjeve fizike. Por ekografia ka një sërë veçorish që e lejojnë atë të përdoret gjerësisht në fusha të ndryshme të shkencës, mjekësisë dhe teknologjisë:
1. Gjatesia valore e vogel. Për diapazonin më të ulët tejzanor, ai nuk i kalon disa centimetra, duke shkaktuar natyrën e rrezeve të përhapjes së sinjalit. Në të njëjtën kohë, valafokusuar dhe përhapur nga trarët linearë.
2. Periudha e parëndësishme e lëkundjeve, për shkak të së cilës ultratingulli mund të emetohet në pulse.
3. Në mjedise të ndryshme, dridhjet tejzanor me gjatësi vale jo më shumë se 10 mm kanë veti të ngjashme me rrezet e dritës, gjë që bën të mundur fokusimin e dridhjeve, formimin e rrezatimit të drejtuar, domethënë jo vetëm dërgimin e energjisë në drejtimin e duhur, por edhe përqendrimin e saj në vëllimi i kërkuar.
4. Me një amplitudë të vogël, është e mundur të merren vlera të larta të energjisë së dridhjeve, e cila bën të mundur krijimin e fushave dhe rrezeve ultrasonike me energji të lartë pa përdorimin e pajisjeve të mëdha.
5. Nën ndikimin e ultrazërit në mjedis, ka shumë efekte specifike fizike, biologjike, kimike dhe mjekësore, si:
- dispersion;
- kavitacion;
- degasifikimi;
- ngrohje lokale;
- dezinfektim dhe më shumë. të tjerët
Shikime
Të gjitha frekuencat tejzanor ndahen në tre lloje:
- ULF - i ulët, me një gamë prej 20 deri në 100 kHz;
- MF - intervali mesatar - nga 0,1 në 10 MHz;
- UZVCh - me frekuencë të lartë - nga 10 në 1000 MHz.
Sot, përdorimi praktik i ultrazërit është kryesisht përdorimi i valëve me intensitet të ulët për matjen, kontrollin dhe studimin e strukturës së brendshme të materialeve dhe produkteve të ndryshme. Frekuenca e lartë përdoret për të ndikuar aktivisht në substanca të ndryshme, gjë që ju lejon të ndryshoni vetitë e tyredhe struktura. Diagnoza dhe trajtimi i shumë sëmundjeve me ultratinguj (duke përdorur frekuenca të ndryshme) është një fushë më vete dhe në zhvillim aktiv të mjekësisë moderne.
Ku zbatohet?
Në dekadat e fundit, jo vetëm teoricienët shkencorë janë të interesuar për ultratinguj, por edhe praktikuesit që po e prezantojnë atë gjithnjë e më shumë në lloje të ndryshme të veprimtarisë njerëzore. Sot njësitë tejzanor përdoren për:
| Marrja e informacionit rreth substancave dhe materialeve | Ngjarjet | Frekuenca në kHz | ||
| nga | deri | |||
| Kërkim mbi përbërjen dhe vetitë e substancave | trupa të ngurtë | 10 | 106 | |
| lëngje | 103 | 105 | ||
| gaze | 10 | 103 | ||
| Kontrolloni madhësitë dhe nivelet | 10 | 103 | ||
| Sonar | 1 | 100 | ||
| Defektoskopi | 100 | 105 | ||
| Diagnostifikim mjekësor | 103 | 105 | ||
|
Ndikimet në substanca |
Saldim dhe veshje | 10 | 100 | |
| Saldim | 10 | 100 | ||
| Deformim plastik | 10 | 100 | ||
| Machining | 10 | 100 | ||
| Emulsifikimi | 10 | 104 | ||
| Kristalizim | 10 | 100 | ||
| Spray | 10-100 | 103-104 | ||
| Koagulimi me aerosol | 1 | 100 | ||
| Dispersion | 10 | 100 | ||
| Pastrim | 10 | 100 | ||
| Proceset kimike | 10 | 100 | ||
| Ndikimi në djegie | 1 | 100 | ||
| Kirurgji | 10 deri në 100 | 103 deri në 104 | ||
| Terapia | 103 | 104 | ||
| Përpunimi dhe menaxhimi i sinjalit | transformues akustoelektronik | 103 | 107 | |
| Filtra | 10 | 105 | ||
| Linjat e vonesës | 103 | 107 | ||
| Pajisjet akusto-optike | 100 | 105 | ||
Në botën e sotme, ultratingulli është një mjet i rëndësishëm teknologjik në industri të tilla si:
- metalurgjik;
- kimike;
- bujqësor;
- tekstile;
- ushqim;
- farmakologjik;
- makineri dhe prodhim instrumentesh;
- petrokimike, rafinim dhe të tjera.
Përveç kësaj, ultratingulli po përdoret gjithnjë e më shumë në mjekësi. Kjo është ajo për të cilën do të flasim në pjesën tjetër.
Përdorim mjekësor
Në mjekësinë moderne praktike, ekzistojnë tre fusha kryesore të përdorimit të ultrazërit të frekuencave të ndryshme:
1. Diagnostikuese.
2. Terapeutike.
3. Kirurgjike.
Le të hedhim një vështrim më të afërt në secilën nga këto tre fusha.
Diagnoza
Një nga metodat më moderne dhe informative të diagnostikimit mjekësor është ekografia. Përparësitë e tij të padyshimta janë: ndikimi minimal në indet e njeriut dhe përmbajtja e lartë e informacionit.
Siç është përmendur tashmë, ultratingulli është valë zanore,duke u përhapur në një mjedis homogjen në vijë të drejtë dhe me shpejtësi konstante. Nëse në rrugën e tyre ka zona me densitet të ndryshme akustike, atëherë një pjesë e lëkundjeve reflektohet, dhe pjesa tjetër thyhet, duke vazhduar lëvizjen e saj drejtvizore. Kështu, sa më i madh të jetë ndryshimi në densitetin e mediave kufitare, aq më shumë dridhje tejzanor reflektohen. Metodat moderne të ekzaminimit me ultratinguj mund të ndahen në vendndodhje dhe të tejdukshme.
Vendndodhja tejzanor
Në procesin e një studimi të tillë, regjistrohen pulset e pasqyruara nga kufijtë e mediave me densitet të ndryshme akustike. Me ndihmën e një sensori të lëvizshëm, mund të vendosni madhësinë, vendndodhjen dhe formën e objektit në studim.
Translucent
Kjo metodë bazohet në faktin se indet e ndryshme të trupit të njeriut thithin ultratinguj në mënyra të ndryshme. Gjatë studimit të çdo organi të brendshëm, një valë me një intensitet të caktuar drejtohet në të, pas së cilës sinjali i transmetuar regjistrohet nga ana e pasme me një sensor të veçantë. Fotografia e objektit të skanuar riprodhohet bazuar në ndryshimin e intensitetit të sinjalit në "hyrje" dhe "dalje". Informacioni i marrë përpunohet dhe konvertohet nga një kompjuter në formën e një ekogrami (kurbë) ose një sonogram - një imazh dydimensional.
Metoda Doppler
Kjo është metoda diagnostike në zhvillim më aktive, e cila përdor ultratinguj pulsues dhe të vazhdueshëm. Dopplerografia përdoret gjerësisht në obstetrikë, kardiologji dhe onkologji, ashtu siç e lejongjurmoni edhe ndryshimet më të vogla në kapilarët dhe enët e vogla të gjakut.
Fushat e aplikimit të diagnostikimit
Sot, metodat e imazhit dhe matjes me ultratinguj përdoren më gjerësisht në fusha mjekësore si:
- obstetrikë;
- oftalmologji;
- kardiologji;
- neurologjia e të porsalindurve dhe foshnjave;
- ekzaminimi i organeve të brendshme:
- ultratinguj i veshkave;
- mëlçi;
- fshikëza e tëmthit dhe kanalet;
- sistemi riprodhues i femrës;
diagnoza e organeve të jashtme dhe sipërfaqësore (gjendrat tiroide dhe të qumështit)
Përdor në terapi
Efekti kryesor terapeutik i ultrazërit është për shkak të aftësisë së tij për të depërtuar në indet e njeriut, për t'i ngrohur dhe ngrohur ato dhe për të kryer mikromasazh të zonave individuale. Ultratingulli mund të përdoret si për efekte direkte ashtu edhe për indirekte në fokusin e dhimbjes. Përveç kësaj, në kushte të caktuara, këto valë kanë një efekt baktericid, anti-inflamator, analgjezik dhe antispazmatik. Ekografia e përdorur për qëllime terapeutike ndahet me kusht në vibrime me intensitet të lartë dhe të ulët.
Janë valët me intensitet të ulët ato që përdoren më gjerësisht për të stimuluar përgjigjet fiziologjike ose ngrohje të lehtë dhe jo të dëmshme. Trajtimi me ultratinguj ka treguar rezultate pozitive në sëmundje të tilla si:
- artrit;
- artrit;
- mialgji;
- spondylitis;
- neuralgji;
- ulçera varikoze dhe trofike;
- Spondiliti ankilozant;
- endarteriti fshirës.
Janë duke u zhvilluar studime që përdorin ultratinguj për të trajtuar sëmundjen e Meniere, emfizemë, ulcerat duodenale dhe gastrike, astmën, otosklerozën.
Kirurgji me ultratinguj
Kirurgjia moderne duke përdorur valët ultratinguj ndahet në dy fusha:
- duke shkatërruar në mënyrë selektive zonat e indeve me valë ultrasonike të kontrolluara speciale me intensitet të lartë me frekuenca nga 106 deri në 107 Hz;6
- duke përdorur një instrument kirurgjik me dridhje ultrasonike të mbivendosura nga 20 në 75 kHz.
Një shembull i kirurgjisë selektive me ultratinguj është shtypja e gurëve me anë të ultrazërit në veshka. Në procesin e një operacioni të tillë joinvaziv, një valë ultrasonike vepron mbi gurin përmes lëkurës, domethënë jashtë trupit të njeriut.
Fatkeqësisht, kjo metodë kirurgjikale ka një sërë kufizimesh. Mos përdorni dërrmues tejzanor në rastet e mëposhtme:
- gratë shtatzëna në çdo kohë;
- nëse diametri i gurëve është më shumë se dy centimetra;
- për çdo sëmundje infektive;
- në prani të sëmundjeve që prishin koagulimin normal të gjakut;
- në rast të lezioneve të rënda kockore.
Pavarësisht se heqja e gurëve në veshka me ultratinguj kryhet pa operuarprerje, është mjaft e dhimbshme dhe kryhet nën anestezi të përgjithshme ose lokale.
Instrumentet ultrasonike kirurgjikale përdoren jo vetëm për diseksionin më pak të dhimbshëm të kockave dhe indeve të buta, por edhe për të reduktuar humbjen e gjakut.
Le ta kthejmë vëmendjen drejt stomatologjisë. Ultratingulli heq gurët në dhëmbë me më pak dhimbje, dhe të gjitha manipulimet e tjera të mjekut janë shumë më të lehta për t'u duruar. Përveç kësaj, në praktikën traumatike dhe ortopedike, ultratingulli përdoret për të rivendosur integritetin e kockave të thyera. Gjatë operacioneve të tilla, hapësira midis fragmenteve të kockave mbushet me një përbërje të veçantë të përbërë nga patate të skuqura kockash dhe një plastikë të veçantë të lëngshme, dhe më pas ekspozohet ndaj ultrazërit, për shkak të të cilit të gjithë përbërësit janë të lidhur fort. Ata që i janë nënshtruar ndërhyrjeve kirurgjikale gjatë të cilave është përdorur ultratingulli lënë vlerësime të ndryshme - pozitive dhe negative. Megjithatë, duhet theksuar se ka ende pacientë më të kënaqur!
