Биологиялық ұлпалардың дыбыспен әрекеттесуінің физикалық негізі. Медицинада ультрадыбыстық зерттеулерді қолдану

Қарағанды мемлекеттік медицина  университеті

 

       Медициналық  биофизика және информатика кафедрасы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СӨЖ

 

 

 

Тақырыбы: "Биологиялық  ұлпалардың   дыбыспен  әрекеттесуінің физикалық негізі. Медицинада ультрадыбыстық зерттеулерді қолдану"

 

 

 

 

 

 

 

                                                           

 

                                                                        Орындаған: 108 топ «Жалпы медицина»

 

               Ибраева Г.З.

 

                                                            Тексерген: 

 

                            

 

                                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қарағанды 2013 ж.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе.

 

Клиникалық диагностиканың қазіргі  заманғы жетістіктері зерттеу әдістерінің  жетілдірілуімен анықталады. Медициналық суреттерді алудың жаңа жолдары, соның ішінде ультрадыбыстық әдістің жасалуы және қолданысқа енгізілуі арқылы, бұл сұрақ айтарлықтай жетістікке жеткен. Бұған дейін дәстүрлі рентгенологиялық бақылауға мүмкін болмаған эхографияның өте қажетті қасиетті – паренхиматоздық мүшелердің ішкі құрылымын корсетуі. Ультрадыбыстық әдістің жоғарғы ақпараттылығы мен сенімділігі арқасында көптеген аурулар мен зақымданулардың диагностикасы сапалы жаңа деңгейге көтерілді. Қазіргі таңда, компьютерлік томография және басқа да заманауи әдістермен қоса, ультрадыбыстық диагностика түгел дерлік барлық жерде қолданылып, клиникалық медицинаның көптеген бөлімдерінде диагностикалық әдістердің жетекшісі болып табылады.  

 

Соңғы жылдары ультрадыбысты аппараттардың  кеңінен қолданылуынан, олар кез келген медициналық мекемеде қол жетімді болды. Ультрадыбыстық зерттеу техникасын және әдістемесін мүлтіксіз қолдана алатын мамандарға деген сұраныс заманы келмекші.

 

 

 

Ультрадыбыстық диагностиканың физикалық  негіздері.

 

Ультрадыбыс - адамның есту мүшесінің дыбысты қабылдау шегінен жоғары жатқан дыбыстық тербелістер. Ультрадыбыстық тербелістер алатын Пьезо әсерін 1881 жылы ағайынды П. Кюри және Ж.-П. Кюри. Алғаш қолданысты Бірінші Дүниежүзілік соғыс кезінде К.В. Шиловский мен           П. Ланжевен кемелер навигациясы үшін, нүктеге дейінгі қашықтықты және суасты кемелерін табу үшін сонар құрастырғанда тапты.  В 1929 жылы                С.Я.Соколов ультрадыбысты бұзылмас бақылау үшін металлургияда (дефектоскопия) қолданды. Бұл ірі кеңестік физик-акустик ультрадыбыстық интроскопияның бастаушысы және қазіргі таңда жиі қолданылатын және өз мәні бойынша дыбыстық көрудің заманауи әдістерінің авторы

 

Ультрадыбыстың медициналық диагностикада  қолдану талпыныстары 1937  бірқалыпты эхоэнцефалографтың пайда болуына алып келді.    Алайда тек елуінші жылдардың басында ғана ішкі ағзалардың және  ұлпалардың  ультрадыбысты суретін алды. Осы кезден бастап ультрадыбысты диагностика көптеген ішкі ағзалар ауруларының және зақымдануларының сәулелік диагностикасында қолданыла бастады.

 

 

 

Ультрадыбыс биофизикасы.

 

 

 

Ультрадыбыс физикасынан қарағанда  адам денесінің ұлпалары қасиеті  жағынан сұйық ортаға сай келеді, сондықтан оларға ультрадыбыстық толқынның  әсері - сұйықтыққа әсер ететін күш  ретінде сипатталады.

 

 Ортадағы қысым өзгерісі  түпнұсқаның жазықтықтағы тербелісіне  перпендикуляр бола алады. Бұл  жағдайда толқынды бойлық толқын  деп атайды. Ультрадыбыстық диагностикада  негізгі ақпаратты бойлық толқындар  тасиды. Қатты заттарда, мысалы, сүйекте  немесе металда, көлденең толқындар  пайда болады.

 

    Дыбыстық толқындар  табиғаты бойынша механикалық  болып есептеледі, себебі олардың  негізінде тепе-теңдік нүктесінен  серпімді ортаға жылжу жатыр. Серпімділігі арқасында дыбыстық  энергияның ұлпа арқылы өтуі  жүзеге асады. Серпімділік – бұл  заттың сығылу немесе созылудан  кейін өз қалпына келе алу  қасиеті. Ең алдымен ультрадыбыстың  таралу жылдамдығы ұлпаның серпімділігі  мен тығыздығына байланысты.Ұлпаның  тығыздығы көбейген сайын, ультрадыбыстық  толқындар соншалықты баяу жылжуы  қажет(бірдей серпімділікте). Бірақ  бұл физикалық параметрге сақтықпен  қарау қажет. Дыбыс жылдамдығы  биологиялық ағзаның әртүрлі  ортасынан өткенде әрқалай болады. Кестеде әртүрлі ортада ультрадыбыстың  таралу жылдамдығы көрсетілген.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кесте №1. Әртүрлі ортадағы дыбыс жылдамдығы.

 

 

 

 

 

Материал

 

 

 

Дыбыс жылдамдығы (м*с-1)

 

Жұмсақ ұлпалар (орташа)

 

1540

 

Бас миы

 

1541

 

Май

 

1450

 

Бауыр

 

1549

 

Бүйрек

 

1561

 

Бұлшық ет

 

1585

 

Бас сүйектер

 

4080

 

 

 

 

    Ультрадыбыстық  зерттеудің әртүрлі типтеріне  ультрадыбыстық толқынның әр  түрлері қолданылады. Ең негізгі  параметрлер сәулелену жиілігі, трандюссер бетінің диаметрі  және ультрадыбыстық түйіннің  шоғырлануы. Медициналық ультрадыбыстық  диагностика жүйесінде көбіне 1; 1,6; 2,25; 3,5; 5 және 10 МГц жиіліктері  қолданылады.

 

Аппараттарда шығатын және қабылданатын сигналдарды реттеу және эхосигнал суреттерін күшейту мүмкіншіліктері бар.

 

 

 

Ультрадыбыстық зерттеудің сәулелік қауіпсіздігі.

 

 

 

   Ультрадыбыс медицинада  кең ауқымда қолданылады. Алайда  сәулелену тәртібі бар төмен  жиілікті ультрадыбыс қолданылатын  техникалық ортаға қарағанада, медицинада  барлығы бұдан күрделірек болып  табылады. С одной стороны, отсутствует  возможность провести прямую  дозиметрию излучения в рабочем  пучке, особенно на глубине; с  другой же, - очень трудно учесть  рассеяние, поглощение и ослабление  ультразвука биологическими тканями. Кроме того, при работе с аппаратами  реального масштаба времени практически  невозможно учесть и экспозицию, так как длительность озвучивания, а так же его направление  и глубина варьируют в широких  пределах.

 

    Биологиялық ортада  ультрадыбыстың таралуы механикалық, термиялық және физико-химиялық  әсерлермен сүйемелденеді. Ультрадыбыстың  ұлпалармен жұтылуы нәтижесінде  акустикалық энергия жылулыққа  айналады. Ультрадыбыстық толқындар  өтетін орындарда жарылуға әкелетін  механикалық әрекеттің бір түрі  – кавитация.

 

    Бұл құбылыстардың  барлығы жоғары қарқынды ультрадыбыстар  биологиялық ұлпаларға әсер еткенде  болады, және белгілі жағдайларда  олар қажет, мысалы, физиотерапевтикалық  практикада. Диагностика кезінде  аз қарқынды ультрадыбысты қолданғанда  бұл әсерлер болмайды - 50 мВт*⁄см2  аз емес. Сындарлы түрде ультрадыбысты  медициналық диагностика аспаптары  емделушіні дыбыстық энергияның  болуы мүмкін зиян әсерлерінен  қорғайды. Алайда соңғы кездерде  ультрадыбысты зерттеудің емделушіге  кері ықпалы туралы жұмыстар  шығып жатыр. Көбіне бұл акушерліктегі  ультрадыбыстық зерттеуге тиесілі. Ультрадыбыс хромосомаға кері  әсер тигізіп, көбіне мутацияға  әкелуі мүмкін екендігі дәлелденді. Кейбір елдерде, мысалы Жапонияда  жүкті әйелге бұл зерттеу тек  негізделген қажеттілік кезінде  ғана жасалынады. Ұзақ уақыт бойы  ультрадыбыс ықпалында отырған  дәрінереге тигізер әсері күмәнсіз. Уақыт өте келе теткішті устайтын  дәрігердің қол білезігі зақымданады  деген хабар бар.

 

 

 

Ультрадыбыстық әдіс.

 

 

 

 Ультрадыбыстық әдіс  — мүшелер мен ұлпалардың жағдайын, пішінін,үлкендігін, құрылымын, және  қозғалысын, сонымен қоса патологиялық  ошақтарды ультрадыбыстық сәулеленумен  анықтау.

 

Ол биологиялық  ортадағы тығыздықтың тіпті мардымсыз  өзгерістерін тіркей алады. Жоғарыда айтылған қасиеттеріне байланысты ультрадыбыстық зерттеу клиникалық медицинада ең танымал және қолайлы әдіске айналды. Кейбір бөлімдерде: акушерлік, педиатрияда ол негізгі, тіпті диагностикалық визуализацияның жалғыз әдісіне айналды.

 

Ультрадыбыстық  зерттеу аппараты күрделі, сонымен  қоса стационарға және тасымалдауға қолайлы.  Аппарат датчигі негізі пьезокерамикалық кристалл болатын ультрадыбыстық түрлендіргіштен тұрады. Аспаптың электронды бөлігінен келетін қысқа электрлік импульстар онда ультрадыбыстық тербелістерді — кері пьезоэлектрлік эффектті коздырады. Диагностика үшін қолданылатын тербелістер ұзын емес толқын ұзындығымен сипатталатын жіңішке түйін түзіп, зерттелетін дене бөлігіне бағытталған. Шағылысқан толқындар («эхо») тура сол пьезоэлементпен қабылданады және тура пьезоэлектрлік эффект электр сигналына түрленеді. Соңғылары жоғары жиілікті күшейткішке түседі, аспаптың электронды бөлімінде өңделіп, тұтынушыға бірөлшемді( қисық түрінде) немесе екіөлшемді(сурет түрінде) беріледі. Алғашқысын эхограмма, ал екіншісін — сонограмма (синонимдер: ультрасонограмма, ультрадыбысты сканограмма) дейді.

 

Осылайша ультрадыбыстық түрлендіргіш келесі міндеттерді атқарады: 1)электрлік сигналдарды ультрадыбыстық тербелістерге түрлендіреді;                 2) шағылысқан эхосигналдарды қабылдап, оларды электрлікке айналдырады; 3)қажетті формадағы ультрадыбыстық толқындардың түйіндерін түзеді;                  4)ультрадыбыстық толқындар түйіндерінің  (жүйе қатарында) зерттелген аумақта қозғалуын қамтамасыз етеді.

 

Ультрадыбыстық датчиктер өздерінше күрделі құрылымды көрсетеді. Оларды қолданыстағы  баяу және тез — нақты уақытта — сканирлеу бөледі. Баяу сканерлеу датчиктері, ереже бойынша, бірэлементті, тез — механикалық немесе электронды. Механикалық датчиктеркөп жағдайда2-3 бөлшектен, кейде бір бөлшектен тұрады. Сонда экрандағы сурет сектор түрінде болады (секторлық датчиктер). Электрондық сканерлеу үшін қолданылатын датчиктер әртүрлі ұзындықты және түрлі сызықтар ретіндегі көпбөлшектер түрінде жасалынған. Алынатын суретке байланысты датчиктер: секторлы, сызықты және кон-вексті (дөңес).

 

Ультрадыбыстық  толқын жиілігін зерттеу мақсатына  байланысты алады.. Терең орналасқан құрылымдарға төмен жиіліктер, беттіктерге – жоғарырақ қолданылады. Мысалы, жүректі зерттеу үшін 2,2—5,0 МГц жиілікті толқындар, көз эхографиясына – 10-15 МГц алынады. Заманауи құрылғыларда сонограмманы стандартты бағдарламалармен  компьютерлік анализден өткізеді.  Ақппарат зерттелген аудан суреті ретінде немесе, бірөлшемдік зерттеуде, қисықтар және сандар қатары ретінде беріледі.

 

Доплер әсеріне  негізделгеннен басқа (төменде қараңыз) барлық ультрадыбыстық қондырғылар  импульстік эхолокация тәртібімен жұмыс  істейді:  қысқы импульс шығып, қысқа хабар қабылданады. Зерттеу мәселесіне байланысты әртүрлі датчиктер қолданылады. Олардың біреуі дене бетін сканерлеуге арналған. Басқа датчиктер эндоскопиялық зондпен байланысып, ішекіқуыстық, соның ішінде эндоскопия тәсілімен зерттеуге арналған. Осыларды, сонымен қоса операциялық үстелде  ультрадыбыстық локацияға жасалынған  датчиктерді стерильдеуге болады.. Биопсиялық, немесе пункциялық  датчиктер инені дәлдеп әкелу үшін қолданылады.

 

 

 

Ультрадыбыстық датчиктер.

 

 

 

Жұмыс істеу принципі бойынша барлық ультрадыбыстық датчиктер еік топқа бөлінеді: эхоимпульстік және доплеровтік. Бірінші топтағы құрылғылар анатомиялық құрылымын көруге және өлшеуге қолданылады. Доплеровтік датчиктер тез өтетін процестердің – жүрек жиырылуы, түтіктердегі қан айналымы – кинематикалық сипаттамаларын алуға қоладнылады. Алайда бұл шартты бөліну. Көп құрылғылар анатомиялық та, функционалды параметрлерді зерттеуге мүмкіндік береді.

 

Бас миын, көз, қалқанша, сілекей және сүт бездерін, жүрек, бүйрек,  Для исследования головного мозга, глаза, щитовидной, слюнных и моло аптадан асқан жүкті әйелдерді  қарау үшін арнайы дайындықты талап етпейді. Құрсақ қуысын, әсіресе ұйқы безін зерттегенде ішекті, ішінде газ қалмайтындай, әбден тазалау керек. Науқас ультрадыбыстық бөлме аш қарынмен келуі қажет. Жамбас мүшелерін зерттеу суға толы қуыққа жүргізіледі.

 

Науқасты дене мен датчиктің әртүрлі қалпында тексереді. Дәрігер қалыпты позициялармен  шектелмейді, керісінше датчиктің  қалпын өзгертіп мүше  жағдайы туралы толық ақппарат алуға тырысады. Датчикпен  байланыс жақсы болу үшін зерттелетін  аумақ терісіне жақсылап арнайы акустикалық гель жағады.

 

Ортада ультрадыбыстың әлсіреуі импеданспен — ультрадыбыстық кедергімен анықталады. Оның үлкендігі орта тығыздығына және ондағы ультрадыбыстық толқынның таралу жылдамдығына байланысты. Әртүрлі импедансты екі орта шекараларына жетіп, бұл толқындар түйіні өзгеріске ұшырайды: оның жартысы жаңа ортада жайыла береді, ал қалғаны қайтарылады.Қайтарылу коэффициенті жанасқан орталар импедансының айырмашылығына байланысты, яғни шекаралас ұлпалардың біркелкі емес акустикалық деңгейінен: импеданс айырмашылығы жоғары болса, сонша көп толқын қайтарылады. Одан басқа, қайтарылу деңгейі шекаралас кеңістіктің толқын түсу бұрышына байланысты: ең жоғары қайтарылу тік бұрышты түсуде байқалады. Ультрадыбыстық зерттеу кезінде ультрадыбыстық толқындарының кейбір шекаралас орталарда толығымен қайтарылуна байланысты «соқыр» аудандармен кездесуге тура келеді. Бұл ауаға толы өкпелер, ішек (егер ішінде газ болса), сүйектен кейін орналасқан ұлпа учаскелері. Бұлшықет ұлпалары мен сүйек шекараларында толқын 40 % дейін қайтарылады, ал жұмсақ ұлпалар мен газ шекараларында 100 % дейін,себебі газ ультрадыбыстық толқындарды өткізбейді. Керек жағдайда ультрадыбыстық зерттеуді контрасттық заттар қоладыну арқылы жүргізеді. Оладың қатарына көбіне галактозада ерітілген газдың микрокөпіршіктерін қолданады.

 

Клиникалық практикада ультрадыбыстық диагностиканың ең көп таралғандары үшеуі: бірөлшемді зерттеу (эхография), екіөлшемді зерттеу (сонография, сканерлеу) және допплерография. Олардың барлығы объекттен қайтарылған эхосигналды тіркеуге негізделген.