Свойства ультразвука используемые в медицине

Первичным механизмом ультразвуковой терапии является механическое и тепловое действие на ткань.

1. Высокая частота соответствуетбольшой интенсивности ультразвука:

, пропорционально ();

, тогда пропорционально .

Свойства большой интенсивности используются для разрушения биомакромолекул, клеток и микроорганизмов, применяется в урологии для разрушения камней и др.

2. Соотношение длины волны и линейных размеров препятствия определяет поведение ультразвука.

если то .

а) Если соизмерим с , то наблюдается явление дифракции.

Дифракция – это огибание волной препятствия.

б) Если , то наблюдается ультразвуковая тень, а также отражение и поглощение ультразвуковой волны (УЗ – эхолокация).

в) Поглощение. При переходе из одной среды в другую интенсивность ультразвука изменяется по формуле: ;

где волновое сопротивление.

Волновое сопротивление биологических сред в 3000 раз больше воздуха. Поэтому, если УЗ-излучатель приложить к телу человека, то ультразвук не проникает и будет отражаться. Чтобы исключить воздушный слой, поверхность УЗ-излучателей покрывают слоем масла.

Эти свойства используются в ультразвуковой диагностике, применяя диапазон частот от 1 до 20 МГц и , которая не вызывает никаких патологических изменений в биологических тканях.

3. Явление кавитации – это сжатие и разряжение частиц среды, приводящие к образованию разрывов сплошной среды (при ). При кавитации выделяется энергия, происходит нагревание веществ, а также ионизация и диссоциация молекул.

Обычно для терапевтических целей применяют ультразвук

, .

Проходя через биоткань интенсивность ультразвука уменьшается по закону:

d –толщина биоткани; – монохроматический коэффициент поглощения (для разных длин волн – разный).

Эффект воздействия ультразвука на клетку:

микромассаж на клеточном и субклеточном уровне;

изменение проницаемости мембран клетки (перестройка и повреждение);

улучшение обменных процессов (рассасываются инфильтраты);

разрушение клеток и микроорганизмов;

тепловое действие.

Эффект воздействия ультразвука на вещество:

перемешивание слоев жидкости и газообразной среды, обусловленное явлением кавитации, приводит к выделению тепла;

прохождение ультразвука через вещество может сопровождаться люминесценцией (свечение вещества);

фонофорез – введение лекарственных веществ под воздействием ультразвука вследствие изменения проницаемости мембран.

Способность ультразвука дробить тела, помещенные в жидкость, и создавать эмульсии используется в фармацевтической промышленности при изготовлении лекарств. При лечении бронхиальной астмы, катаракты верхних дыхательных путей применяются аэрозоли различных лекарственных веществ, полученных с помощью ультразвука.

11. Уравнение неразрывности струи

Так как жидкость несжимаема (плотность всюду одинаковая), то через любое сечение трубы в единицу времени протекают одинаковые объемы жидкости.

,

где – объем, – площадь поперечного сечения трубы,

– линейная скорость течения жидкости.

.

Уравнение Бернулли

Основано на теореме: изменение полной энергии системы равно работе внешних сил, если не учитывать силы трения внутри системы.

,

где – статическое давление,

– гидростатическое давление,

– гидродинамическое давление.

уравнению Бернулли давление в потоке жидкости выше там, где скорость меньше и наоборот.

12. Вязкость (внутренние трение) жидкости – свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой.

Основной закон вязкой жидкости был установлен И. Ньютоном (1687 г.) – формула Ньютона

– сила внутреннего трения;

– динамический коэффициент вязкости;

– градиент скорости, показывающий на сколько изменилась скорость при изменении на единицу расстояния в направления ОХ при переходе от слоя к слою (скорость сдвига);

– площадь соприкасающихся слоев.

_{крови в норме} = 0,004 – 0,005 Па ^. с.

Наряду с динамическим коэффициентом вязкости рассматривают кинематический коэффициент вязкости ( – плотность жидкости).

Жидкости делятся по вязким свойствам на два вида: ньютоновские и неньютоновские.

Ньютоновской называется жидкость, коэффициент вязкости которой зависит только от природы и температуры. Для ньютоновских жидкостей ~ . Для них справедлива формула Ньютона, в которой коэффициент вязкости является постоянным параметром, не зависящим от условий течения жидкости.

Неньютоновской называется жидкость, коэффициент вязкости которой зависит не только от природы вещества и температуры, но и от условий течения жидкости, в частности, от градиента скорости. Коэффициент вязкости в этом случае не является константой. При этом вязкость жидкости характеризуется условным коэффициентом вязкости, который зависит от определенных условий течения жидкости (например, давления, скорости). Зависимость силы вязкости от градиента скорости становится нелинейной.

Кровь – неньютоновская жидкость. В наибольшей степени это связано с тем, что она обладает внутренней структурой, представляя собой суспензию форменных элементов в растворе – плазме. Плазма – практически ньютоновская жидкость. Поскольку 93% форменных элементов составляют эритроциты, то при упрощенном рассмотрении – кровь – это суспензия эритроцитов в физиологическом растворе. Таким образом, внутренняя структура крови, а следовательно её вязкость, оказывается неодинаковой вдоль кровеносного русла в зависимости от условий течения.

13. Режимы течения крови разделяют на ламинарное и турбулентное

Ламинарное – это упорядоченное течение жидкости, при котором она перемещается слоями, параллельными направлению течения. При ламинарном течении скорость в сечении трубы изменяется по параболическому закону:

,

где – радиус трубы, – расстояние от оси, – максимальная скорость.

С увеличением скорости движения ламинарное течение переходит в турбулентное, при котором происходит интенсивное перемешивание между слоями жидкости, в потоке возникают хаотические движения по сложным траекториям. Для турбулентного течения характерно нерегулярное, беспорядочное изменение скорости со временем в каждой точке потока.

Режим течения жидкости характеризуется числом Рейнольдса:

где – средняя скорость жидкости по поперечному сечению;

– диаметр трубы; – плотность жидкости.

Если значение меньше критического, то имеет место ламинарное течение жидкости, если больше – течение становится турбулентным.

(для крови), (для воды).

Турбулентное течение связано с дополнительной затратой энергии, поэтому в кровеносной системе это может привести к дополнительной нагрузке на сердце. Шум, возникающий при турбулентном течении крови, может быть использован для диагностики заболеваний.

Дата добавления: 2015-10-23