Malgrat que l'estudi de les ones ultrasòniques va començar fa més de cent anys, només l'últim mig segle s'han utilitzat àmpliament en diversos camps de l'activitat humana. Això es deu al desenvolupament actiu tant de les seccions quàntiques com no lineals de l'acústica, i de l'electrònica quàntica i la física de l'estat sòlid. Avui en dia, l'ecografia no és només una designació de la regió d' alta freqüència de les ones acústiques, sinó tota una direcció científica en la física i la biologia modernes, que s'associa amb les tecnologies industrials, de la informació i de mesura, així com amb mètodes diagnòstics, quirúrgics i terapèutics de medicina moderna.
Què és això?
Totes les ones sonores es poden dividir en aquelles que són audibles per als humans: són freqüències de 16 a 18 mil Hz, i aquelles que estan fora del rang de percepció humana: infrarojos i ultrasò. Els infrasons s'entén com ones semblants al so, però amb freqüències inferiors a les percebudes per l'oïda humana. El límit superior de la regió infrasònica és de 16 Hz i el límit inferior és de 0,001 Hz.
Ecografia- també són ones sonores, però només la seva freqüència és superior a la que l'audiòfon humà pot percebre. Per regla general, signifiquen freqüències de 20 a 106 kHz. El seu límit superior depèn del medi en què es propaguen aquestes ones. Així, en un medi gasós, el límit és de 106 kHz, i en sòlids i líquids arriba als 1010 kHz. Hi ha components ultrasònics en el soroll de la pluja, el vent o les cascades, les descàrregues de llamps i el soroll dels còdols enrotllats per l'onada del mar. És gràcies a la capacitat de percebre i analitzar les ones ultrasòniques que balenes i dofins, ratpenats i insectes nocturns s'orienten a l'espai.
Una mica d'història
Els primers estudis d'ecografia (EUA) van ser realitzats a principis del segle XIX pel científic francès F. Savart, que va intentar esbrinar el límit de freqüència superior d'audibilitat de l'audiòfon humà. En el futur, científics tan coneguts com l'alemany V. Vin, l'anglès F. G alton, el rus P. Lebedev i un grup d'estudiants es van dedicar a l'estudi de les ones ultrasòniques.
L'any 1916, el físic francès P. Langevin, en col·laboració amb el científic emigrat rus Konstantin Shilovsky, va poder utilitzar el quars per rebre i emetre ultrasons per a mesuraments marins i detectar objectes submarins, cosa que va permetre als investigadors crear el primer sonar, format per un transmissor i un receptor d'ultrasons.
L'any 1925, el nord-americà W. Pierce va crear un dispositiu, avui anomenat interferòmetre de Pierce, que mesura velocitats i absorció amb gran precisió.ultrasons en medis líquids i gasosos. El 1928, el científic soviètic S. Sokolov va ser el primer a utilitzar ones ultrasòniques per detectar diversos defectes en sòlids, inclosos els metàl·lics.
A la postguerra dels anys 50-60, basant-se en els desenvolupaments teòrics d'un equip de científics soviètics encapçalat per L. D. Rozenberg, els ultrasons van començar a ser àmpliament utilitzats en diversos camps industrials i tecnològics. Al mateix temps, gràcies al treball de científics britànics i nord-americans, així com a la recerca d'investigadors soviètics com R. V. Khokhlova, V. A. Krasilnikov i molts altres, una disciplina científica com l'acústica no lineal s'està desenvolupant ràpidament.
Al voltant de la mateixa època, es van fer els primers intents nord-americans d'utilitzar l'ecografia en medicina.
El científic soviètic Sokolov a finals dels anys quaranta del segle passat va desenvolupar una descripció teòrica d'un instrument dissenyat per visualitzar objectes opacs: un microscopi "ultrasònic". A partir d'aquests treballs, a mitjans dels anys 70, experts de la Universitat de Stanford van crear un prototip de microscopi acústic d'escaneig.
Característiques
Tenint una naturalesa comuna, les ones del rang audible, així com les ones ultrasòniques, obeeixen lleis físiques. Però l'ecografia té una sèrie de característiques que permeten que s'utilitzi àmpliament en diversos camps de la ciència, la medicina i la tecnologia:
1. Petita longitud d'ona. Per al rang d'ultrasons més baix, no supera uns quants centímetres, provocant la naturalesa del raig de la propagació del senyal. Al mateix temps, l'onadaenfocat i propagat per feixos lineals.
2. Període d'oscil·lació insignificant, a causa del qual es poden emetre ultrasons a polsos.
3. En diversos entorns, les vibracions ultrasòniques amb una longitud d'ona no superior a 10 mm tenen propietats similars als raigs de llum, cosa que permet enfocar vibracions, formar radiació dirigida, és a dir, no només enviar energia en la direcció correcta, sinó també concentrar-la en el volum necessari.
4. Amb una amplitud petita, és possible obtenir alts valors d'energia de vibració, cosa que permet crear camps i feixos ultrasònics d' alta energia sense l'ús de grans equips.
5. Sota la influència dels ultrasons sobre el medi ambient, hi ha molts efectes físics, biològics, químics i mèdics específics, com ara:
- dispersió;
- cavitació;
- desgasificació;
- calefacció local;
- desinfecció i més. altres
Vistes
Totes les freqüències d'ultrasons es divideixen en tres tipus:
- ULF: baix, amb un rang de 20 a 100 kHz;
- MF - rang mitjà - de 0,1 a 10 MHz;
- UZVCh - alta freqüència - de 10 a 1000 MHz.
Avui, l'ús pràctic dels ultrasons és principalment l'ús d'ones de baixa intensitat per mesurar, controlar i estudiar l'estructura interna de diversos materials i productes. L' alta freqüència s'utilitza per influir activament en diverses substàncies, cosa que permet canviar-ne les propietatsi estructura. El diagnòstic i el tractament de moltes mal alties amb ultrasons (utilitzant diferents freqüències) és una àrea separada i en desenvolupament actiu de la medicina moderna.
On s'aplica?
En les últimes dècades, no només els teòrics científics s'interessen per l'ecografia, sinó també els professionals que l'estan introduint cada cop més en diferents tipus d'activitat humana. Avui les unitats d'ultrasons s'utilitzen per a:
| Obtenció d'informació sobre substàncies i materials | Esdeveniments | Freqüència en kHz | ||
| desde | a | |||
| Recerca sobre la composició i les propietats de les substàncies | cossos sòlids | 10 | 106 | |
| líquids | 103 | 105 | ||
| gasos | 10 | 103 | ||
| Controlar mides i nivells | 10 | 103 | ||
| Sonar | 1 | 100 | ||
| Defectoscòpia | 100 | 105 | ||
| Diagnòstic mèdic | 103 | 105 | ||
|
Impactes en substàncies |
Soldat i revestiment | 10 | 100 | |
| Soldadura | 10 | 100 | ||
| Deformació plàstica | 10 | 100 | ||
| Mecanitzat | 10 | 100 | ||
| Emulsificació | 10 | 104 | ||
| Cristalització | 10 | 100 | ||
| Spray | 10-100 | 103-104 | ||
| Coagulació d'aerosols | 1 | 100 | ||
| Dispersió | 10 | 100 | ||
| Neteja | 10 | 100 | ||
| Processos químics | 10 | 100 | ||
| Influència en la combustió | 1 | 100 | ||
| Cirurgia | 10 a 100 | 103 a 104 | ||
| Teràpia | 103 | 104 | ||
| Processament i gestió del senyal | Transductors acustoelectrònics | 103 | 107 | |
| Filtres | 10 | 105 | ||
| Línies de retard | 103 | 107 | ||
| Dispositius acústics | 100 | 105 | ||
Al món actual, l'ecografia és una eina tecnològica important en indústries com ara:
- metal·lúrgica;
- químic;
- agrícola;
- tèxtil;
- menjar;
- farmacològic;
- fabricació de màquines i instruments;
- petroquímica, refinació i altres.
A més, l'ecografia s'utilitza cada cop més en medicina. D'això parlarem a la següent secció.
Ús mèdic
A la medicina pràctica moderna, hi ha tres àrees principals d'ús de l'ecografia de diverses freqüències:
1. Diagnòstic.
2. Terapèutic.
3. Quirúrgic.
Fem una ullada més de prop a cadascuna d'aquestes tres àrees.
Diagnòstic
Un dels mètodes més moderns i informatius de diagnòstic mèdic és l'ecografia. Els seus indubtables avantatges són: impacte mínim en els teixits humans i alt contingut d'informació.
Com ja s'ha dit, els ultrasons són ones sonores,propagant-se en un medi homogeni en línia recta i a velocitat constant. Si hi ha zones amb diferents densitats acústiques en el seu camí, una part de les oscil·lacions es reflecteix, i l' altra part es refracta, mentre continua el seu moviment rectilini. Així, com més gran sigui la diferència en la densitat del medi de límit, més es reflecteixen les vibracions ultrasòniques. Els mètodes moderns d'examen ecogràfic es poden dividir en localitzats i translúcids.
Ubicació d'ultrasò
En el procés d'aquest estudi, es registren polsos reflectits des dels límits de mitjans amb diferents densitats acústiques. Amb l'ajuda d'un sensor mòbil, podeu definir la mida, la ubicació i la forma de l'objecte en estudi.
Translúcid
Aquest mètode es basa en el fet que diferents teixits del cos humà absorbeixen els ultrasons de manera diferent. Durant l'estudi de qualsevol òrgan intern, s'hi dirigeix una ona amb una certa intensitat, després del qual el senyal transmès es registra des del revers amb un sensor especial. La imatge de l'objecte escanejat es reprodueix en funció del canvi en la intensitat del senyal a l'"entrada" i "sortida". La informació rebuda és processada i convertida per un ordinador en forma d'ecograma (corba) o sonograma: una imatge bidimensional.
Mètode Doppler
Aquest és el mètode de diagnòstic més actiu, que utilitza ultrasò polsat i continu. La dopplerografia és molt utilitzada en obstetrícia, cardiologia i oncologia, ja que ho permetFeu un seguiment fins i tot dels canvis més petits en els capil·lars i els petits vasos sanguinis.
Camps d'aplicació de diagnòstics
Avui, els mètodes d'imatge i mesurament d'ultrasons s'utilitzen més en camps mèdics com ara:
- obstetrícia;
- oftalmologia;
- cardiologia;
- neurologia de nounats i nadons;
- examen d'òrgans interns:
- ecografia renal;
- fetge;
- vesícula biliar i conductes;
- aparell reproductor femení;
diagnòstic d'òrgans externs i superficials (glàndules tiroides i mamàries)
Ús en teràpia
El principal efecte terapèutic de l'ecografia es deu a la seva capacitat de penetrar en els teixits humans, escalfar-los i escalfar-los i realitzar micromassatges de zones individuals. L'ecografia es pot utilitzar tant per a efectes directes com indirectes sobre el focus del dolor. A més, en determinades condicions, aquestes ones tenen un efecte bactericida, antiinflamatori, analgèsic i antiespasmòdic. Els ultrasons utilitzats amb finalitats terapèutiques es divideixen condicionalment en vibracions d' alta i baixa intensitat.
Són les ones de baixa intensitat que s'utilitzen més per estimular respostes fisiològiques o un escalfament lleu i no perjudicial. El tractament amb ultrasons ha mostrat resultats positius en mal alties com ara:
- artritis;
- artritis;
- miàlgia;
- espondilitis;
- neuràlgia;
- úlceres varicoses i tròfiques;
- Espondilitis anquilosant;
- endarteritis obliterant.
S'estan duent a terme estudis que utilitzen l'ecografia per tractar la mal altia de Meniere, l'emfisema, les úlceres duodenals i gàstriques, l'asma, l'otosclerosi.
Cirurgia d'ultrasò
La cirurgia moderna amb ones d'ultrasò es divideix en dues àrees:
: destrueix selectivament àrees de teixit amb ones ultrasòniques d' alta intensitat controlades especials amb freqüències de 106 a 107 Hz;
: utilitzant un instrument quirúrgic amb vibracions ultrasòniques superposades de 20 a 75 kHz.
Un exemple de cirurgia d'ecografia selectiva és la trituració de pedres per ultrasons als ronyons. En el procés d'aquesta operació no invasiva, una ona ultrasònica actua sobre la pedra a través de la pell, és a dir, fora del cos humà.
Lamentablement, aquest mètode quirúrgic té diverses limitacions. No utilitzeu la trituració per ultrasons en els casos següents:
- dones embarassades en qualsevol moment;
- si el diàmetre de les pedres és de més de dos centímetres;
- per a qualsevol mal altia infecciosa;
- en presència de mal alties que alteren la coagulació normal de la sang;
- en cas de lesions òssies greus.
Malgrat que l'eliminació de càlculs renals per ecografia es realitza sense operarincisions, és força dolorosa i es realitza sota anestèsia general o local.
Els instruments d'ultrasons quirúrgics s'utilitzen no només per a la dissecció menys dolorosa d'os i teixits tous, sinó també per reduir la pèrdua de sang.
Dirigim la nostra atenció cap a l'odontologia. L'ecografia elimina les pedres dentals amb menys dolor, i totes les altres manipulacions del metge són molt més fàcils de suportar. A més, en la pràctica traumàtica i ortopèdica, l'ecografia s'utilitza per restaurar la integritat dels ossos trencats. Durant aquestes operacions, l'espai entre els fragments d'os s'omple amb un compost especial que consisteix en xips d'os i un plàstic líquid especial, i després s'exposa als ultrasons, de manera que tots els components estan fermament connectats. Aquells que s'han sotmès a intervencions quirúrgiques durant les quals es va utilitzar l'ecografia deixen diferents crítiques, tant positives com negatives. Tanmateix, cal tenir en compte que encara hi ha més pacients satisfets!
