Практичне заняття №4

механические свойства биологических тканей 

1. Опорно-двигательная и дыхательная системы человека

Биомеханикой называется комплекс биофизики, в котором рассматриваются механические свойства живых тканей и органов, а также механические явления, происходящие как с целым организмом, так и с его отдельными органами.

Рычагом называется твердое тело (как правило стержень), имеющего неподвижную ось вращения, в которой приложены силы, которые создают моменты относительно этой оси. Рассматривают три вида рычагов в зависимости от места приложения действующей силы

1.    Силы приложены с двух сторон от точки опоры.

2. Сила приложенная к концу рычага, сила ближе к точке опоры (рис. 2, а).

Пример - действие свода стопы при подъеме на полупальцы (рис. 2. б).

3. Сила приложена ближе к точке опоры, чем сила  (рис. 3. а). Пример - кости предплечья: точка опоры находится в локтевом суставе (рис. 3. б). Действующая сила – сила  мышц, сгибающих предплечье, величина нагрузки.

Математически можно представить в виде:

 

где F – сила, которую развивает мышца, r – растояние между точкой крепления мышцы к кости предплечья и локтевым суставом, Р – вес груза, R – расстояние от груза до локтевого сустава.

Важными характеристиками работы мышцы являются сила и скорость сокращения. А.Хиллом было показано, что между скоростью сокращения мышцы и мышечной силой существует гиперболическая зависимость:

 

здесь, - максимальная скорость сокращения мышцы ();   - сила, которую развивает мышца в изометрическом режиме сокращения (если не изменяется длина мышцы); а и b - константы.

Рис. 4. Зависимость относительной скорости сокращения мышцы

от относительной силы.

При сокращении в течение времени t мышца выполняет работу:

Найдя V из уравнения (2) и подставив в (3) получим:

Работа, которую выполняет организм при ходьбе, не меняется, если человек движется со скоростью около до 90 м / мин, а при повышении скорости она растет и уже при скорости 130 м / мин оказывается большей, чем при беге со скоростью 150 м / мин. Таким образом, замедленный бег энергетически выгоднее быструю ходьбу. 

Упругие свойства тел. Деформация биологических тканей.

При деформации происходит относительное смещение элементов тела (его молекул).

Деформация	Изменение формы	Изменение объема
растяжение	происходит	происходит
всестороннее сжатие	не происходит	происходит
смещение	происходит	не происходит
кручение	происходит	не происходит

 

Если l - первоначальная длина деформирующего тела, S - площадь поперечного сечения, Δl - изменение длины под действием внешней силы F,

ε=Δl/l - Относительное удлинение, Е - модуль упругости (модуль Юнга), то согласно законом Гука:

, где                             (5)

Если d - поперечный размер тела (диаметр, толщина),а Δd – изменение его поперечного размера, μ – коэффициент Пуассона, то

                                           (6)

Деформация сдвига характеризуется углом сдвига γ. Если F - сила, параллельная площади поверхности S, τ – касательные напряжения, G - модуль сдвига, то

                               (7)

Модуль сдвига G, модуль упругости E и коэффициент Пуассона μ связаны соотношением

                                                  (8)

 

 

Биофизика внешнего дыхания

Жизнедеятельность человека связана с потребления его организмом кислорода и выделением в окружающую среду углекислого газа. Под внешним дыханием понимается обмен газом между альвеолами легких и окружающей средой.

Во время дыхания используется упругие свойства воздуха.

По сигналу нервной системы о том, что организму не хватает кислорода, человек при вдыхании с помощью мышц грудной клетки поднимает ребра, а другими мышцами опускает диафрагму. Вследствие этого увеличивается объем, который могут занимать легкие (и остатки воздуха в них). Однако такое увеличение объема обусловливает существенное уменьшение давления воздуха в легких. Возникает разность давлений наружного воздуха и воздуха в легких, Поэтому наружный воздух начинает самостоятельно входить в легкие благодаря своей упругости. Человек лишь предоставляет ему возможность войти, изменяя объем легких.

С другой стороны, легочная ткань очень нежная, и она не выдержала бы многократных растяжений и довольно значительных нажатий грудных мышц. Поэтому она и не крепится к ним.

Кроме этого, расширение легких растяжением их поверхности (с помощью грудных мышц) повлекло бы неравномерное, неодинаковое их расширения в разных частях. Поэтому легкие покрыты особой пленкой - плеврой. ПЛЕВРЫ одной частью прикреплена к легкому, другой - к мышечной ткани грудной клетки. Она образует своеобразный мешок, стенки которого не пропускают воздух.

       Внутри плевральной полости имеется очень небольшое количество газа. Давление этого газа становится равным давлению воздуха в легких, когда стенки плевры находятся очень близко друг от друга. Вследствие вдыхания объем полости резко увеличивается, а давление резко падает. Легкое благодаря имеющимся в ней остаткам воздуха начинает сама расширяться равномерно во всех частях подобно резинового шарика под колпаком воздушного насоса. Итак, упругие свойства воздуха обеспечивают идеальную амортизацию для легочной ткани и благоприятные условия для ее растяжения и сжатия.

Легкие и грудная клетка эластичные, поэтому для увеличения их объема необходима мышечная энергия. Изменение объема грудной клетки вследствие вдыхания зависит от величины мышечного усилия. Действие мышц, обусловленное их сокращением, направлено на преодоление сил сопротивления. К ним относятся:

·           Сила, необходимая для преодоления сопротивления эластичных тканей грудной клетки и легких;

·             Сила, необходимая для преодоления трения в неэластичных тканях, возникающая вследствие смещения ребер при вдыхании она, а также диафрагмы, органов брюшной полости. Эта сила зависит от скорости дыхания, на начале и конце вдыхания она равна нулю;

·            Сила, необходимая для преодоления трения воздушной струи при вдыхании и трение, возникающее между стенками воздушных путей. Эта сила обусловлена ​​разницей атмосферного и альвеолярного давления. Давление, необходимое для преодоления этой силы зависит от скорости потока и сопротивления.

 

Бронхи имеют очень большие разветвления, что обусловливает возникновение «завихрений» в местах разветвлений. Поэтому воздушный поток по своим свойствам приближается к турбулентному. Вследствие этого силы, направленные на преодоление трения, пропорциональные квадрату скорости. При ламинарном движении воздуха эти силы пропорциональны скорости в первой степени.

Работа дыхательных мышц расходуется на изменение объема грудной клетки, легких и перемещения воздуха. Механическая работа дыхания равна произведению давления на объем воздуха, поступающего в легкие и удаляется из них.

Давление, которое возникает из-за эластичность грудной клетки и легких, можно рассчитать так

Р_ел = kV                                                     (9)

где Р_ел - давление, возникающее в легких, когда их объем отличается от среднего; k - множитель, который характеризуется эластичностью системы; V-разница между объемом в данный момент и средним объемом.

Давление в альвеолах определяется уравнением       

Р_ел = k₁V₁ + k₂V₁                                                   (10)

где  Р_ел – разность давлений воздуха в ротовой полости и альвеолах; k₁ - коэффициент вязкости воздуха; V₁ - изменение объема грудной клетки за единицу времени; k₂-коэффициент турбулентного сопротивления.

         Механическая работа дыхания в состоянии покоя примерно равна 0.5 в минуту. С увеличением минутного объема дыхания увеличивается работа, при оптимальной частоте и глубине дыхания минимальная работа обеспечивает нормальную вентиляцию легких. Для того чтобы образовались оксигемоглобин, кислород должен пройти через альвеолярную мембрану, межклеточную жидкость, эндотелий капилляра, плазму и мембраны эритроцитов. Этот переход осуществляется благодаря диффузии.

Диффузионная способность легких зависит от поверхности диффузии, то есть от количества открытых функционирующих капилляров, которые контактируют с альвеолами. У человека площадь поверхности, через которую осуществляется газообмен, составляет примерно 90 м² есть превышает площадь тела (2м²) более чем в 40 раз.

Между скоростью молекул и давлением газа существует такая зависимость:

υ=                                                (11)

где  υ – средняя квадратичная скорость, P - давление газа; ρ-плотность газа.

Количество газа поглощенного мембраной, пропорционально давлению диффундирующего газа.

По закону Фика, скорость диффузии через мембрану равна:

= Dα(c_{1 –} c₂)                                             (12)

где dQ/ dt – скорость диффузии, D - коэффициент диффузии; α – коэффициент поглощения газа, (c₁ - c₂) - разность концентраций веществ с обеих сторон мембраны, S - площадь мембраны; х - толщина мембраны.

Диффузия через альвеолярную мембрану происходит вдвое быстрее, чем в воде, так как в состав мембраны входят липиды.

Диффузионная способность углекислого газа примерно в 20 раз больше, чем кислорода. Это объясняется тем, что растворимость углекислого газа в солевом растворе, который входит в состав альвеолярной мембраны, существенно выше, чем растворимость газа в мембране улучшает диффузию.

В норме диффузионная способность в покое составляет примерно 15 мл О2/хв, а за физических нагрузок может достигать 68 млО2/хв. С возрастом диффузионная способность уменьшается. Некоторые заболевания обусловливают утолщение альвеолярной мембраны, что приводит к увеличению расстояния диффузионной способности.

Изучение работы микропроцессорного спирографа СМП-21/01-Р-Д.

1. Спирограф предназначен для применения в медицинских учреждениях различного профиля, для исследования на основе спирометрии механических свойств аппарата вентиляции легких человека, качественной и количественной оценки изменений функционального состояния легких и применяется на разных этапах лечебно - диагностического процесса (выявление нарушений, оценка их выраженности, обоснование и оценка эффективности проводимой терапии, прослеживание динамики заболевания), при экспертизе трудоспособности и пригодности к работе в определенных условиях, при массовых и эпидемиологических обследованиях групп населения. Он предназначен для эксплуатации в закрытых помещениях при температуре окружающего воздуха от 10 до 35 ° С; относительной влажности 80 % при температуре 25 ° С и при более низких температурах без конденсации влаги; атмосферном давлении 84-106,7 кПа (630 +800 мм. рт. ст.).

2. Основные технические характеристики

Диапазон измерения скорости потока воздуха:

• для вдыхаемого: от 0 до 1,5 л / сек, с погрешностью ± 0,05 л/сек;

от 1,5 до 10,0 л /сек, с погрешностью ± 3%;

• для выдыхаемого: от 0 до 1,5 л /сек, с погрешностью ± 0,05 л/сек;

от 1,5 до 12,0 л / сек, с погрешностью ± 3%.

Диапазон измерения объема вдыхаемого и выдыхаемого от 0 до 10 литров с абсолютной погрешностью ± 3% или 0,05 л (что больше).

Спирограф отображает на экране и печатает на принтере следующие показатели вентиляции легких:

Показатели по тесту форсированного выдоха:

1.ФЖЕЛ (л) Объем форсированного выдоха (разница между объемами воздуха в легких в точках начала и конца маневра ФЖЕЛ)

2.ОФВИ (л) Объем форсированного выдоха за первую секунду

3.РОфвид Резервный объем выдоха - максимальный объем, который можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха.

4.РОфвд Резервный объем вдоха - максимальный объем, который можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха.

5.ОФВ 0,5 (л) Объем форсированного выдоха за первые 0,5 секунды

6.ОФВ1 / ЖЕЛ % Индекс Тиффно, что имеет диагностическое значение

7.ПОШ (л / с) Пиковая объемная скорость (максимальная скорость потока, достигается в процессе форсированного выдоха)

8.МОШ25 (л / с) Мгновенная объемная скорость в момент выдоха 25 % ФЖЕЛ

9.МОШ50 (л / с) Мгновенная объемная скорость в момент выдоха 50 % ФЖЕЛ

10.МОШ75 (л / с) Мгновенная объемная скорость в момент выдоха 75 % ФЖЕЛ

11.СОШ 25-75 л / с Средняя объемная скорость выдоха, определяемая в процессе выдоха от 25 до 75 % ФЖЕЛ

12.ОФВ ПОС (л) Объем форсированного выдоха до достижения ПОС

13.ОФВПОШ/ФЖЕЛ отношение ОФВПОШ к ФЖЕЛ

14.ТПОШ (с) Время достижения пиковой объемной скорости

15.ТФЖЕЛ (с) Время форсированного выдоха

Показатели по тесту измерения жизненной емкости легких

16.ЖЕЛ, (л) Жизненная емкость легких (разница между объемами воздуха в легких при полном вдохе и полном выдохе)

17.РОвд Резервный объем вдоха - максимальный объем, который можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха.

18.РОвид Резервный объем выдоха - максимальный объем, который можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха.

19.ДО Дыхательный объем - объем, выдыхаемый и вдыхаемый при спокойном дыхании.

20.Евд Емкость вдоха - сумма ДО и РОвд

Показатели по тесту минутного объема дыхания

21.ДО (л) Дыхательный объем - средний объем воздуха, проходящий через легкие за один цикл вдоха-выдоха, при выполнении теста измерения минутного объема дыхания МОД).

22.ЧД Средняя частота дыхания в тесте ХОД

23.ХОД Минутный объем дыхания (определяется как К х ЧД)

Показатели по тесту максимальной вентиляции легких

24.ДО МВЛ (л) Дыхательный объем - максимальный объем воздуха, проходящий через легкие за один цикл вдоха-выдоха при проведении теста максимальной вентиляции легких

25.ЧД МВЛ Максимальная частота дыхания в тесте МВЛ

26.МВЛ Максимальная вентиляция легких (определяется как К МВЛ х ЧД МВЛ) 

 

Спирограф обеспечивает построение графиков процедур вдоха-выдоха:»поток-объем»,»поток-время",»объем-время".

Спирограф обеспечивает приведение измеренных и вычисленных объемных и скоростных показателей к стандартным газовым условиям (BTPS).

В спирографе заложена возможность его калибровки с помощью мерного шприца объемом 3 литри.Опир датчика спирометра дыханию, не более:

при потоке 1л / с 7 мм.вод.ст

при потоке 5л / с 40 мм.вод.ст

при потоке Юл / с 85 мм.вод.ст

Спирограф обеспечивает вывод результатов обследования на лазерный принтер фирмы»Hewlett Packard»через интерфейс типа USB и компьютер через интерфейс типа СОМ-порт.

Питание спирометра осуществляется от сети переменного тока 50 Гц ± 0,5 Гц напряжением 220 В ± 22 В. Мощность, потребляемая от сети, не более 5 Вт.З электробезопасности спирограф соответствует требованиям ГОСТР 50267.0-92, ГОСТ Р 50267.25-94 и выполнен по классу защиты II тип BF.

Средняя наработка спирографа на отказ, не менее 1600 ч.Середний срок службы спирографа до списания, не менее 5 лет.

Время готовности к работе не более 1 мин после включения питания.

Время непрерывной работы спирографа не менее 8 часов в сутки.

Наружные поверхности спирографа устойчивы к дезинфекции 3% раствором перекиси водорода с добавлением 0,5% моющего средства типа»Лотос",»Астра".

Масса спирографа, не более 1,5 кг (без шприца и принтера).

Габаритные размеры основного блока спирографа 200x153x66 мм.

 

Описание и работа спирографа.

Спирограф - это портативный настольный прибор, выполняющий измерение и вычисление 26 показателей внешнего дыхания и формирует заключительный протокол обследования. В протоколе обследования содержатся: данные о пациенте (№, возраст, вес, рост, пол), дата и время обследования; измерены и рассчитаны значения показателей, как в абсолютных значениях, так и в процентах от»надлежащих»величин, оценка степени отклонения от нормы каждого показателя; графики процедуры форсированного выдоха:»поток - объем»,»поток - время», или»объем - время»; заключение по результатам обследования (для пациентов от 18 лет); измерены и рассчитаны значения показателей и графики тестов минутного объема дыхания, максимальной вентиляции легких, измерения жизненной емкости легких.

Спирограф обеспечивает автоматическое приведение объемных и скоростных показателей к стандартным газовым условиям (BTPS).

    Конструктивно спирограф состоит из основного блока спирометра, датчика спирометра, мундштуков и принтера. Внешний вид спирометра приведен на рис. 5.

 

Рис.5. Внешний вид спирографа

 

Структурная схема спирографа, что объясняющая его устройство приведена на рис.6.

 

Рис.6. Структурная схема спирографа

 

Датчик спирометра обеспечивает измерение воздушного потока при вдохе или выдохе пациента, превращение его в напряжение и передачу ее в основной блок спирометра. Также в датчике спирометра расположен датчик температуры для измерения температуры воздуха в помещении (для автоматического приведения к условиям BTPS).

В качестве датчика воздушного потока применен датчик фирмы Vitalograph, выполненный на основе трубки Флейш, который обеспечивает высокую точность измерений и имеет малое сопротивление дыханию пациента. Разница давлений с двух сторон трубки Флейш пропорциональна скорости воздушного потока через нее.

     С помощью дифференциального датчика давления фирмы SenSym с очень высокой чувствительностью эта разница давлений превращается в напряжение, затем усиливается и передается в основной блок спирометра.

Датчик воздушного потока крепится на ручке с помощью двух пластмассовых защелок. При проведении очистки и дезинфекции его необходимо отсоединить от ручки. Герметичность соединения датчика воздушного потока с датчиком давления обеспечивается специальными резиновыми втулками.

Основной блок спирографа обеспечивает прием усиления и обработку сигналов, поступающих от датчика спирографа, хранения результатов обследования в памяти и вывода их на внешний принтер. В основном блоке спирометра расположены: Плата процессора спирометра; Клавиатура спирометра; ЖКИ индикатор; Внешние разъемы; Основной блок спирографа конструктивно размещен в корпусе из ударопрочного пластика АБС, состоит из двух частей: основания и крышки.

Все основные узлы спирометра расположены на печатной плате процессора спирометра. Сигнал пропорционален скорости воздушного потока от датчика спирографа усиливается, фильтруется и поступает на вход 12- разрядного АЦП. Преобразованные в цифровую форму сигналы считывает 16- разрядный микропроцессор Mitsubishi M30624FGAGP, который осуществляет обработку этого сигнала и вычисления всех результатов обследования. Сигнал от датчика температуры также усиливается и фильтруется и поступает на внутренний 10- разрядный АЦП микропроцессора. Кроме того, на плате процессора спирометра расположены: схема сопряжения с компьютером через стандартный СОМ - порт; схема сопряжения с принтером по интерфейсу типа USB; схема питания спирографа от сети 220В, 50Гц.

Клавиатура спирометра представляет собой мембранную клавиатуру с 19 клавишами, которая наклеена на передней панели основного блока и соединяется с платой процессора спирометра гибким шлейфом.

На клавиатуре спирометра являются следующие кнопки:  

"О"... «9»- десять цифровых кнопок для ввода цифровых данных;

"^"«►", «Т», «^»- кнопки для перемещения по меню и результатах;

«ВВОД»- кнопка для ввода выбранного режима и ввода данных;

«ВЫХОД»- кнопка для возврата в основное меню;

«ПОВТОР»- кнопка для повтора измерения;

«ЗАПИСЬ»- кнопка для записи результатов обследования в базу данных;

«ПЕЧАТЬ»- кнопка вывода результатов на принтер.

В спирографе применен графический ЖКИ дисплей с организацией - 240x128 пикселей. Размер экрана - 110x60 мм. ЖКИ дисплей используется для вывода результатов обследования и выбора режима работы спирографа.

ЖКИ индикатор закреплен винтами на крышке корпуса основного блока спирометра.

Спирограф имеет четыре внешних разъема на задней панели:»ДАТЧИК»- 4- контактный разъем для подключения датчика спирографа,»ИНТЕРФЕЙС»- 9 - контактный разъем последовательного интерфейса для связи с компьютером через стандартный СОМ - порт. Этот интерфейс может быть использован для передачи записанных в память результатов обследований в компьютер для хранения и дальнейшей обработки;»ПРИНТЕР»- USB разъем для подключения принтера,»220В 50Гц 5Вт»- разъем для подключения сетевого шнура. Рядом с цимрозьемом находится выключатель питания спирографа.

Основная экранная форма, индуцированных данных на экране спирометра после включения, приведена на рис.3:

Рис.7. Основная экранная форма.

 

В основной экранной форме индуцируется следующая информация: Номер пациента; Температура окружающего воздуха; текущая дата; Сейчас; Основное меню спирографа.

 

Описание режимов работы спирографа.

Для лучшего понимания режимов работы спирографа сначала необходимо ознакомиться с методиками обследования реализованными в нем.

Спирограф рассчитан на обследование пациента по определенной методике и позволяет провести следующие тесты:

Тест «минутного объема дыхания»(МОД):

В этом тесте пациент спокойно дышит в датчик спирографа течение заданного времени. При этом на экране спирометра отображается график процесса дыхания. Продолжительность этого теста может быть выбрана 15, 30 или 60 секунд в подпункте «РЕЖИМ РАБОТЫ» пункта основного меню – «ИЗМЕРЕНИЕ».

При выполнении теста ХОД определяется 3 параметра:

К Дыхательный объем - средний объем воздуха, проходящий через легкие за один цикл вдоха-выдоха, при выполнении теста измерения минутного объема дыхания.

ЧД Средняя частота дыхания в тесте ХОД (уд / мин)

ХОД | Минутный объем дыхания: К х ЧД

В этом тесте частота дыхания приводится в минуты, независимо от того, какова продолжительность теста была выбрана. Например, если была выбрана продолжительность теста 30 секунд, и пациент сделал 7 дыхательных маневров, то ЧД будет равна 14 дых / мин.

Возможно проведение нескольких попыток теста минутного объема дыхания, просмотр на экране спирографа результатов всех проб и выбор одной из них для вывода на печать или записи в базу данных спирографа.

Тест»ЖЕЛ»:

В этом тесте проводится измерение жизненной емкости легких пациента. Жизненная емкость легких может быть измерена как на вдохе (ЖЕЛвд), так и на выдохе (ЖЕЛвид) в зависимости от дыхательных маневров пациента.

При проведении теста ЖЕЛ пациент сначала выполняет 2-3 цикла спокойного вдоха - выдоха. Затем с уровня спокойного дыхания делает полный вдох, затем полный выдох и переходит к спокойного дыхания - в ​​этом случае будет измерена ЖЕЛвид. Возможен другой вариант: с уровня спокойного дыхания пациент делает полный выдох, затем полный вдох и переходит к спокойного дыхания - в ​​этом случае будет измерена ЖЕЛвд.

В любом случае спирограф выбирает дыхательный маневр пациента с максимальной амплитудой и по нему определяет ЖЕЛ и другие параметры, независимо от того, был ли это вдох или выдох.

При проведении теста ЖЕЛ определяется 5 параметров:

ЖЕЛ, (л) Жизненная емкость легких (разница между объемами воздуха в легких при полном вдохе и полном выдохе)

РОвд Резервный объем вдоха - максимальный объем, который можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха.

РОвыд Резервный объем выдоха - максимальный объем, который можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха.

К Дыхательный объем - объем, выдыхаемый и вдыхаемый при спокойном дыхании.

ЭВД Емкость вдоха - сумма ДО и РО_ВД

Возможно проведение нескольких попыток теста ЖЕЛ, просмотр на экране спирометра результатов всех проб и выбор одной из них для вывода на печать или для записи в базу данных спирометра.

Способ определения параметров при выполнении теста ЖЕЛ объясняется на графике следующем.

Тест «ФЖЕЛ»

В этом тесте проводится измерение параметров форсированного выдоха пациента. При проведении теста ФЖЕЛ пациент сначала выполняет 2-3 цикла спокойного вдоха - выдоха, затем выполняется полный вдох и после него - полный форсированный выдох (выдох с максимальной скоростью) и возвращение к спокойного дыхания. При выполнении форсированного выдоха, определяется 15 параметров:

ФЖЕЛ (л) Объем форсированного выдоха (разница между объемами воздуха в легких в точках начала и конца маневра ФЖЕЛ)

ОФВ1 (л) Объем форсированного выдоха за первую секунду

РОфвид Резервный объем выдоха - максимальный объем, который можно дополнительно выдохнуть после спокойного выдоха.

РОфвд Резервный объем вдоха - максимальный объем, который можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха.

ОФВ0, 5 (л) Объем форсированного выдоха за первые 0,5 секунды

ОФВ1 / ЖЕЛ % * Индекс Тиффно, что имеет диагностическое значение.

ПОС (л / с) Пиковая объемная скорость (максимальная скорость потока, достигается в процессе форсированного выдоха)

МОШ25 (л / с) Мгновенная объемная скорость в момент выдоха 25 % ФЖЕЛ

МОШ50 (л / с) Мгновенная объемная скорость в момент выдоха 50 % ФЖЕЛ

МОШ75 (л / с) Мгновенная объемная скорость в момент выдоха 75 % ФЖЕЛ

СОШ 25-75 л / с Средняя объемная скорость выдоха, которая определяется в процессе выдоха от 25 до 75 % ФЖЕЛ

ОФВ ПОС (л) Объем форсированного выдоха до достижения ПОС

ОФВПОШ / ФЖЕЛ Отношение ОФВПОШ к ФЖЕЛ

ТПОШ (с) Время достижения пиковой объемной скорости

ТФЖЕЛ (с) Время форсированного выдоха

* - Для расчета индекса Тиффно используется значение ЖЕЛ измеренное при выполнении теста ЖЕЛ, поэтому проведение теста ФЖЕЛ без проведения теста ЖЕЛ невозможно.

Все измеренные величины по этим 15 параметрам, а также «надлежащие»значения этих параметров, вычисленные по введенным данным пациента и оценка степени отклонения от нормы, выводятся на принтер.

Возможны следующие оценки степени отклонения от нормы: «больше нормы», «норма», «условная норма», «очень легкое снижение», «легкое снижение», «умеренное снижение», «значительное снижение», «весьма значительное снижение», «резкое снижение», «крайне резкое снижение».

Также по результатам форсированного выдоха спирограф выводит на принтер два графика форсированного выдоха. Первый график «поток - объем» (зависимость скорости форсированного выдоха от объема выдоха), а в качестве второго графика может быть напечатан один из двух графиков на выбор (задается в пункте меню «НАСТРОЙКА»):

«Поток - время»: зависимость скорости форсированного выдоха от времени;

"Объем - время»: зависимость объема форсированного выдоха от времени.

Кроме того, для пациентов старше 18 лет, по результатам этого теста, спирограф

может напечатать вывод. Вы можете разрешить или запретить печать выводу в пункте меню»НАСТРОЙКА».

Возможно проведение нескольких попыток теста ФЖЕЛ, просмотр на экране спирографа результатов всех проб и выбор одной из них для вывода на печать или для записи в базу данных спирографа.

Тест «МАКСИМАЛЬНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ ЛЕГКИХ»(МВЛ):

В этом тесте пациенту предлагается выполнить в течение 15 секунд дыхательные циклы с максимальной амплитудой вдоха-выдоха и максимальной частотой. При этом на экране спирометра отображается график процесса дыхания.

При выполнении теста МВЛ определяется 3 параметра:

К МВЛ (л) Дыхательный объем - максимальный объем воздуха, проходящий через легкие за один цикл вдоха - выдоха при проведении теста максимальной вентиляции легких.

ЧД МВЛ Максимальная частота дыхания в тесте МВЛ

МВЛ Максимальная вентиляция легких (определяется как К МВЛ х ЧД МВЛ)

Повторение теста МАКСИМАЛЬНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ не предусмотрено.

Режим «ингаляционное ПРОБЫ»:

Режим «ингаляционное ПРОБЫ» предназначен для наблюдения за динамикой изменений показателей форсированного выдоха пациента после проведения ингаляций. При включении этого режима Вы можете провести несколько измерений ЖЕЛ и ФЖЕЛ для одного и того же пациента. При проведении каждой следующей попытки на экране спирографа будут отображаться результаты этой попытки и процент изменения показателей форсированного выдоха по сравнению с первой попыткой. В этом режиме есть возможность в промежутке между двумя попытками одного пациента проводить обследование других пациентов.

 

2. Звуковые методы исследования в клинике.

Звук представляет собой механические колебания частотой от 16Гц до 20кГц, которые распространяются в упругой среде. Источником звука может быть тело, колеблется в указанном диапазоне звуковых частот (камертон, струна). Звуки делятся на тоны, шумы и звуковые удары. Различают простые и сложные тона. Простой тон - звуковое колебание, которое происходит по гармоническому закону. Если тон представляет собой не гармоническое колебание, то он называется сложным. Простой тон дает камертон, сложный - музыкальный инструмент, голосовой аппарат человека. Сложный тон, по теореме Фурье, может быть разложен на простые, при этом тон наименьшей частоты называется основным, а другие - обертонами. Основными физическими (объективными) характеристиками звука являются:

 Интенсивность звука - это величина энергии, которую в среднем переносит звуковая волна за единицу времени через единицу площади поверхности перпендикулярной к направлению распространения волны:

                                  (1)

где ρ– плотность среды, - скорость распространения волны, w - циклическая частота, А – амплитуда волны. Как видно из формулы (1), энергия и интенсивность волны прямо пропорциональны квадрату ее амплитуды.

Звуковое давление - это эффективное значение избыточного над атмосферным давлением, которое образуется в местах сгущения частиц воздуха в звуковой волне. Интенсивность звука I равна квадрату амплитуды звукового давления деленного на , и определяется по формуле:

                          (2)

Где  - акустическое сопротивление (импеданс), Р - звуковое давление.

       

Акустический гармоничный спектр - это результат разложения сложного колебания (тона) на простые тона (гармоники), его составляющих, с указанием их частоты и амплитуды (интенсивности).

С физическими (объективными) характеристиками звука тесно связаны физиологические (субъективные) характеристики звука. Эта связь иллюстрируется схемой приведенной на рис.1

При клинических исследованиях измеряют порог слухового ощущения I0, под которым понимают интенсивность звука данной частоты, которая еще воспринимается ухом (или минимальный звуковое давление). Нормальное человеческое ухо воспринимает достаточно широкий диапазон интенсивностей звука:

Рис. 1

Так на частоте 1000 Гц от  (порог слухового ощущения) к I = 10 Вт/м² (порог болевого ощущения). Отношение этих интенсивностей равно 10¹³, поэтому для удобства вводят шкалу уровня интенсивности. Шкала уровня интенсивностей звука создается следующим образом: значение I₀ принимается за исходный уровень шкалы, любую другую интенсивность выражают через десятичный логарифм ее отношение к I₀:

                (3)

За единицу уровня интенсивности принято 1Бел (Б), которая соответствует изменению интенсивности в 10 раз, а также 1дециБел (дБ) = 0,1 Б

          (4)

Для физиологической оценки громкости вводят шкалу громкости LE. При постоянной частоте громкости связан с уровнем интенсивности законом Вебера-Фехнера, согласно которому уровень громкости на данной частоте пропорционален уровню интенсивности:

                                       (5)

то есть, если интенсивность звука изменяться в геометрической прогрессии (т.е. в одинаковое число раз), то уровень громкости будет меняться в арифметической прогрессии (т.е. на одинаковую величину) k - коэффициент пропорциональности, который зависит от частоты и интенсивности. Относительно звука это означает, что если интенсивность звука принимает ряд последовательных значений, например aI, a²I, a³I (а - некоторый коэффициент, а > 1), то относительное им ощущение громкости будет Е₀, 2Е₀, 3Е₀  и т.д. Если бы коэффициент k был постоянным, то шкала интенсивностей отвечала шкале громкости.

Считают, что на частоте 1000 Гц шкалы громкости и уровня интенсивности звука совпадают. есть (k = 1) на этой частоте децибел шкалы уровня интенсивности будет отвечать децибела шкалы громкости. Для отличия шкалы интенсивности от шкалы громкости децибел называют фоном.

 

Звук является источником информации о состоянии внутренних органов человека. Работа сердца, легких и других органов сопровождается звуковыми явлениями. Зная, какими должны быть эти звуки при нормальном функционировании органов и тканей, можно определить характер заболевания или повреждения органа при той или иной патологии.

Прослушивание и анализ тонов и шумов, возникающих при функционировании внутренних органов, называется аускультацией. Для прослушивания звуков используют фонендоскоп. Его действие основано на резонансном усилении звука. Резонансные полости дают характерные (с малым затуханием) звуковые колебания и по - разному проводят звуки, используемый в другом методе звукового исследования - перкуссии.

Перкуссия - это анализ перкуторных звуков, возникающих при постукивании молоточком по плессиметр или кончиком согнутого пальца одной руки по фаланге пальца второй руки, приложенной к определенному участку тела больного. При постукивании резонируют полости внутри организма, по-разному реагируют на стук молоточка или пальца мягкие, упругие, твердые и полые органы. При ударе по упругих тканях или тканях, окружающих полости тела, заполненные воздухом, внутренний звук усиливается и становится звонким (тимпанический). Если брюшная полость содержит много жидкости (водянка), перкуторный звук будет коротким и глухим.

Хорошо резонируют полости тела, заполненные воздухом, кости и эластичные перепонки (ясный звук).

Для диагностики сердечных заболеваний используют метод фонокардиографии (ФКГ) основан на регистрации и анализе звуков, возникающих при сокращении и расслаблении сердца. Фонокардиография объективно отражает и уточняет результаты амплитудного и частотного анализа звуков, измерения их длительности и интервалов между ними (рис. 2).

Рис. 2. Фонокардиограмме (цифрами I, II, III, IV обозначены соответственно первый, второй, третий и четвертый тоны сердца).

 

Для фонокардиографии используют специальные приборы - фонокардиограф или фонокардиографическое приставки, основными элементами конструкции которых есть микрофон, преобразующий звуковые колебания в электрические; частотные фильтры, соединенные с усилителями сигналов, поступающих от микрофона; регистрирующее устройство и обеспечивает запись колебаний до 1000 Гц при скорости регистрации 50 и 100 мм / с (рис.3).

Рис. 3. Фонокардиограф компьютерный  «Сфера».

 

 Использование различных типов микрофонов (линейного, стетоскопичного, логарифмического) и полосовых фильтров позволяет для выделения диагностически значимых звуковых феноменов регистрировать звуковые колебания как в практически полном и аускультуючому, так и в специально выбранном диапазоне частот.

Потерю слуха исследуют методом аудиометрии. С этой целью определяют порог слышимости для различных тонов на специальном приборе - аудиометре. Полученная кривая называется аудиограмме. Сравнение аудиограммы больного и здорового человека позволяет диагностировать заболевания органов слуха.

 

Лабораторная работа

Тема работы: Изучение физических основ тональной аудиометрии

Цель работы: Изучить принцип работы, назначение и правила эксплуатации аудиометра Sound Generate. Научиться экспериментально определять порог слухового ощущения»пациента»на разных частотах с помощью аудиометра Sound Generate.

Приборы и материалы:

Персональный компьютер, аудиометр Sound Generate, бланки аудиограмм, наушники Sven GD-750.

Теоретические сведения

Органом восприятия и анализа упругих колебаний среды является слуховой анализатор - ухо человека. В результате эволюции орган слуха человека получил сложную структуру, которая обеспечивает восприятие звуковых колебаний в диапазоне от 16 до 20000Гц. Слуховые раздражения, воспринимаемые корой больших полушарий головного мозга чрезвычайно многогранны. Ухо человека может различать высоту, громкость и тембр звука, а также направление распространения и расстояние до источника звука. Вместе с тем, индивидуальные возможности уши изменяются в широком диапазоне и нередко понижаются с возрастом. В частности, при нарушении рецепторных клеток в результате возрастной дегенерации или патологического процесса ухудшается восприятие звука на высоких частотах.

Кардинальным методом исследования слухового аппарата человека тональная пороговая аудиометрия, которая широко используется в клинической и поликлинической практике для исследования слуха. Размер порога слухового ощущения и ее зависимость от частоты является важным диагностическим фактором, который позволяет в ряде случаев определить локализацию патологических изменений органов слуха. Кроме того это важно и для понимания различных диагностических методик: аускультации, перкуссии, фонокардиографии, для понимания дии на органы человека инфразвука и шумов.

Зависимость уровня интенсивности звука от частоты, который воспринимается человеческим ухом как звук одинаковой громкости со звуком на частоте 1000 Гц называется кривой громкости. Важное значение имеет кривая нулевого уровня громкости (порог слухового ощущения), которая дает зависимость I0 от частоты. При ухудшении слуха кривая порога слухового ощущения будет расположена выше нормальной.

Рис. 4. Структурная схема аудиометра.

На каждой частоте разница уровня интенсивности в патологии и норме соответствует разнице уровня громкости, есть ощущение одного и того же звука в норме и патологии. Эта разница в норме и патологии называется потерей слуха. Потеря слуха - это снижение уровня громкости восприятия пациентом звука данной частоты (уровня интенсивности) по отношению к норме. Потерю слуха принято оценивать по повышению уровня интенсивности по сравнению с нормой. Так как исследование проводится на уровне порога слухового ощущения, то метод называется пороговым, а поскольку измерение производится на строго определенной частоте, то метод называется тональным.

Органом восприятия и анализа упругих колебаний среды является слуховой анализатор - ухо человека. В результате эволюции орган слуха человека получил сложную структуру, которая обеспечивает восприятие звуковых колебаний в диапазоне от 16 до 20000Гц. Слуховые раздражения, воспринимаемые корой больших полушарий головного мозга чрезвычайно многогранны. Ухо человека может различать высоту, громкость и тембр звука, а также направление распространения и расстояние до источника звука. Вместе с тем, индивидуальные возможности уши изменяются в широком диапазоне и нередко понижаются с возрастом. В частности, при нарушении рецепторных клеток в результате возрастной дегенерации или патологического процесса ухудшается восприятие звука на высоких частотах.

Кардинальным методом исследования слухового аппарата человека тональная пороговая аудиометрия, которая широко используется в клинической и поликлинической практике для исследования слуха. Размер порога слухового ощущения и ее зависимость от частоты является важным диагностическим фактором, который позволяет в ряде случаев определить локализацию патологических изменений органов слуха. Кроме того это важно и для понимания различных диагностических методик: аускультации, перкуссии, фонокардиографии, для понимания дии на органы человека инфразвука и шумов.

 

Таким образом метод тональной пороговой аудиометрии - это метод исследования слуха пациента, основанный на определении потери слуха по повышению уровня интенсивности, который соответствует уровню слухового ощущения по сравнению с нормой. Для оценки потери слуха строится аудиограмма. Аудиограмма - это график, показывающий потерю слуха в децибелах в зависимости от частоты колебаний. Блок-схема аудиометра приведена на рис.2.

Т - телефон, к₁ - переключатель интенсивности маскирующего шума, к₂ - переключатель и кнопка подачи тона.

В работе для снятия аудиограммы используется генератор звуковых колебаний Sound Generate.

Аудиометр Sound Generate генерирует частоты чистых тонов: 125, 250, 500, 100, 2000, 3000, 4000, 6000, 8000 Гц. Изменение уровня интенсивности осуществляется дискретно через51,5дБ. Нулевое положение шкалы»Понижение слуха, дБ»для всех частот соответствует порогу слухового ощущения.

Порядок выполнения работы.

1Запустите программу Sound Generate командой главного меню:»ПУСК-Программы-18_10_11-Sound_Generate. Нажать кнопку STOP (рис. 5)

Рис. 5 Вид окна программы Sound Generate.

1-кнопка пуск.

2-кнопка остановки генерации сигнала.

3-ползунок регулятора громкости.

4-окно установки частоты генерации сигнала

5 - окно установки частоты генерации импульсов.

6-окно графического представления генерируемого сигнала.

 

2.Запустите программу Master Volume (рисунок 2.) И переведите регулятор баланса в крайнее левое положение.

 

1-регулятор баланса.

Рис.6 Вид окна программы Master Volume.

 

3. Пациенту одеть наушники (убедиться, что ролик регулятора громкости установлен на максимальную громкость рис.7), с помощью регулятора (1, рис. 5) установить частоту 1000 Гц и с помощью переключателя (3, рис. 5), установить громкость на минимальное положение.

 

Рис.7 Наушники Sven GD-750.

4. Постепенно увеличивая громкость до тех пор пока пациент четко почувствует звук.

5. Найти то положение регулятора громкости, которое соответствует порогу слухового ощущения. Используя рис1 перевести процентное значение громкости Гц это и будет интенсивностью (дБ) тона, соответствующего порога слухового ощущения В этом месте на бланке аудиограммы в вашей тетрадке поставить точку.

6. Повторить процедуру определения порога слухового ощущения на других частотах. Рекомендуется следующий порядок чередования частот в процессе исследования: 1000, 2000, 3000, 4000, 8000, 500, 250, 125 Гц.

7. Соединить точки, соответствующие порога слухового ощущения на разных частотах линии и таким образом получают аудиограмму для данного уши.

8. Повторить исследование на другом ухе, для чего регулятор баланса (рис.6) перевести в другое положение.

9. После прослушивания фрагмента музыкального файла впрдовж 2 мин повторить эксперимент согласно пунктам 3-8.

10. После прослушивания фрагмента музыкального файла «Вода -1» впрдовж 2 мин повторить эксперимент согласно пунктам 3-8.

11. Рассчитайте зависимость  и представьте ее в виде графика. Расчет интенсивности провести по формуле:  

где  I ₀  - интенсивность, которая соответствует порогу слухового ощущения (I₀ =10^-12 Вт/м²),   - потеря слуха в дБ, определяется по аудиограмме. 

 

Современные аудиометры.

Аудиометр поликлинический АА-02. Простые в обращении надежные поликлинические аудиометры для исследования воздушной и костной проводимости. Применение маскирующего шума (узкополосный и широкополосный). Поликлинические аудиометры имеют два режима работы: автоматизированный (по программе, задаваемой встроенным программным устройством) и ручной (с участием медицинского персонала).

 

Основные особенности аудиометров - это тональная пороговая аудиометрия при воздушном и костном звукопроведении, маскировки широкополосным или узкополосным шумом, автоматизированный и ручной режим работы аудиометра, возможность проведения скрининговых обследований, а также возможность подключения принтера или компьютера.

 

Поликлинические аудиометры имеют следующие преимущества: аудиометр автоматизированный АА- 02 предназначен для оценки функционального состояния слухового анализатора человека путем определения порогов слышимости по воздушному и костному звукопроведению методом сравнения слуха обследуемого с характеристиками, эквивалентными порогу слышимости нормального человека. Аудиометр АА -02 по функциональным возможностям относится к аудиометров типа 3 по ГОСТ 27072 -86 и может использоваться для диагностики слуха в различных медицинских учреждениях.

 

Конструктивно аудиометр АА -02 выполнен в пластмассовом корпусе OKW, имеет клавиатуру пленочного типа с тактильными эффектом, индикацию режимов работы и результатов обследования на ЖК -дисплее. Поликлинический аудиометр прост в управлении, имеет небольшой вес и габариты. Функциональные возможности аудиометра: определение потерь слуха при воздушном и костном звукопроведении и маскировки недослиджуваного уши широкополосным или узкополосным шумом.

 

Поликлинические аудиометры имеют два режима работы: ручной (с участием медицинского персонала) и автоматизированный - по встроенной программе процедуры обследования в автоматизированном режиме работы (позволяет выбрать частоты, на которых будет проводиться обследование, провести скрининговое обследование).

Имеет следующие возможности: индикация подачи тестового сигнала аудиометра, индикация текущих параметров сигнала и ответов пациента, звуковая сигнализация о завершении процесса обследования в автоматизированном режиме работы и воспроизведения результатов обследования на индикаторе.
Аудиометр дает автоматический вывод о состоянии слуха»Норма - не норма - неопределенность». Поликлинические аудиометры имеют возможность подключения струйного принтера Нewlett Рackard или компьютера. Функциональные возможности аудиометра: возможность распечатывать аудиограммы непосредственно с аудиометра на принтер - подключение принтера к аудиометра (струйные принтеры Hewlett Packard) производится с помощью устройства интерфейсного и кабеля Bitronics.

 

Принтер позволяет выводить на печать аудиограмму непосредственно после обследования пациента.

 

Возможности обработки результатов исследования аудиометра на ПК: подключен к аудиометра компьютер, после установки на него программы обработки результатов аудиометрических обследований, дает возможность создавать базу данных пациентов, отображать результаты обследований на экране монитора и распечатывать их на любом принтере, подключенном к компьютеру на ПК. База данных состоит из набора индивидуальных карт пациентов, разбитых на картотеки по удовлетворительной признаку. В каждой карточке содержатся сведения о пациенте (ФИО, пол, год рождения, адрес, место работы) и сведения о пройденных им с помощью аудиометра обследованиях (дата обследования, аудиограмма, заключение врача). Программа обработки результатов исследования аудиометра очень проста в освоении и требует минимальных навыков в работе с компьютером. Программа имеет два основных рабочих окна -»Картотека»и»Обследование».

 

Подключение компьютера к аудиометра производится с помощью устройства интерфейсного и нестандартного кабеля DB25-вилка/DB9-розетка. Требования к компьютеру при подключении аудиометра: операционная система Windows 98 или Windows 2000, наличие свободного com-порта.

 

Воздушное звуковоспроизведения:

Частоты: 125, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000, 8000 Гц 

Аудиометр-тимпанометр АА220.

Впроизводитель (марка): INTERACOUSTICS (DENMARK). Тимпанометр AA220 совмещает много функций двухканального поликлинического аудиометра и импедансометра АТ235. Все данные могут распечатываться на встроенном термопринтере, передаваться на внешний лазерный принтер или компьютер. Тимпанометр АА220 позволяет проводить аудиометрию по воздушной и костной проводимости, речевую аудиометрию, тесты SISI (Импи) Stenger, ABLB, Hughson-Westlake.

 

Аудиометр (багатопациентна модификация) GSI-70.

Прибор предназначен для выполнения государственных программ скрининга новорожденных на факторы риска по тугоухости. Тестирование можно проводить, начиная с 10 часов после рождения. Время исследования: 10с - одно ухо. Есть модификация для одного пациента (в учреждениях, где в год обследуются 200 новорожденных) и для большого количества пациентов (для больших роддомов). Многопациентна модификация позволяет внести в память 150 имен пациентов и 350 тестовых результатов. 

 

Аудиометр НЕЙРО-аудио.

Аудиометр НЕЙРО-аудио - 2-канальный прибор для проведения объективной аудиометрии и исследования задержанной вызванной отоакустической эмиссии. Прибор для аудиологического скрининга новорожденных.

назначение:

Ранняя диагностика нарушений слуха у новорожденных и детей первых лет жизни с помощью скрининговых методик отоакустической эмиссии (ОАЭ), углубленная проверка состояния слуха методом коротколатентных слуховых вызванных потенциалов (КСВП). 

 

Микропроцессорный портативный аудиометр GSI-17дозволяе проводить тональную аудиометрию по воздушному звукопроведению на 11 фиксированных частотах в диапазоне 125 - 8000 Гц с интенсивностью от -10 до 100 дБ с индикацией в цифровом виде на встроенном жидкокристаллическом дисплее.

Назначение: проведение массовых скрининговых исследований для выявления нарушений слуха без дифференциальной диагностики типа тугоухости. Область применения: медпункты, поликлиники, приемные отделения больниц и госпиталей. 

 

3. Изучение работы ультразвуковых аппаратов.

 

Физические основы ультразвуковой диагностики

Ультразвук - это достаточно широкая область механических колебаний, лежащие за пределом порога чувствительности человеческого уха (выше 16 кГц).

Графически он изображается в виде синусоиды, положительные полуволны которой соответствуют сгущению в среде, а отрицательные - разжижению, это можно увидеть на рис. 1.

Рис.1. - Сгущение и разрежение, графическое изображение волн:

.- длина волны, А - амплитуда, Р - акустическое давление

 

Ультразвук получают с помощью обратной пьезоэлектрического эффекта ПЕЕ (РЕ), физический смысл которого заключается в том, что при приложении к торцевой поверхности пластины из кварца или титаната бария (тибару) переменного электрического напряжения пластина будет периодически менять свою толщину (сжатие - растяжение). В свою очередь это приведет к тому, что в прилегающих к пластине слоях внешней среды возникает то разрежение, то сгущение частиц среды, то есть возникают механические колебания ультразвуковой частоты. Ультразвуковые волны способны отражаться от границ разнородных сред, обладают свойствами фокусировки, дифракции и интерференции. Если акустическое сопротивление сред отличается резко, то отражения ультразвука сильно возрастает. Так происходит на границе биологических тканей с воздухом. К тому же воздух сильно поглощает ультразвук. Отсюда вытекает основное и важнейшее требование к методике ультразвуковой диагностики - обеспечение безвоздушного контакта ультразвукового излучателя с участком тела. Для этого используют так называемые контактные среды: вазелин, глицерин, ланолин, дегазированной воды. Отражение ультразвуковых волн зависит и от угла их падения на зону действия. Чем больше этот угол отклоняется от перпендикуляра, проведенного к поверхности среды, тем больше коэффициент отражения. Поэтому при проведении процедуры ультразвуковой излучатель должен касаться кожи всей своей поверхностью, поскольку только в этом случае возможна эффективная передача энергии тканям. Ультразвук поглощается тканями неравномерно: чем больше акустическое сопротивление тканей, тем больше поглощение. Поглощение ультразвука обусловлено внутренним торможением, трением, и соударения частиц среды, которые колеблются.

Рис.2. Процедура УЗ исследования

Глубина проникновения ультразвука зависит от его частоты и от особенностей самих тканей. Принято считать, что в условиях целостного организма ультразвук частотой 800-1000 кГц распространяется на глубину 8-10 см, а при частоте 2500-3000 кГц - на 1 - Зсм.

Ультразвуковая энергия является суммой кинетической энергии колебательных частиц и потенциальной энергии упругой деформации среды, измеряется в джоулях (Дж) (СИ). Акустическая мощность представляет собой энергию, переносится в единицу времени через поверхность, перпендикулярную к направлению распространения звуковой волны, измеряется в ваттах (Вт).

В медицине принято выделять три диапазона интенсивностей:

0,05-0,6 Вт/см² - низкий уровень интенсивности;

0,6-1,2 Вт/см² - средний уровень интенсивности;

выше 1,2 Вт/см² - надтерапевтичний, высокий уровень интенсивности.

Механизм физиологического и лечебного действия ультразвука

В механизме действия ультразвука исключительная роль принадлежит влиянию его на биоструктуры, прежде всего на воду. Чувствительные к ультразвуку и белки. Под его влиянием возникает конформационный эффект, вызываемый или разрывом боковых связей между участками полипептидной цепи или смещением гидратационных и сольватацийних процессов. Под влиянием ультразвука происходит конформационная перестройка мембран, при этом повышается проницаемость гистогематических барьеров и осуществляется сдвиг рН в щелочную сторону.

Вообще при воздействии ультразвука на организм возникает ряд процессов, в схематическом виде показано на рис.3.

 

Рис.3 - Схема взаимодействия ультраакустичнои энергии с биологической средой и реакции организма 

Действие ультразвуковой волны с малой интенсивностью на уровне   оказывает положительное терапевтическое воздействие, в основе которого лежит ускорение физиологических процессов в клетках.

При увеличении интенсивности ультразвука на несколько порядков (до  и выше) внутренние движения отдельных цитоплазматических частей клеток усиливаются, возникает эффект кавитации и, как следствие, необратимые изменения структуры и функций клеток. Этот механизм объясняет бактерицидное действие ультразвука.

Ультразвуки большой интенсивности используются также с целью разрушения различного рода новообразований (опухолей и т.п.). Подобный механизм действия ультразвука применяется также в стоматологии (снятие зубных камней, высверливания зубных каналов и др.). Процесс разрушения биологических тканей при интенсивностях выше

 используется в ультразвуковой хирургии и при ультразвуковом остеосинтезе - сварке тканей и костей за счет повышения в них скорости процессов диффузии.

В фармацевтической промышленности кавитационные процессы, возникающие под действием ультразвуковой волны большой интенсивности, используются для диспергирования твердых и жидких материалов с целью получения лекарственных препаратов: порошков, эмульсий и т.п..

Механические и тепловые эффекты, возникающие при воздействии ультразвука на различные биологические ткани, лежащие в основе метода ультразвуковой физиотерапии.

Инфразвуковые колебания и волны - это упругие колебания с частотами до 16 Гц. Инфразвук очень слабо поглощается в газах, жидкостях и твердых телах и поэтому может распространяться почти без потерь на большие расстояния. Эта чрезвычайно важное свойство инфразвука используется в технике - в звукометрических приборах (микрофоны, гидрофоны т.д.) для регистрации различных процессов, происходящих с инфразвуковыми частотами. К таким процессам относятся землетрясения, взрывы, производственные шумы и вибрации, грозовые разряды, турбулентные явления в атмосфере, волны цунами и т.п..

Инфразвук негативно влияет на функциональное состояние ряда систем организма. Считается, что первичный механизм действия инфразвука на организм резонансную природу. Частоты собственных колебаний тела человека соответствуют частоте инфразвуков, поэтому они вызывают головную боль, раздражение, усталость, снижают работоспособность. Инфразвук с частотой 7 Гц вредно действует на сердце, а с частотой 9-13 Гц - на - ритмы головного мозга. Высокоинтенсивная производственные шумы и вибрации, имеют сложный непериодический характер в разных частотных интервалах, включая инфразвуковой, также являются вредными для человека. Уровень интенсивности этих звуков измеряется с помощью специальных приборов - шумомеров. Предельно разрешенный уровень интенсивности низкочастотных шумов и вибраций равна.

 

Методы ультразвуковой эхо-импульсной визуализации нашли широкое применение в медицине, хотя заложенные в их основу научные принципы пока не до конца понятны. Существующие ехосистемы насчитывают много видов. Достаточно условно можно представить, что все они состоят из шести основных взаимосвязанных частей в соответствии с рис.4.

Рис.4 - Блок-схема, показывающая связь между основными узлами эхо импульсных диагностических систем

 

Основными методами ультразвуковой диагностики является эхография, сонография и допплерография. Эхография - это одномерное ультразвуковое исследование, в котором выделяют А и М - методы. При А- методе отраженные от отдельных элементов объекта импульсы формируют на прямой линии индикатора пики с большой амплитудой. Таким образом можно измерять расстояние между различными тканями органа, глубину их залегания, наличие инородного тела, опухоли и т.д., что используется при морфологическом исследовании глаза и головного мозга. М - метод используется для исследования подвижного органа - сердца. При этом методе отражены от движущейся стенки сердца импульсы записываются в виде кривой линии. По форме и расположению таких кривых определяют характер сокращений сердца.

Ультразвуковое исследование (сонография) является одним из наиболее информативных методов неинвазивной диагностики в медицине. Благодаря тому, что органы и ткани имеют различную проницаемость для ультразвуковых волн, от одних структур волна отражается, другими поглощается и проходит практически свободно. Этот принцип эхолокации был положен в основу УЗИ - сканеров - отраженные от неоднородных по проницаемостью структур ультразвуковые волны оказываются датчиком аппарата и после компьютерной обработки превращаются на экране монитора в точки свечения, из которых и формируется изображение в виде среза тканей. За последние годы с развитием технологий стало возможным получение не только двухмерных»срезов»но и объемных изображений органов, плода в матке и т.д. (рис. 5).

 

Рис. 5. Примеры трехмерного УЗИ плода в режиме реального времени.

 

Методы сканирования и фокусировки в ультразвуковых диагностических системах

В современной ультразвуковой диагностической аппаратуре используются датчики Д (S) трех типов: механические секторные, электронные секторные и линейные, которые в зависимости от технологии изготовления и технических характеристик обеспечивают практически всю гамму УЗ функциональных исследований.

Механическое секторное сканирование MCC (MSS) обеспечивает преимущество малой плоскости контакта с телом пациента в сочетании с широким обзорным полем в дальней зоне, поэтому идеально соответствует тем вариантам применения аппаратуры, где есть ограниченный доступ к исследуемой части тела.

Применяется для формирования УЗ изображений головы новорожденного, сердца, костного сканирования и гинекологических исследований.

Схема механического секторного сканера приведена на рис.6

Рис.6 - Схема механического секторного сканера

 

В ротационных сканеров несколько отдельных ультразвуковых излучателей вращаются вокруг общей оси, а в колебательных сканеров один ультразвуковой излучатель совершает колебательные движения относительно своего нулевого положения.

Поскольку механические секторные сканеры работают с одним или несколькими УЗ излучателями, то они обеспечивают такое же высокое разрешение, как и комбинированные сканеры.

Одним из немногих их недостатков является ограниченная ширина изображения в ближнем поле УЗ излучателя.

Электронное секторное сканирование ЕСС (ESS).

Аналогично механических сканеров в медицинской практике применяются и электронные секторные сканеры, схема одного из них приведена на рис.7.

Рис.7 - Схема электронного секторного сканера

 

Линии различия изображения формируются благодаря возбуждению отдельных элементов (объединенных в линейную детекторную схему). При этом для каждой линии изображения эта задержка в течение времени постоянно изменяется. На практике сканеры такого типа называются выпукло - секторными сканерами и обеспечивают высокое качество изображения, широкий смотровое поле в дальней зоне, сохраняя при этом хорошо смотровое поле в ближней зоне. Еще одним преимуществом таких сканеров является то, что они обеспечивают более высокий уровень помехи - и артефактостийкости сравнению с обычными фазированной матрицами.

Следует отмечать, что секторное сканирование по сравнению с линейным превосходит его, так как обеспечивает более высокое качество изображения и позволяет смотреть большие размеры разрезов.

Линейное сканирование (ЛС).

При линейном сканировании 64 или более элементарных УЗ преобразователей размещены в ряд друг с другом. Вместо механического или электронного сканирования здесь используется подключение рядом расположенных преобразователей в определенное время (со сдвигом по фазе) с помощью электронного управления.

Благодаря тому, что несколько элементов объединены в одну группу, достигается высокое разрешение в боковом направлении, что обеспечивает высокое качество изображения. С каждым импульсом группа преобразователей переключается на один элемент дальше, что означает смещение следующей линии изображения на один элемент (рис.8).

Рис.8 - Схема линейного сканирования 

В схеме с 64 элементами формируется УЗ изображения примерно из 120 линий. Основным недостатком линейного сканера необходимость в значительно большем поверхности контакта датчика с телом и хуже разрешение, чем в секторных сканерах.

В 1977 году японская фирма AJ10KA впервые в мире выпустила прибор с динамическим фокусированием ДФ (DF) собственной разработки SSD - 200B.

С того времени динамическую фокусировку получило широкое распространение в мультикристаллических сканерах. Единственный существенный недостаток, который имеет динамическую фокусировку, заключается в том, что с увеличением количества фокальных точек уменьшается частота кадров так, что для получения одного изображения необходимо несколько раз сканировать, устанавливая для каждого второго фокусное расстояние.

Рис.9 - УЗД апарат ШНОЛАЙН-CF (СИМЕНС) 72

 

На практике это привело к тому, что для сохранения принятого уровня частоты кадров приходилось ограничивать количество возможных фокальных точек, как правило количеством 4 или меньше.

В современных сканерах используется модифицированное полнодиапазонными динамическую фокусировку, не осуществляет негативного влияния на частоту кадров. Последняя остается неизменной независимо от количества фокальных точек. Фокусировка в этом случае осуществляется с помощью управляющих компьютером многофокусного цепей. Ультразвуковой луч, который формируется в реальном времени, очень тонкий и напоминает шелковую нить.

Одной из разновидностей динамической фокусировки является электронное фокусировки ЭФ (EF), которое положено в основу построения многослойных датчиков сверхвысокой плотности. В этом случае используются поликристаллические структуры, которые позволяют простым путем изменять фокусное расстояние и обеспечивают динамическую фокусировку в реальном масштабе времени.

К недостаткам такого вида фокусировки следует отнести то, что передняя часть луча отличается от идеальной, поскольку имеет форму, напоминающую квадрат.

Для исправления этого недостатка используются меньшие по размеру кристаллы (половинного размера), количество которых значительно увеличена. Это позволяет сформировать вогнутую поверхность и уменьшить искажения изображений, что в свою очередь, помогает осуществить полнодиапазонными динамическую фокусировку более эффективно. 

 

                     

Сканирование фазированной        Сканирование выпуклой       Механическое сканирование

матрицей                                          стуктуры                                                                 .

Рис.10 - Многослойные датчики сверхвысокой плотности

 

На рис.10 приведены три типа секторного сканирования, каждый из которых имеет свои преимущества в определенных вариантах применения. К ним относятся: сканирование с помощью фазированной матрицы, сканирование с помощью выпуклой структуры и механическое сканирование.

 

Преимущество фазированной матрицы заключается в том, что она имеет максимальную контактную поверхность сжатия с телом пациента обеспечивает возможность фокусировки на различные глубины, идеально подходит для датчиков, предназначенных для сканирования сердца.

Недостатком такого датчика является то, что отраженный обратный сигнал не всегда поступает на датчик под углом 90 °, поэтому некоторые отраженные обратные сигналы, а с ними и соответствующая диагностическая информация, теряются.

Этого недостатка лишены механические секторные датчики выпукло - секторные датчики, поскольку направление излучающего и обратного лучей всегда проходит под углом 90 ° относительно поверхности датчика. За счет этого достигается более высокое качество изображения, чем при использовании фазовой матрицы (особенно на краях изображения). Однако для механического секторного сканирования невозможно построить датчик с высокой плотностью кристаллов, в результате чего изображение имеет тенденцию к искажениям, а сам датчик не может быть использован для полнодиапазонными динамической фокусировки в реальном времени.

До недавнего времени необходимо было заменять датчик при переходе от сканирования ближней зоны высокочастотным датчиком к сканированию дальней зоны низкочастотным, что приводило к существенным неудобствам при проведении УЗ исследований (УЗИ). Для решения этой проблемы была разработана система динамического частотного сканирования. Она обеспечивает сканирование близкой зоны сигналом высокой частоты, необходимой для высокого разрешения, и дальней зоны сигналом низкой частоты для значительной глубины при работе с одним и тем же первичным преобразователем. Динамическое частотное сканирование достигается за счет мультичастотного и одночастотной передачи, используемой в сочетании с фильтрацией на переменном полосе пропускания входного сигнала ведет к изменению определенной приемной частоты в соответствии с глубиной части тела, которая исследуется.

Динамическое частотное сканирование увеличивает разрешение в ближней зоне и глубину проникновения в дальний, по сравнению с одночастотными традиционными датчиками.

В типичных случаях формирования изображений происходит в частотных диапазонах от 2,5 МГц до 6 МГц или от 5 МГц до 10 МГц.

Электронное фокусировки с применением поликристаллических датчиков широко известно. Оно удобно, поскольку позволяет простым путем трансфокации и обеспечивает динамическую фокусировку в реальном масштабе времени. Однако существуют определенные недостатки, связанные с тем, что передняя часть луча отличается от идеальной, поскольку имеет форму, напоминающую квадрат вместо безупречной вогнутой формы, вызывает определенные искажения изображения.

За счет использования меньших по размеру кристаллов (половинного размера) и их большего количества устройство SSD -650 обеспечивает возможность формирования вогнутой поверхности и снижения искажений, что в свою очередь, помогает осуществить полнодиапазонными динамическую фокусировку в реальном масштабе времени еще более эффективно.

Из таких причин фирма»АЛОКА»выбрала именно выпуклый зонд как стандартный секторный датчик для устройства SSD - 650.

На рис.11 приведена структурная схема типичного ультразвукового диагностического устройства, который использует любой из трех типов датчиков.

Рис.11 - Структурная схема типового ультразвукового диагностического устройства

 

Датчики для ультразвуковой диагностики

Ультразвуковые датчики (sensors), используемых в эхокардиографии разделяются на три основные группы: транскутанного, внутришньонорожнннни и интраоперацинни.

Транскутанного датчики, предназначенные для сканирования объектов в режиме реального времени, бывают двух видов - механические и электронные. Механические датчики подразделяются на ротационные - излучательная пластина смонтирована на вращающемся валу; качающиеся - одноэлементный датчик сканирующий по сектору под действием механической или магнитной силы; стационарные - сканирование обеспечивается подвижным зеркалом, закрепленным напротив недвижимого датчика. Системы электронного сканирования подразделяются на фазированные секторные, линейные и комбинированные. Механические стационарные и электронные линейные системы не нашли широкого применения в эхокардиографии.

В настоящее время стоимость электронных секторных датчиков с фазированной решеткой выше стоимость механических датчиков. Электронная схема механического датчика значительно проще, а основу вращающейся части составляет миниатюрный мотор. Отличием фазированных датчиков достаточно сложная электронная схема управления, а сама излучательная часть представляет собой твердотельный блок. Площадь, необходимая для контакта механическом датчике, немного больше, чем для электронного датчика. Размеры механического ротационного датчика больше, чем размеры качающегося датчика и ограничиваются размерами мотора и крутящего вала. При достаточно совершенной технологии размеры электронного датчика могут быть меньше размеры механического датчика.

Рис.12- УЗД апарат СОНОЛАЙН-АЦ (Сименс)

 

Определяющими параметрами при оценке качества изображений, полученных на механических и электронных датчиках является аксиальная и азимутальная пропускные способности, динамический диапазон, пространственное квантование и др.. Аксиальная пропускная способность и динамический диапазон практически не зависят от типа сканирования. В механических сканерах используются кольцевые излучающие элементы, что позволяет получить результирующий профиль ультразвукового луча симметричным относительно оси вращения, при этом отношение главного лепестка к боковым определяется функцией Бесселя. Фокусировка луча достигается применением линз с фиксированным фокусом или вогнутой поверхностью элемента. Конструкция ротационного датчика позволяет использовать одновременно несколько излучателей с различными фокусными расстояниями, в результате чего может быть создана система с зонным фокусировкой. Общим для всех механических систем является постоянство пропускной способности и чувствительности для различных углов сканирования. Профиль ультразвукового луча в электронных секторных сканерах является несимметричным, а угловая пропускная способность контролируется электронными элементами, размещенными в определенной последовательности в матрице. Время для формирования нового электронного луча составляет несколько микросекунд, что позволяет достичь высоких значений частоты кадров сканирования и плотности строк, ограничиваются только скоростью распространения ультразвука в среде. В электронных системах пропускная способность и чувствительность изменяются в зависимости от угла и при максимальных углах отклонения достигают худшего значения.

Одним из недостатков конструкции механических датчиков является реверберационные эффекты, возникающие в согласуется тельный жидкости. В электронных системах источниками таких помех является согласительная линза и демпфувальннй слой. При соответствующем подборе параметров этих сред артефакты могут быть сведены к минимуму. Механические сканеры не имеют ограничений по частоте ультразвука, используется, в то же время для электронного сканирования изготовления датчиков на частоте более 5 МГц связано с некоторыми технологическими трудностями, вызванными предельно малыми размерами отдельных элементов матрицы.

Преимуществом систем электронного сканирования более широкие возможности для получения одновременно с двумерной информации данных в Л / -режиме сканирования по выбранному строкой и донплеривськои информации. Отмечается ряд эксплуатационных ограничений механических систем, в которых впоследствии необходимо выполнять дегазацию жидкости и заменять детали двигателя.

Результатом сравнительного анализа является вывод о некоторое преимущество систем механического сканирования по сравнению с электронными фазированной матрицами ФМ (FA), прежде всего за параметрами цены, технологичности изготовления, качества изображения.

При оптимизации конструкции ультразвуковых преобразователей чаще используют так называемую KLM -модель, которая заключается в выборе характеристик для оптимизации и определении их относительного веса в оптимизационном критерии. Стратегия оптимизации базируется на эвристическом методе, состоит в систематическом изменении конструктивных параметров датчика с последующим расчетом эксплуатационных параметров, выбранных как функциональный критерий. Эти параметры подбираются с учетом удобства автоматической оптимизации на ЭВМ, т.е. их функции должны быть непрерывные при изменении входных параметров. С учетом данного обстоятельства эксплуатационные характеристик») и разбиты на две группы: традиционные, используются при обычном анализе, и нетрадиционные, введены специально для автоматического анализа. В первую группу вошли следующие: фракционная полоса частот, потери энергии при двойном прохождении расстояния до ' объекта, продолжительность огибающей эхо - сигнала на уровне - 20 дБ, центральная частота, соответствующая максимуму мощности, динамический диапазон. Основными параметрами во второй группе являются: центроидного частота амплитудного спектра эхо - сигнала, энергетический коэффициент двойного перехода, определенный на всем спектре эхо - сигнала.

Как входные параметры оптимизации используются: акустическое сопротивление демпфирующие материала, толщина PZT керамики, сопротивление и толщина внутреннего четвертьволнового согласующего слоя.

Коэффициенты массы при оптимизации должны подбираться с учетом соответствующей области применения ультразвукового датчика - например неразрушающий контроль, медицинская визуализация, ехографичне исследования тканей. При использовании ультразвуковых датчиков в медицинской диагностике основной задачей является получение двумерных полутоновых изображений. Для получения высококачественных изображений анатомических структур требуются высокая пропускная способность, большой динамический диапазон и высокая чувствительность. Осевая пропускная способность определяется длительностью зондирующего акустического импульса, т.е. амплитудным и фазовым спектром сигнала. Учитывая возможные ограничения при определении степени линейности фазового спектра, функциональный критерий, как правило, определяют во временной области. Центроидного частота при данном исследовании поддерживалась в весьма ограниченных пределах (7,0 ± 0,5 МГц).

Для ультразвуковой характеризации тканей нужны отличные от предыдущего случая условия: широкополосный преобразователь, высокая чувствительность, менее жесткие требования к длительности импульса. С учетом этого фазовый спектр и динамический диапазон менее важны при выполнении оптимизационной процедуры. Как эксплуатационные характеристики выбираются - минимальная полоса частот охватывает 99,76% площади спектра импульса, энергетический коэффициент двойного перехода, минимальная продолжительность временной огибающей, фракционная полоса частот.

Применение в медицине

Терапевтическое применение ультразвука в медицине

Кроме широкого использования в диагностических целях, ультразвук применяется в медицине как лечебное средство.

Ультразвук вызывает противовоспалительное, рассасывающее, анальгетическое, спазмолитическое действие, и кавитационное усиление проницаемости кожи.

Фонофорез - совмещенный метод, при котором на ткани действуют ультразвуком и вводятся с его помощью лечебные вещества (как медикаменты, так и природного происхождения). Проведение веществ под действием ультразвука обусловлено повышением проницаемости эпидермиса и кожных желез, клеточных мембран и стенок сосудов для веществ небольшой молекулярной массы, особенно - ионов минералов бишофита.

Удобство ультрафонофорезу медикаментов и природных веществ:

• лечебное вещество при введении ультразвуком не разрушается

• синергизм действия ультразвука и лечебного вещества

Показания к ультрафонофорезу бишофита: остеоартроз, остеохондроз, артриты, бурситы, эпикондилиты, пяточная шпора, состояния после травм опорно-двигательного аппарата; невриты, нейропатии, радикулиты, невралгии, травмы нервов.

Наносится бишофит-гель и рабочей поверхностью излучателя проводится микро-массаж зоны влияния. Методика лабильная, обычная для ультрафонофореза (при ОФФ суставов, позвоночника интенсивность в области шейного отдела - 0,2-0,4 Вт/см2., В области грудного и поясничного отдела - 0,4-0,6 Вт/см2).

• Эхоэнцефалография Применение ультразвука для диагноза при серьезных повреждениях головы позволяет хирургу определить места кровоизлияний. При использовании переносного зонда можно установить положение срединной линии головного мозга примерно в течение одной минуты. Принцип работы такого зонда основывается на регистрации ультразвукового эха от границы раздела полушарий.
•  Офтальмология Ультразвуковые зонды применяются для измерения размеров глаза и определения положения хрусталика.
• Внутренние болезни. Ультразвуковое исследование играет важную роль в постановке диагноза заболеваний внутренних органов, таких как:
• брюшная полость и забрюшиное пространство
•  печень
•  желчный пузырь и желчные протоки
•  поджелудочная железа
• селезенка
•  почки

• органы малого таза

• мочеточники
•  мочевой пузырь
•  предстательная железа

Печень

Ультразвуковое исследование печени является достаточно высокоинформативным. Врачом оцениваются размеры печени, ее структура и однородность, наличие очаговых изменений а также состояние кровотока. УЗИ позволяет с достаточно высокой чувствительностью и специфичностью выявить как диффузные изменения печени (жировой гепатоз, хронический гепатит и цирроз), так и очаговые (жидкостные и опухолевые образования). Обязательно следует добавить что любые ультразвуковые заключения исследования как печени, так и других органов, необходимо оценивать только вместе с клиническими, анамнестическими данными, а также данными дополнительных обследований.

 

Желчный пузырь и желчные протоки

Кроме самой печени оценивается состояние желчного пузыря и желчных протоков - исследуются их размеры, толщина стенок, проходимость, наличие конкрементов, состояние окружающих тканей. УЗИ позволяет в большинстве случаев определить наличие конкрементов в полости желчного пузыря.

 

Поджелудочная железа

При исследовании поджелудочной железы оцениваются ее размеры, форма, контуры, однородность паренхимы, наличие образований. Качественное УЗИ поджелудочной железы часто довольно трудно, так как она может частично или полностью перекрываться газами находятся в желудке, тонком и толстом кишечнике. Наиболее часто выносится врачами ультразвуковой диагностики заключение»диффузные изменения в поджелудочной железе»может отражать как возрастные изменения (склеротические, жировая инфильтрация), так и возможные изменения вследствие хронических воспалительных процессов.

 

Почки и надпочечники. забрюшинное пространство

Исследование забрюшинного пространства, почек и надпочечников является достаточно трудным для врача из-за особенностей их расположения, сложности строения и многогранности и неоднозначности трактовки ультразвуковой картины этих органов. При исследовании почек оценивается их количество, расположение, размер, форма, контуры, структура паренхимы и чашечно-лоханочной системы. УЗИ позволяет выявить аномалии почек, наличие конкрементов, жидкостных и опухолевых образований, также изменения вследствие хронических и острых патологических процессов почек.

 

Щитовидная железа

В исследовании щитовидной железы ультразвуковое исследование является ведущим и позволяет определить наличие узлов, кист, изменения размера и структуры железы.

В силу физических особенностей не все органы можно достоверно исследовать ультразвуковым методом, например, полые органы желудочно - кишечного тракта труднодоступны для исследования из-за содержания в них газа. Тем не менее, ультразвуковая диагностика может применяться для определения признаков кишечной непроходимости и косвенных признаков спаечного процесса. С помощью ультразвукового исследования можно выявить наличие свободной жидкости в брюшной полости, если ее достаточно много, что может играть решающую роль в лечебной тактике ряда терапевтических и хирургических заболеваний и травм.

 

Кардиология, сосудистая и кардиохирургия

Эхокардиография (ЭхоКГ) - это ультразвуковая диагностика заболеваний сердца. В этом исследовании оцениваются размеры сердца и его отдельных структур (желудочки, предсердия, межжелудочковой перегородки, толщина миокарда желудочков, предсердий и т. д.), наличие и объем жидкости в перикарде -»сердечной сорочке», состояние клапанов сердца. С помощью специальных расчетов и измерений Эхокардиография позволяет определить массу сердца, сократительную способность сердца - фракцию выброса и т. д. Существуют зонды, которые помогают во время операций на сердце следить за работой митрального клапана, расположенного между желудочком и предсердием.

 

Акушерство, гинекология и перинатальная диагностика

Ультразвуковое исследование используется для изучения внутренних половых органов женщины, состояния беременной матки, анатомии и мониторинга внутриутробного развития плода.

 

   

Плод в утробе матери.                                    Трехмерное ультразвуковое

                                                             исследование 29-ти недельного плода.

Этот эффект широко применяется в акушерстве, так как звуки, идущие от матки, легко регистрируются. На ранней стадии беременности звук проходит через мочевой пузырь. Когда матка наполняется жидкостью, она сама начинает проводить звук. Положение плаценты определяется по звукам протекающей через нее крови, а через 9 - 10 недель с момента образования плода прослушивается биение его сердца. С помощью ультразвукового исследования можно определять количество зародышей или констатировать смерть плода.