ОСНОВЫ биомеханики и биоакустики

1. Оборудование для лечения и диагностики опорно - двигательной и дыхательной 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).

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 закону 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)

Модель деформации	Как реализируется	Законы деформации
Модель упругого тела	пружина
Модель вязкого тела	поршень с отверстиями	(η – коэффициент вязкости)
Модель Максвелла	последовательное соединение вязкого и упругого элементов
Модель Кельвина-Фойхта	параллельное соединение вязкого и упругого элементов

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:

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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).

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.