101-107

Strona 1 z 6

101. Metody uzyskania ultradźwięków
- zostało opisane w tych 29 pytaniach od Artura

102. Budowa sondy ultrasonograficznej ultradźwięków i jej rodzaje

103. Właściwości ultradźwięków

Ultradźwięki to fale dźwiękowe, których częstotliwość jest zbyt wysoka, aby usłyszał

je człowiek. Za granicę uważa się 20 kHz, choć dla większości ludzi granica ta jest znacznie
niższa. Niektóre zwierzęta mogą emitować i słyszeć ultradźwięki, np. pies, szczur, delfin,
wieloryb, chomik czy nietoperz.

Zastosowanie ultradźwięków w medycynie - metody diagnostyczne i terapeutyczne

wykorzystujące ultradźwięki mają szerokie zastosowanie w medycynie. Metody te
upowszechniły się od początku lat 70. XX wieku.

Zastosowanie diagnostyczne

Ultrasonografia (USG) to badanie narządów wewnętrznych za pomocą fal ultradźwiękowych.
Metoda diagnostyczna jest oparta na zjawisku echa ultradźwiękowego. Informacje uzyskane
tą metodą mogą być przedstawione na ekranie oscyloskopowym w postaci impulsów, lub w
postaci obrazu rozkładu tkanek normalnych i patologicznych. Ultrasonograf holograficzny
(ultradźwiękowy), biopsja pod kontrolą USG.
Ultrasonografia zdobyła szczególną popularność w badaniach serca (echokardiografia),
badaniach naczyń krwionośnych metodą ultrasonografii wewnątrznaczyniowej oraz w
badaniach prenatalnych.

Zastosowanie terapeutyczne

Ogniskując np. wiązkę ultradźwięków na kamieniach nerkowych można spowodować ich
kruszenie.

101-107

Strona 2 z 6

W okulistyce do operacji zaćmy tzw. metodą fakoemulsifikacji. Fale ultradźwiękowe
rozbijają zmętniałe jądro soczewki i zostają zasysane - usuwane z oka. Zabieg jest szybki,
bezbolesny, lecz oczywiście jak każdy zabieg obarczony ryzykiem powikłań.
W fizykoterapii.

Zastosowanie praktyczne

W laboratoriach, medycynie, produkcji chemicznej:
do mycia szkła laboratoryjnego o skomplikowanych kształtach i niewielkich otworach np.
igieł, rurek (od średnicy wew. 0,3 mm), kapilar, stożków Imhoffa, końcówek pipet,
wężownic, tłuszczomierzy itp., mycie przedmiotów metalowych i plastikowych, takich jak
kuwety bioanalizatorów, sita granulometryczne o mikrometrowych oczkach, mycie filtrów i
pierścieni ceramicznych
mycie narzędzi medycznych (w tym laparoskopowych) i stomatologicznych, protetyka
przetworniki ultradźwiękowe umieszczone w rurociągu zapobiegają osadzaniu się
zanieczyszczeń na sondach przyrządów pomiarowych
Myjnie, pełniąc funkcję łaźni ultradźwiękowych, pozwalają:
odgazowywać roztwory chromatograficzne lub absorpcyjne
umożliwiają tworzenie emulsji albo dyspergowanie ciał stałych w cieczach
przyspieszają przebieg reakcji chemicznych, zwłaszcza syntez organometalicznych

Parametry ultradźwięków:

1.

Częstotliwość (v) – określona jest budową i właściwościami danego generatora i nie
ulega zmianie przy przechodzeniu tych fal przez różne tkanki i narządy. W terapii
najczęściej stosowane są częstotliwości od 800kHz do 1,2 MHz, zaś w diagnostyce od
1 do 15MHz.

2.

Długość fali (λ) ultradźwiękowej – wynika ze znanej zależności: λ=c/v, gdzie c to
prędkość rozchodzenia się fali. W wodzie fale ultradźwiękowe o częstotliwości 1
MHz mają długość około 1,5 mm i są około 5 razy dłuższe niż fale tej samej
częstotliwości w powietrzu

3.

Prędkość (c) rozchodzenia się fali ultradźwiękowej – jest taka sama, jak i dźwiękowej.
W temp. 20˚C w powietrzu wynosi 340 m/s, a w wodzie około 1500 m/s. W tkankach
też występuje różna prędkość: w kościach czaszki – 3360, w mózgu 1510, w tkance
tłuszczowej 1440, w mięśniach 1575-1590m/s

4.

Natężenie (I) ultradźwięków (gęstość mocy) – I = E/S * t, gdzie E – to energia
przenoszona przez fale, S – powierzchnia prostopadła do kierunku rozchodzenia się
fali, t – czas. W medycynie natężenie najczęściej podawane jest w W/cm
kwadratowych.

5.

Przemienne ciśnienie (P) - fala ultradźwiękowa rozchodząc się w różnych ciałach, np.
w tkankach, wywołuje w miejscach zagęszczeń zwyżki ciśnienia, a miejscach
rozrzedzeń zniżki. Dla natężenia 2 W/cm kwadratowy te wahania ciśnienia wynoszą
około 2,6 atm. P =pierwiastek z 2*I*gęstość*prędkość

Ultradźwięki to fale sprężyste podlegające podobnym prawom, jak fale dźwiękowe, jednak
wykazują szereg szczególnych właściwości w zakresie dyfrakcji, rozprzestrzeniania się,
odbicia i załamania zbliżających je do fal świetlnych; mogą być silnie ogniskowane, w
wiązkach fal ultradźwiękowych możliwe jest uzyskanie dużych gęstości strumienia energii, a
dzięki temu możliwe jest wykorzystanie ich w wielu procesach, np. rozdrabnianie cząstek
zawiesin lub uzyskiwanie zawiesin, ich koagulacja, skrawanie lub drążenie materiałów,
wspomaganie procesów obróbki plastycznej materiałów, niszczenie żywych komórek i
tkanek, zabijanie drobnych owadów itp.;

101-107

Strona 3 z 6

Dyfrakcja to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach

przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale
wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych z długością fali.
Dyfrakcja używana jest do badania fal, oraz obiektów o niewielkich rozmiarach, w tym i
kryształów, ogranicza zdolność rozdzielczą układów optycznych.

Odbicie to nagła zmiana kierunku rozchodzenia się fali na granicy dwóch ośrodków

powodująca, że pozostaje ona w ośrodku, w którym się rozchodzi. Odbicie może dawać obraz
lustrzany lub być rozmyte, zachowując tylko właściwości fali, ale nie dokładny obraz jej
źródła.

Załamanie w fizyce to zmiana kierunku rozchodzenia się fali (refrakcja fali)

związana ze zmianą jej prędkości, gdy przechodzi do innego ośrodka. Inna prędkość
powoduje zmianę długości fali, a częstotliwość pozostaje stała.

101-107

Strona 4 z 6

104. Podstawy ultrasonografii echowej

Ultrasonografia, USG – nieinwazyjna, atraumatyczna metoda diagnostyczna,

pozwalająca na uzyskanie obrazu przekroju badanego obiektu. Metoda ta wykorzystuje
zjawisko rozchodzenia się, rozpraszania oraz odbicia fali ultradźwiękowej na granicy
ośrodków, przy założeniu stałej prędkości fali w różnych tkankach równej 1540 m/s. W
ultrasonografii medycznej wykorzystywane są częstotliwości z zakresu ok. 2-50 MHz. Fala
ultradźwiękowa najczęściej generowana jest oraz przetwarzana w impulsy elektryczne przy
użyciu zjawiska piezoelektrycznego. Jednym z bardzo popularnych obecnie zastosowań
ultrasonografii jest USG naczyń krwionośnych z wykorzystaniem zjawiska Dopplera. USG
doppler pozwala na ocenę prędkości oraz kierunku przepływu krwi w naczyniach. Jako
metoda całkowicie nieinwazyjna jest obecnie najpopularniejszym typem badania naczyń
pozwalającym na dokładną ocenę zmian w zdecydowanej większości przypadków.
Stosując niższe częstotliwości (2-5 MHz, np. podczas badania jamy brzusznej lub
echokardiograficznego badania serca) uzyskuje się obrazy struktur głębiej położonych
kosztem niższej rozdzielczości. Natomiast korzystając z częstotliwości wyższych (7,5-16
MHz, np. badanie przezpochwowe, przezciemiączkowe, diagnostyka węzłów chłonnych, aż
do 50 MHz w ultrasonografii wewnątrznaczyniowej naczyń żylnych oraz tętniczych)
uzyskuje się obrazy dokładniejsze, ale tylko struktur płycej położonych.
Nowa generacja przenośnych aparatów ultrasonograficznych umożliwia wykonywanie badań
ultrasonograficznych, w tym dopplerowskich, w domu pacjenta, a przy zasilaniu bateryjnym
w zasadzie w dowolnym miejscu. Badania w domu pacjenta pozwalają na uniknięcie obciążeń
związanych z transportem do przychodni lub szpitala osób w podeszłym wieku, z chorobami
onkologicznymi, czy np. chorobą Alzheimera.

105. Podstawy ultrasonografii opartej o zjawisko Dopplera

Efekt Dopplera – zjawisko obserwowane dla fal, polegające na powstawaniu różnicy

częstotliwości, a tym samym i długości fali, wysyłanej przez źródło fali oraz zarejestrowanej
przez obserwatora, który porusza się względem źródła fali. Dla fal rozprzestrzeniających się
w ośrodku, takich jak na przykład fale dźwiękowe, efekt zależy od prędkości obserwatora
oraz źródła względem ośrodka, w którym te fale się rozchodzą. W przypadku fal
propagujących się bez udziału ośrodka materialnego, jak na przykład światło w próżni (w
ogólności fale elektromagnetyczne), znaczenie ma jedynie różnica prędkości źródła oraz
obserwatora.

W obrazowych badaniach diagnostycznych cenną informację jest nie tylko kształt

anatomicznych struktur, lecz także kierunek i prędkość poruszania się tkanek. Ruch takich
płynów ustrojowych jak krew można obserwować mierząc zmiany częstotliwości oraz fazy
fal dźwiękowych odbitych od płynącej cieczy.

101-107

Strona 5 z 6

Udoskonaleniem konwencjonalnych aparatów ultrasonograficznych było

wprowadzenie ultrasonografii dopplerowskiej. Jeżeli głowica ultradźwiękowa potrafi
rejestrować nie tylko opóźnienie echa wysyłanego dźwięku, lecz również jego wysokość lub
fazę, wtedy na obrazie diagnostyczny można kolorami umownymi zobrazować ruch ciała.

Przykładem może być tutaj echokardiografia. Dla kardiochirurgów bardzo ważne jest

określenie nie tylko struktury anatomicznej serca, ale również prędkości i kierunku ruchu
krwi przepływającej w tej biologicznej pompie. Obserwacja bijącego serca płodu umożliwia
wykrycie wad rozwojowych jeszcze w łonie matki. Lekarze mając wiedzę o zagrożeniu mogą
przygotować się na trudności po porodzie.

Efekt Dopplera wykorzystywany jest także w metodzie laserowo-dopplerowskiego

pomiaru ukrwienia skóry, która pozwala na nieinwazyjny pomiar stopnia ukrwienia tkanek
skóry właściwej przy diagnozowaniu takich schorzeń jak cukrzyca czy zespół Raynaud.

Źródło fali porusza się względem ośrodka, w którym rozchodzi się fala, a obserwator

spoczywa względem tego ośrodka. W czasie równym jednemu okresowi fali T

0

źródło

przebywa drogę:

Długość fali emitowanej przez źródło jest powiązana z długością fali odbieranej

następującym wzorem

Zależności dla fal:

skąd:

Prowadzi to do wzoru na częstotliwość fali odbieranej:

gdzie:
s - droga,
T

0

- okres fali generowanej przez źródło,

λ - długość fali odbieranej przez obserwatora,
λ

0

- długość fali generowanej przez źródło,

v - prędkość fali,
f - częstotliwość fali odbieranej przez obserwatora,
f

0

- częstotliwość fali generowanej przez źródło,

v

zr

- składowa prędkości źródła względem obserwatora, równoległa do kierunku łączącego te

dwa punkty.

101-107

Strona 6 z 6

106. Biologiczne działanie ultradźwięków
- zostało opisane w tych 29 pytaniach od Artura

107. Infradźwięki i wibracje
- zostało opisane w tych 29 pytaniach od Artura