Fale akustyczne

W najprostszym drganiu wychylenie ciała od położenia równowagi można opisać funkcją sinusoidalną: x(t)=x_maxsin(2xft)  gdzie x_max-amplitudczyli maxymalne wychylenia, x(t)- wychylenie w chwili t,  t- czas który upłyną od początku drgań, f- częstotliwość

 

Częstotliwość kołowa=2πf=2π/T

 

Ruch Falowy

Fala jest to rozprzestrzenianie się drgań (zaburzenia) w ośrodku sprężystym. Przemieszczanie się energii drgań odbywa się poprzez oscylacje cząsteczek ośrodka wokół ich położeń równowagi (cząsteczki nie są przemieszczane wraz z falą)

Fale podłużne- fale w których kierunek drgań cząsteczek jest zgodny z kierunkiem rozchodzenia się drgań

Ciśnienie akustyczne- zmienne w czasie odchylenie od średniej wartości ciśnienia statycznego panującego w ośrodku, występujące podczas rozchodzenia się w nim fali akustycznej

Równanie fali płaskiej można opisać za pomocą funkcji sinusoidalnej.

 

Parametry określające falę:

•         Długość fali

•         Okres, częstotliwość

•         Amplituda

-Długość fali [λ] jest to droga jaką przebywa fala w ciągu jednego okresu.- najmniejsza odległość pomiędzy dwoma punktami o tej samej fazie drgań.

-Prędkość fali [v] v=λ/t   gdzie λ-długoś fali, t-czas

-Moc fali [P] P=E/t  gdzie E- energia fali, t-czas jednostka [W]-wat

-Natężenie fali [I]- ilość energii jaka przechodzi w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni

I= E/S*t gdzie E- energia fali, t-czas, s-powierzchnia prostopadła….. jednostka W/cm²

Natężenie fali jest wprost proporcjonalne do kwadratu ciśnienia akustycznego

 

-Okres fali- ilość drgań w ciągu sekundy (mowa 3000Hz-5000Hz)

-Okres drgań- czas jednego pełnego drgania

-Poziom natężenia dźwięku L=10log I/l0 gdzie I-natężenie dźwięku badanego, I0 – natężenie wzorcowe równe 10^-12W/m²(jest to wartość natężenia progowego dla dźwięku o częstotliwości 1000 Hz)

Natężenie progowe (próg słyszalności) jest to najwyższe natężenie dźwięku, które wywołuje wrażenia słuchowe. Poziom natężenia dźwięku wyraża się w decybelach [dB]  60bD=10⁶ 120dB=10¹²(próg bólu)

Zależnie od częstotliwości fale akustyczne można podzielić na:

•         Fale dźwiękowe 16Hz-20 000 Hz (słyszalne przez człowieka)

•         Fale infradźwiękowe <16 Hz

•         Fale ultradźwiękowe >20 000 Hz

Ultra dźwięki są falami akustycznymi

W terapii stosujemy: 800kHz-2,4MHz w terapii 1MHZ-15MHZ w diagnostyce

 

Wytwarzanie ultradźwięków-Ultradźwięki można otrzymać wykorzystując odwrotny efekt piezoelektryczny.

Efekt piezoelektryczny

Polega na poustawianiu potencjałów elektrycznych na powierzchni kryształu podczas jego ściskania lub rozciągania. Kryształ piezoelektryczny to kryształ jonowy nie posiadający środka symetrii np. kryształ kwarcu. Odwrotny efekt piezoelektryczny polega na kurczeniu bądź rozszerzaniu się kryształu pod wpływem przyłożenia zmiennego napięcia elektrycznego. Kryształy hydrostatyków znajdujące się w kościach są piezoelektrykami.

 

Prędkość fal w danym ośrodku jest stała, zależy od gęstości ośrodka i od jego własności sprężystych. Prędkość fal w ciałach stałych określa się wzorem: V=pierwiastek z E/p gdzie E- moduł Junga, p-gęstość lub V= pierwiastek z k/p gdzie: k-moduł ściśliwości, p-gęstość

Fale ultradźwiękowe ulegają w komórkach

•         Odbiciu

•         Załamaniu

•         Ugięciu

•         Rozproszeniu

•         Absorbcji

Zjawisko odbicia fal ultradźwiękowych jest zależne oporności akustycznej ośrodka [z] którą wylicza się ze wzoru  z=pv=pierwiastek pK gdzie p-gęstość ośrodka v-prędkość fali K- prędkość ultradźwięków w ośrodku.

Fala akustyczna ulega odbiciu na granicy ośrodków różniących się opornościami akustycznymi. Z1- oporność akustyczna jednego ośrodka, Z2- oporność drugiego ośrodka

Gdy Z1=Z2 – brak odbicia(absorbcja załamanie) Jeżeli Z1>Z2 lub Z1<Z2 to część fali ulega rozbiciu a część przechodzi do drugiego ośrodka. Jeżeli Z1>>Z2 wtedy całą fala ulega odbiciu (dzieje się tak na granicy powietrza i tkanki)

 

Zadanie: Ile wynosi częstotliwość fali w tkance miękkiej o długości 1mm

F=V/λ  V=1500 m/s=1 500 000 mm/s  λ=1mm       1 500 000/1=1 500 000Hz= 1,5MHz

 

Ultrasonografia(usg)

-bazuje na zjawisku odbicia, metoda echa

Amplitudy powracających ech zamienia się na różny stopień jasności punktów wyświetlanych na ekranie

Chronografia- diagnostyka tkanek mięśniowych, stosowane częstotliwości to 1-15 MHz. Przy doborze częstotliwości uwzględnia się: możliwość obserwacji szczegółów, głębokość narządów, bezpieczeństwo.

Absorbcja fal ultradźwiękowych

Fala przechodząc przez tkankę traci energie, jej natężenie maleje

Prawo absorbcji: I=I0e^-kr  I0- natężenie fali padającej

 

Warstwa połowiąca d_1/2 (warstwa połówkowa) to taka grubość tkanki, która zmniejsza natężenie fali o połowę.

Współczynnik absorbcji zależy od : częstotliwości fali, własności tkanki

Im wyższa częstotliwość fali tym fala jest silniej absorbowana przez tkankę

Przy 800 KHz d_1/2=3cm przy 2,4MHz d_1/2=1cm

 

Podstawy działania leczniczego ultradźwięków:

•         Zwiększenie przepuszczalności błon komórkowych

•         Usprawnienie oddychania tkankowego i pobudzenie przemiany materii komórek

•         Zmiana w ich strukturze koloidów tkankowych i ich uwodnienie

•         Zmiany w okładach jonowych tkanek

•         Zmiana odczynu tkanek w kierunku zasadowym

•         Oddziaływanie na struktury krystaliczne

Skutki lecznicze:

•         Poprawiają ukrwienie

•         Działają przeciwbólowo

•         Powodują wzrost potencjału błonowego

•         Polepszają przewodnictwo nerwów

•         Hamują procesy zapalne

•         Zmniejszają napięcie mięśni szkieletowych

•         Zmniejszają napięcie błony mięśniowej gładkiej

•         Zwiększają rozciągliwość włókien kolagenowych

•         Przyśpieszają gojenie ran

 

Warstwa połówkowa- wartość do której wejdzie połowa fali

Oddziaływanie ultradźwięków z tkankami:

•         Oddziaływanie czynne- w terapii 0,5-2 W/m²

•         Oddziaływanie bierne- w diagnostyce zachodzą przy natężeniu I<<W/cm² nie wywołują skutków biologicznych

•         Mechaniczne (mikromasaż)

•         Cieplne

...

أسفل النموذج