лекция 3 для студентов 1 курса, обучающихся по специальности – Стомотология К.ф-м. н., доцент Ремизов Красноярск, 2014 Звук, Ультразвук. Тема: Звук, Ультразвук. Основы прочности материалов Кафедра медицинской и биологической физики

План лекции 1. Физические основы биологической акустики 2. Звуковые методы исследования в клинике 3. Ультразвуковые колебания. Воздействия ультразвука на биологические ткани 4. Эффект Доплера и его применение в медицине. 5. Прочность материалов

Физические основы биологической акустики Звук – это колебания частиц среды, распространяющиеся в виде продольных механических волн с частотой от 16 Гц до Гц (20 к Гц).

Объективные характеристики звука Частота Интенсивность Звуковое давление Акустический или гармонический спектр

Характеристики слухового (субъективного) ощущения Объективные Частота Интенсивность Акустический спектр Субъективные Высота Громкость Тембр

Уровень интенсивности I 0 = Вт/м 2 интенсивность на пороге слышимости на частоте 1 к Гц Ix – интенсивность исследуемого сигнала.

Громкость звука Е при частоте 1 к Гц k=1 единицы уровня интенсивности (дБ) совпадают с единицами громкости фонами(ф). где k –зависит от частоты и интенсивности звука

Примеры Примерный характер звука Интенсивност ь звука (Вт/м 2 ) Звуковое давление (Па) Уровень интенсивности звука (Дб) Порог слышимости , Шепот , Разговор нормальным голосом , Разговор громким голосом ,0260 Шум на оживленной улице ,6480 Крик ,280 Порог болевого ощущения

Звуковые методы в медицине Аускультация (выслушивание) – с помощью стетоскопа или фонендоскопа 1 – полая капсула 2 – передающая звук мембрана 3 – резиновые трубки

Аускультация

Звуковые методы в медицине Перкуссия – выслушивание звучания отдельных частей тела при их простукивании Фонокардиография (ФКГ) – графическая регистрация тонов и шумов сердца

Диагностика органов слуха Метод измерения остроты слуха называется аудиометрией. На специальном приборе (аудиометре) определяют порог слухового ощущения на разных частотах.

Аудиограммы кривые, которые отражают зависимость порога восприятия от частоты тона, то есть это спектральная характеристика уха на пороге слышимости.

Биофизика ультразвука Ультразвуком (УЗ) называют механические колебания и волны, в диапазоне частот от Гц до 1 миллиарда Ультразвук не слышим человеческим ухом.

Обратный пьезоэффект Под действием электрического поля происходит механическая деформация пьезокристалла Пьезокристалл Электроды УЗ Источник

Магнитострикция Изменение длины ферромагнитного сердечника (Fe, Ni) в переменном магнитном поле.

Особенности распространения УЗ волны 1. Малая длина волны. Направленность

Особенности распространения УЗ 2. Поглощение (ослабление интенсивности при прохождении через вещество)

Ультразвук свободно распространяется в мягких тканях, что важно в диагностике многих заболеваний Ткань Глубина полупоглощения,см Мышечная 2,1 Жировая 3,3 Костная 0,23 Кровь 35 Глубина полупоглощения – глубина, на которой интенсивность УЗ уменьшается вдвое

В стоматологии с помощью ультразвука проводят расширение, очистку каналов снятие и очищение назубных отложений, которые являются одной из причин заболеваний зубов и десен

Для использования в домашних условиях выпускается зубная щетка с ультразвуком частотой 1.6 МГц, достаточной для разрушения оболочек вредных бактерий, которые селятся на зубных отложениях. Очищение ультразвуком происходит бесконтактно (щетинки располагают на расстоянии 5 мм от зубов и десен).

Особенности распространения УЗ 3. Преломление и отражение Так как волновое сопротивление биологических сред в 3000 раз больше волнового сопротивления воздуха, то отражение УЗ на границе воздух-кожа составляет 99,99%. 4. Деформация, кавитация (возникает при интенсивностях, больших 0,810 4 Вт/м 2 ) 5. Выделение тепла 6. Химические реакции

Диагностика на основе эффекта Доплера Излучатель УЗ Генератор электрических колебаний Устройство сравнения частот приемник Э Э Э Э Э v УЗ волна Отраженная УЗ - волна кровеносный сосуд Сигнал доплеровского сдвига движущиеся эритроциты υ 0 – скорость движения эритроцитов υ – скорость УЗ ν Г – частота генератора ν Д – доплеровский сдвиг частот

Ультразвуковая диагностика – локационные методы Эхоэнцефолография – определение опухолей и отека головного мозга Ультразвуковая кардиография – измерение размеров сердца в динамике Ультразвуковая локация для определения размеров глазных сред

Ультразвуковая диагностика Ультразвуковой Доплер эффект – изучают характер движения сердечных клапанов; определяют скорость кровотока По скорости ультразвука определяют место повреждения кости Ультразвуковая голография

УЗ скальпель

Аппарат Sono-Асе-PICO Позволяет проводить диагностику при: повреждении мышц повреждении мышц ротаторных манжет плечевых суставов повреждении мениско-связочного комплекса коленных суставов повреждении сухожильно- связочного аппарата всех суставов наличии дисковых патологий (грыжи, протрузии, стеноз позвоночного канала) наличии остеофитов, хондромных тел в суставах заболеваниях сосудов верхних и нижних конечностей, сосудов шейного отдела заболеваниях внутренних органов

Эхографическая картина кисты правой подчелюстной слюнной железы у пациента 13 лет На левой половине снимка представлен участок неизмененной ткани правой подчелюстной железы (1), анэхогенное образование (2) с четкими контурами и эффектом дистального псевдоусиления. На правой половине снимка - неизмененная левая подчелюстная слюнная железа (3).

Основы прочности Основы прочности материалов материалов

ДЕФОРМАЦИЯ – изменение размеров и формы тела под действием внешних сил и температуры Деформациии Упругие (исчезают после прекращения действия внешних сил) Пластические (остаточные изменения)

Деформация растяжения (сжатия) растяжениесжатие

Абсолютная деформация ( l ) зависит от первоначальной длины стержня, поэтому степень деформации выражают через относительную деформацию ε = ( l/l)

Механическое напряжение Внешняя деформирующая сила приводит к возникновению внутренних сил. Мера этих сил - напряжение. 1. для деформации растяжения или сжатия напряжение σ: отношение силы к площади поперечного сечения стержня σ =F/S.

Закон Гука При небольшой величине относительной деформации связь между механическим напряжением и деформацией выражается законом Гука: σ = Еε

Модуль упругости (модуль Юнга) Материал Модуль Юнга Е, Па Эластин Коллаген Мышца в покое 9·10 5 Кость 2·10 9 Сухожилие 1,6·10 8 Нерв 1,85·10 7 Артерия 5·10 4 Сталь 2·10 11

Коэффициент Пуассона показывает во сколько раз деформация в поперечном направлении меньше, чем в продольном =/. Лежит в пределах от 0 до 0,5. зуба = пломбы

Зависимость напряжения от деформации (диаграмма сжатия) упругая пластическая текучесть разрушение тек

Деформация сдвига - угол сдвига, а tg - относительный сдвиг. Обычно угол мал, поэтому tg.

СДВИГ - закон Гука для сдвига G – - модуль упругости второго рода (модуль сдвига)

Для зубной коронки где R – радиус коронки, L - ее толщина, М – сумма внешних моментов.

Заключение: В лекции рассмотрены: Звук как физическая реальность и психофизическое явление Звуковые методы исследования в клинике Ультразвуковые колебания. Воздействия ультразвука на биологические ткани и применение УЗ методов в медицине. Основы прочности материалов применяемых в стоматологии

Тест-контроль Человек может слышать механические волны с частотой: 1. 0,5 Гц Гц Гц Гц.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА Обязательная: Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: учебник. -М.: Дрофа, Дополнительная: Федорова В.Н. Краткий курс медицинской и биологической физики с элементами реабилитологии: учебное пособие. -М.: Физматлит, Антонов В.Ф. Физика и биофизика. Курс лекций: учебное пособие.-М.: ГЭОТАР-Медиа, Богомолов В.М. Общая физиотерапия: учебник. -М.: Медицина, Самойлов В.О. Медицинская биофизика: учебник. -СПб.: Спецлит, Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике для самост. работы студентов /сост. О.Д. Барцева и др. -Красноярск: Литера-принт, Сборник задач по медицинской и биологической физике: учебное пособие для самост. работы студентов / сост. О.П.Квашнина и др. -Красноярск: тип.КрасГМА, Физика. Физические методы исследования в биологии и медицине: метод. указания к внеаудит. работе студентов по спец. – педиатрия / сост. О.П.Квашнина и др. - Красноярск: тип.КрасГМУ, Электронные ресурсы: ЭБС КрасГМУ Ресурсы интернет Электронная медицинская библиотека. Т.4. Физика и биофизика.- М.: Русский врач, 2004.

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ