على الرغم من حقيقة أن دراسة الموجات فوق الصوتية بدأت منذ أكثر من مائة عام ، إلا أن نصف القرن الماضي فقط أصبحت مستخدمة على نطاق واسع في مختلف مجالات النشاط البشري. هذا يرجع إلى التطور النشط لكل من الأقسام الكمومية وغير الخطية من الصوتيات ، والإلكترونيات الكمومية وفيزياء الحالة الصلبة. اليوم ، لا تعد الموجات فوق الصوتية مجرد تسمية للمنطقة عالية التردد للموجات الصوتية ، بل هي اتجاه علمي كامل في الفيزياء والبيولوجيا الحديثة ، والتي ترتبط بالتقنيات الصناعية والمعلوماتية والقياسية ، فضلاً عن الأساليب التشخيصية والجراحية والعلاجية. الطب الحديث.
ما هذا؟
يمكن تقسيم جميع الموجات الصوتية إلى موجات مسموعة للإنسان - هذه ترددات من 16 إلى 18 ألف هرتز ، وتلك التي تقع خارج نطاق الإدراك البشري - الأشعة تحت الحمراء والموجات فوق الصوتية. تُفهم الأشعة تحت الصوتية على أنها موجات شبيهة بالصوت ، ولكن بترددات أقل من تلك التي تراها الأذن البشرية. الحد الأعلى للمنطقة فوق الصوتية هو 16 هرتز ، والحد الأدنى 0.001 هرتز.
الموجات فوق الصوتية- هذه أيضًا موجات صوتية ، ولكن ترددها فقط هو أعلى مما يمكن أن تراه المعينات السمعية البشرية. كقاعدة عامة ، تعني الترددات من 20 إلى 106 كيلو هرتز. يعتمد حدها الأعلى على الوسط الذي تنتشر فيه هذه الموجات. لذلك ، في الوسط الغازي ، الحد الأقصى هو 106 كيلو هرتز ، وفي المواد الصلبة والسوائل يصل إلى 1010 كيلو هرتز. توجد مكونات فوق صوتية في ضجيج المطر أو الرياح أو الشلالات ، وتصريفات الصواعق وسرقة الحصى التي تدحرجها أمواج البحر. بفضل القدرة على إدراك وتحليل الموجات فوق الصوتية ، تقوم الحيتان والدلافين والخفافيش والحشرات الليلية بتوجيه نفسها في الفضاء.
قليلا من التاريخ
تم إجراء الدراسات الأولى للموجات فوق الصوتية (الولايات المتحدة) في بداية القرن التاسع عشر من قبل العالم الفرنسي ف.سافارت ، الذي سعى إلى معرفة الحد الأعلى للتردد لمدى سماع المعينات السمعية البشرية. في المستقبل ، شارك علماء مشهورون مثل الألماني في.فين ، والإنجليزي ف.غالتون ، والروسي بي.ليبيديف ومجموعة من الطلاب في دراسة الموجات فوق الصوتية.
في عام 1916 ، تمكن الفيزيائي الفرنسي P. Langevin ، بالتعاون مع العالم المهاجر الروسي كونستانتين شيلوفسكي ، من استخدام الكوارتز لاستقبال وإرسال الموجات فوق الصوتية للقياسات البحرية واكتشاف الأجسام تحت الماء ، مما سمح للباحثين بإنشاء أول السونار المكون من جهاز إرسال واستقبال الموجات فوق الصوتية
في عام 1925 ، ابتكر الأمريكي دبليو بيرس جهازًا يسمى اليوم مقياس التداخل بيرس ، والذي يقيس السرعات والامتصاص بدقة كبيرةالموجات فوق الصوتية في الوسائط السائلة والغازية. في عام 1928 ، كان العالم السوفيتي س. سوكولوف أول من استخدم الموجات فوق الصوتية لاكتشاف العيوب المختلفة في المواد الصلبة ، بما في ذلك المعادن.
في فترة ما بعد الحرب في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي ، بناءً على التطورات النظرية لفريق من العلماء السوفييت برئاسة L. D Rozenberg ، بدأ استخدام الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في مختلف المجالات الصناعية والتكنولوجية. في الوقت نفسه ، وبفضل عمل العلماء البريطانيين والأمريكيين ، بالإضافة إلى أبحاث الباحثين السوفييت مثل R. V. Khokhlova و V. A. Krasilnikov والعديد غيرهم ، فإن الانضباط العلمي مثل الصوتيات غير الخطية يتطور بسرعة.
في نفس الوقت تقريبًا ، تم إجراء أولى المحاولات الأمريكية لاستخدام الموجات فوق الصوتية في الطب.
وضع العالم السوفيتي سوكولوف في نهاية الأربعينيات من القرن الماضي وصفًا نظريًا لأداة مصممة لتصور الأشياء غير الشفافة - مجهر "فوق صوتي". بناءً على هذه الأعمال ، في منتصف السبعينيات ، أنشأ خبراء من جامعة ستانفورد نموذجًا أوليًا لمجهر صوتي مسح.
الميزات
لها طبيعة مشتركة ، فإن موجات النطاق المسموع ، وكذلك الموجات فوق الصوتية ، تخضع للقوانين الفيزيائية. لكن الموجات فوق الصوتية بها عدد من الميزات التي تسمح باستخدامها على نطاق واسع في مختلف مجالات العلوم والطب والتكنولوجيا:
1. الطول الموجي الصغير. بالنسبة لأدنى مدى بالموجات فوق الصوتية ، لا يتجاوز بضعة سنتيمترات ، مما يتسبب في طبيعة انتشار الإشارة. في نفس الوقت ، الموجةمركزة ونشرها عوارض خطية.
2. فترة تذبذب غير مهمة ، بسبب الموجات فوق الصوتية التي يمكن أن تنبعث على شكل نبضات.
3. في البيئات المختلفة ، تتمتع الاهتزازات فوق الصوتية التي لا يتجاوز طولها الموجي 10 مم بخصائص مشابهة لأشعة الضوء ، مما يجعل من الممكن تركيز الاهتزازات ، وتشكيل إشعاع موجه ، أي ليس فقط إرسال الطاقة في الاتجاه الصحيح ، ولكن أيضًا تركيزها في الحجم المطلوب
4. مع سعة صغيرة ، من الممكن الحصول على قيم عالية من طاقة الاهتزاز ، مما يجعل من الممكن إنشاء مجالات وحزم فوق صوتية عالية الطاقة دون استخدام معدات كبيرة.
5. تحت تأثير الموجات فوق الصوتية على البيئة ، هناك العديد من التأثيرات الفيزيائية والبيولوجية والكيميائية والطبية المحددة ، مثل:
- تشتت
- تجويف ؛
- التفريغ ؛
- تدفئة محلية ؛
- تطهير و اكثر. الآخرين
المشاهدات
جميع ترددات الموجات فوق الصوتية مقسمة إلى ثلاثة أنواع:
- ULF - منخفض ، بمدى من 20 إلى 100 كيلو هرتز ؛
- MF - متوسط المدى - من 0.1 إلى 10 ميجاهرتز ؛
- UZVCh - عالي التردد - من 10 إلى 1000 ميجا هرتز.
اليوم ، الاستخدام العملي للموجات فوق الصوتية هو في المقام الأول استخدام الموجات منخفضة الكثافة لقياس والتحكم ودراسة الهيكل الداخلي للمواد والمنتجات المختلفة. تستخدم الترددات العالية للتأثير بنشاط على المواد المختلفة ، مما يسمح لك بتغيير خصائصهاوهيكل. تشخيص وعلاج العديد من الأمراض بالموجات فوق الصوتية (باستخدام ترددات مختلفة) هو مجال منفصل ونشط في مجال الطب الحديث.
أين يتم تطبيقه؟
في العقود الأخيرة ، لم يهتم المنظرون العلميون فقط بالموجات فوق الصوتية ، ولكن أيضًا الممارسين الذين يقدمونها بشكل متزايد في أنواع مختلفة من النشاط البشري. تستخدم وحدات الموجات فوق الصوتية اليوم من أجل:
| الحصول على معلومات حول المواد والمواد | أحداث | التردد بالكيلو هرتز | ||
| من | إلى | |||
| بحث عن تكوين وخصائص المواد | أجسام صلبة | 10 | 106 | |
| سوائل | 103 | 105 | ||
| غازات | 10 | 103 | ||
| التحكم في الأحجام والمستويات | 10 | 103 | ||
| سونار | 1 | 100 | ||
| تنظير العيوب | 100 | 105 | ||
| التشخيصات الطبية | 103 | 105 | ||
|
التأثيرات على المواد |
لحام وتصفيح | 10 | 100 | |
| لحام | 10 | 100 | ||
| تشوه بلاستيك | 10 | 100 | ||
| بالقطع | 10 | 100 | ||
| استحلاب | 10 | 104 | ||
| تبلور | 10 | 100 | ||
| رذاذ | 10-100 | 103-104 | ||
| تخثر الهباء الجوي | 1 | 100 | ||
| تشتت | 10 | 100 | ||
| تنظيف | 10 | 100 | ||
| العمليات الكيميائية | 10 | 100 | ||
| التأثير على الاحتراق | 1 | 100 | ||
| جراحة | 10 إلى 100 | 103إلى 104 | ||
| علاج | 103 | 104 | ||
| معالجة الإشارات وإدارتها | محولات كهربائية صوتية | 103 | 107 | |
| مرشحات | 10 | 105 | ||
| خطوط تأخير | 103 | 107 | ||
| أجهزة بصريات صوتية | 100 | 105 | ||
في عالم اليوم ، تعد الموجات فوق الصوتية أداة تكنولوجية مهمة في صناعات مثل:
- المعدنية ؛
- مادة كيميائية ؛
- زراعي
- نسيج ؛
- طعام ؛
- الدوائية ؛
- صناعة الآلات والأدوات ؛
- بتروكيماويات وتكرير وغيرها
بالإضافة إلى ذلك ، يتزايد استخدام الموجات فوق الصوتية في الطب. هذا ما سنتحدث عنه في القسم التالي.
الاستخدام الطبي
في الطب العملي الحديث ، هناك ثلاثة مجالات رئيسية لاستخدام الموجات فوق الصوتية بترددات مختلفة:
1. التشخيص.
2. العلاجية.
3. جراحي
دعونا نلقي نظرة فاحصة على كل من هذه المجالات الثلاثة.
التشخيص
من أحدث طرق التشخيص الطبي وأكثرها إفادة بالموجات فوق الصوتية. مزاياه التي لا شك فيها هي: تأثير ضئيل على الأنسجة البشرية ونسبة عالية من المعلومات
كما ذكرنا سابقًا الموجات فوق الصوتية هي موجات صوتية ،ينتشر في وسط متجانس في خط مستقيم وبسرعة ثابتة. إذا كانت هناك مناطق ذات كثافات صوتية مختلفة في طريقها ، فعندئذٍ ينعكس جزء من التذبذبات ، وينكسر الجزء الآخر ، مع استمرار حركته المستقيمة. وبالتالي ، كلما زاد الاختلاف في كثافة الوسائط الحدودية ، تنعكس الاهتزازات فوق الصوتية أكثر. يمكن تقسيم الطرق الحديثة للفحص بالموجات فوق الصوتية إلى تحديد الموقع وشفافة.
موقع الموجات فوق الصوتية
في عملية مثل هذه الدراسة ، يتم تسجيل نبضات تنعكس من حدود الوسائط ذات الكثافة الصوتية المختلفة. بمساعدة جهاز استشعار متحرك ، يمكنك ضبط حجم وموقع وشكل الكائن قيد الدراسة.
شفاف
تعتمد هذه الطريقة على حقيقة أن الأنسجة المختلفة لجسم الإنسان تمتص الموجات فوق الصوتية بشكل مختلف. أثناء دراسة أي عضو داخلي ، يتم توجيه موجة ذات شدة معينة إليه ، وبعد ذلك يتم تسجيل الإشارة المرسلة من الجانب الخلفي باستخدام جهاز استشعار خاص. يتم إعادة إنتاج صورة الكائن الممسوح ضوئيًا بناءً على التغيير في شدة الإشارة عند "الإدخال" و "الإخراج". تتم معالجة المعلومات المستلمة وتحويلها بواسطة جهاز كمبيوتر في شكل مخطط صدى (منحنى) أو مخطط بالموجات الصوتية - صورة ثنائية الأبعاد.
طريقة دوبلر
هذه هي أكثر طرق التشخيص تطورًا ، والتي تستخدم الموجات فوق الصوتية النبضية والمستمرة. يستخدم تصوير دوبلر على نطاق واسع في أمراض التوليد وأمراض القلب والأورام ، حيث يسمح بذلكتتبع حتى أصغر التغييرات في الشعيرات الدموية والأوعية الدموية الصغيرة.
مجالات تطبيق التشخيص
اليوم ، تُستخدم طرق التصوير بالموجات فوق الصوتية والقياس على نطاق واسع في المجالات الطبية مثل:
- التوليد ؛
- طب وجراحة العيون
- طب القلب ؛
- طب أعصاب حديثي الولادة و الرضع
- فحص الأعضاء الداخلية:
- الموجات فوق الصوتية للكلى ؛
- الكبد ؛
- المرارة والقنوات ؛
- الجهاز التناسلي للأنثى ؛
تشخيص الأعضاء الخارجية والسطحية (الغدة الدرقية والثديية)
استخدم في العلاج
التأثير العلاجي الرئيسي للموجات فوق الصوتية يرجع إلى قدرتها على اختراق الأنسجة البشرية ، وتسخينها وتسخينها ، وإجراء تدليك دقيق للمناطق الفردية. يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية للتأثيرات المباشرة وغير المباشرة على بؤرة الألم. بالإضافة إلى ذلك ، في ظل ظروف معينة ، يكون لهذه الموجات تأثير مضاد للجراثيم ومضاد للالتهابات ومسكن ومضاد للتشنج. تنقسم الموجات فوق الصوتية المستخدمة للأغراض العلاجية إلى اهتزازات عالية ومنخفضة الشدة.
إنها الموجات منخفضة الشدة الأكثر استخدامًا لتحفيز الاستجابات الفسيولوجية أو التسخين الطفيف غير الضار. أظهر العلاج بالموجات فوق الصوتية نتائج إيجابية في أمراض مثل:
- التهاب المفاصل ؛
- التهاب المفاصل ؛
- ألم عضلي ؛
- التهاب الفقار ؛
- ألم عصبي ؛
- الدوالي والقرحة الغذائية ؛
- التهاب الفقار اللاصق
- طمس التهاب باطنة.
دراسات جارية تستخدم الموجات فوق الصوتية لعلاج مرض مينيير وانتفاخ الرئة وقرحة الاثني عشر والمعدة والربو وتصلب الأذن.
جراحة الموجات فوق الصوتية
الجراحة الحديثة باستخدام الموجات فوق الصوتية تنقسم إلى مجالين:
- تدمير انتقائي لمناطق الأنسجة باستخدام موجات فوق صوتية خاصة عالية الكثافة يتم التحكم فيها بترددات تتراوح من 106إلى 107هرتز ؛
- باستخدام أداة جراحية ذات اهتزازات فوق صوتية متراكبة من 20 إلى 75 كيلو هرتز.
مثال على جراحة الموجات فوق الصوتية الانتقائية هو تكسير الحجارة بالموجات فوق الصوتية في الكلى. في عملية مثل هذه العملية غير الجراحية ، تعمل الموجات فوق الصوتية على الحجر عبر الجلد ، أي خارج جسم الإنسان.
للأسف ، هذه الطريقة الجراحية لها عدد من القيود. لا تستخدم السحق بالموجات فوق الصوتية في الحالات التالية:
- المرأة الحامل في أي وقت ؛
- إذا كان قطر الحجارة أكثر من سنتيمترين ؛
- لأي أمراض معدية ؛
- في وجود أمراض تعطل تخثر الدم الطبيعي ؛
- في حالة إصابات العظام الشديدة.
بالرغم من أن إزالة حصوات الكلى بالموجات فوق الصوتية تتم بدون جراحةالشقوق مؤلمة جدا وتجرى تحت التخدير العام او الموضعي
تستخدم الأدوات الجراحية بالموجات فوق الصوتية ليس فقط للتشريح الأقل إيلامًا للعظام والأنسجة الرخوة ، ولكن أيضًا لتقليل فقدان الدم.
دعونا نوجه انتباهنا نحو طب الأسنان. تزيل الموجات فوق الصوتية حصوات الأسنان بشكل أقل إيلامًا ، كما أن جميع عمليات التلاعب التي يقوم بها الطبيب أسهل بكثير. بالإضافة إلى ذلك ، في ممارسة الصدمات وتقويم العظام ، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية لاستعادة سلامة العظام المكسورة. خلال هذه العمليات ، يتم ملء الفراغ بين شظايا العظام بمركب خاص يتكون من رقائق العظام وبلاستيك سائل خاص ، ومن ثم يتم تعريضه للموجات فوق الصوتية ، مما يؤدي إلى ربط جميع المكونات بإحكام. أولئك الذين خضعوا لتدخلات جراحية تم خلالها استخدام الموجات فوق الصوتية يتركون مراجعات مختلفة - إيجابية وسلبية. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه لا يزال هناك المزيد من المرضى الراضين!
