Фамилия

№  группы

Дата

Протокол №2

Практическая работа: Ультразвук. Применение ультразвука в медицинской диагностике

Научиться объяснять природу и основные свойства ультразвука. Изучить принцип работы аппаратов УЗ-диагностики в различных режимах сканирования: А, В, М, допплеровском. Приобрести начальные умения расшифровки сонограмм.

Контрольные вопросы:

Какова физическая природа ультразвука (УЗ). Его основные физические характеристики: частота, длина волны, скорость распространения. Прямой и обратный пьезоэффект. Источники и приемники УЗ. Механическое и тепловое действие УЗ на вещество. Закон ослабления интенсивности ультразвуковой волны при прохождении через вещество. График. Отражение УЗ от границы раздела двух сред с разными плотностями. Физический смысл коэффициента отражения. Формула для расчета коэффициента отражения через параметры сред. В чём состоит идея УЗ эхолокации? Каким образом в эхолокации используются свойства отражения и ослабления УЗ волны? Как эхолокация используется в медицине? Что называют пределом разрешения УЗ эхолокатора? Компьютерное ультразвуковое исследование. Схема работы В-сканера. А-сканеры, и их применение в медицине. М-сканеры, и их применение в медицине. В чём состоит суть эффекта Доплера? Что такое сдвиг частоты, от чего зависит его величина и в каких случаях он меняет знак? Ультразвуковой метод измерения скорости кровотока.

Литература:

и др. Физика и биофизика. Практикум, М., ГЭОТАР-Медиа, 2008, стр. 131-139. Под редакцией проф. . Физика и биофизика,  М. ,ГЭОТАР-Медиа, 2008, стр. 46-63. Матиас Хофер. Ультразвуковая диагностика. М., Медицинская литература, 2009. Гюнтер Шмидт. Ультразвуковая диагностика. М., Медпресс-информ, 2009 , . Лучевая диагностика. М., Бином, 2015 Конспект лекций.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?
Теоретический блок. Физическая природа УЗ (записать уравнение плоской гармонической волны и построить её график):

Шкала механических волн (составить):


На основании рисунка (кристалл кварца) составить логические цепочки, объясняющие принципы работы генератора УЗ и приёмника УЗ (прямой (1) и обратный (2) пьезоэлектрические1  эффекты)

Свойства УЗ, обусловливающие его широкое применение в диагностике и лечении

Отражение (1) УЗ на границе раздела двух сред и поглощение (2) в среде (составить схему, поясняющую суть явления, записать основные соотношения между параметрами, описывающими рассматриваемое явление).

Отражения УЗ на границе раздела двух сред  2) Поглощение УЗ в среде

Идея эхолокации (НА ПРИМЕРЕ РАДИОЛОКАЦИИ). Составьте схему, иллюстрирующую работу эхолокатора.        Как рассчитать глубину локализации неоднородности?  Почему для локализации неоднородностей в воздухе не применяют УЗ?

Задание 1. 1). Составьте блок-схему работы ультразвукового эхолокатора «Ангиодин – Эхо/У» (ультразвукового эхолокатора «ЭХО-12»)

2). Изучите расшифровку картины на экране (Рис. 1) ультразвукового эхолокатора «Ангиодин – Эхо/У»  (одномерную эхограмму).

Рис.1. Простейшая эхограмма, наблюдаемая на экране «ЭХО-12»:

Зондирующий импульс; Отраженный импульс; Метка «начало отсчета»; Измерительная метка. Объясните различия в схематических изображениях эхоэнцефалограмм на рисунке 2.

Рис. 2.

Задание 2. 1) Составить блок-схему работы ультразвукового сканера, работающего в В-режиме сканирования:

2)Расшифруйте двумерные сонограммы:

Эхограмма камней в желчном пузыре. Какие структуры на изображении выглядят яркими, а какие темными? Для объяснения примените концепцию эхогенности.

Эхограмма цирроза печени. Какие структуры на изображении выглядят яркими, а какие темными? Для объяснения примените концепцию эхогенности.

Эхограмма опухоли в мочевом пузыре. Какие структуры на изображении выглядят яркими, а какие темными? Для объяснения примените концепцию эхогенности.

Эхограмма при М-сканировании сердца. Поясните результат сканирования.

Задание 3.  Эффект Доплера. 1) Описать принцип. Записать основные формулы, поясняющие явление)

А) Источник звука неподвижен относительно наблюдателей.

Б) Источник приближается к правому наблюдателю (удаляется от левого)



Составить блок-схему работы устройства, измеряющего скорость кровотока с помощью эффекта Доплера. Каким образом получают информацию о скорости и направлении движения объекта? В чем суть цветового доплеровского картирования?

Эхограмма при Доплеровском сканировании сосуда. Поясните методику получения и визуализации информации.

Задачи для решения на практическом занятии  «Ультразвук. Ультразвуковой энцефалограф» При переходе из одной среды в другую длина звуковой волны увеличилась в 2 раза. Как при этом изменилась частота звуковых колебаний? Плотность здоровой мышечной ткани составляет 1050кг/м3. Акустическое сопротивление ткани равно 1,63⋅106кг/м2с. При исследовании ультразвуком отраженный сигнал был принят через 2⋅10-5с после излучения. На какой глубине в мышечной ткани была обнаружена неоднородность? Движущийся по реке теплоход дает свисток частотой 400 Гц. Наблюдатель, стоящий на берегу, воспринимает звук свистка частотой 395 Гц. Принимая скорость звука равной 340м/с, определите скорость движения теплохода. Приближается или удаляется теплоход? При доплерографии ультразвук воздействует на кровь вместе с движущимися в ней эритроцитами. Ультразвуковая волна, генерируемая мембранами движущихся эритроцитов, воспринимается приёмником-преобразователем. При приближении эритроцита к датчику УЗ излучения частота принимаемого сигнала – н1, при удалении – н2. Определите скорость движения эритроцита, принимая, что скорость движения УЗ в крови, известна и равна ʋ. Определите глубину расположения трещины в кости, если при использовании ультразвукового эхолокатора ультразвуковой сигнал возвратился в датчик через 5⋅10-5 с. Скорость распространения ультразвука в костной ткани 3,5·103 м/с. Определите коэффициент отражения ультразвуковой волны на границе раздела костной ткани и крови, если плотность костной ткани - 1750 кг/м3,  крови – 1050 кг/м3. Скорости распространения УЗ в костной ткани – 3500м/с, в крови – 1500м/с. Каков физический смысл коэффициента отражения? Определите коэффициент отражения ультразвуковой волны на границе воздуха и мягких тканей, если плотность воздуха при нормальных условиях 1,3кг/м3, а мягких тканей – 1050 кг/м3. Скорости распространения УЗ в воздухе – 330 м/с, в мягких тканях – 1500м/с.

1 пьезо – от греч. слова «давить»