- •1. Незатухающие гармонические колебания
- •2. Затухающие гармонические колебания
- •3. Вынужденные колебания
- •5. Биофизика слуха. Звук. Ультразвук.
- •7. Звуковые волны
- •8. Ультразвук
- •11.- 16. Элементы биофизики кровообращения
- •11. І. Реологические свойства крови
- •12. Законы течения вязких жидкостей
- •14. Основные законы гемодинамики
- •16. Распределение среднего давления
- •17. Элементы биомеханики сердца
- •19. Электрические свойства тканей и органов
- •21. Электропроводимость биологических тканей и жидкостей
- •23. Биопотенциалы
- •1.6. Электрокардиография. Реография
- •24. Физические основы реографии
- •25. Основы электротерапии
- •26.Разновидности терапевтических методов
- •28. Тепловое излучение и его характеристики
- •29. Абсолютно черное тело. Серые тела
- •30. Законы теплового излучения
- •31. Тепловое излучение тела человека
- •33. Рентгеновское излучение
- •35. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом
- •37. Методы рентгеновской диагностики
- •38. Элементы радиационной физики. Основы дозиметрии
- •35. Взаимодействие радиоактивных излучений с веществом
- •41. Дозиметрия радиоактивных излучений
7. Звуковые волны
Звук – это механическая волна, частота которой лежит в пределах , – инфразвук, – ультразвук.
Различают музыкальные тоны (это монохроматическая волна с одной частотой или состоящая из простых волн с дискретным набором частот – сложный тон).
Шум – это механическая волна с непрерывным спектром и хаотически изменяющимися амплитудами и частотами.
Характеристики звука
Энергетической характеристикой звука является интенсивность.
На практике для оценки звука удобнее использовать звуковое давление.
Звуковое давление () – это избыток давления в звуковой волне над атмосферным.
, ,
где – скорость звука, – интенсивность звуковой волны.
Характеристики слухового ощущения
Высота тона – зависит от частоты, чем выше частота, тем выше звук (определяется минимальной частотой акустического спектра, рис. 14).
Т
Рис. 14.
Акустический спектр
Громкость – субъективная характеристика звука, которая характеризует уровень слухового ощущения.
–коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности;
–интенсивность исследуемого звука;
–порог слышимости; – порог болевых ощущений.
Для , , .
Единицей измерения громкости, является Белл – это громкость звука, которая при имеет , при этом .
. 1 Децибел (дБ) или 1 фон = 0,1 Б.
Зависимость громкости от частоты учитывают с помощью кривых равных громкостей, получаемых экспериментально, и используется для оценки дефектов слуха. Метод измерения остроты слуха называется аудиометрия. Прибор для измерения громкости называется шумомер. Норма громкости звука должна составлять 40 – 60 дБ.
8. Ультразвук
Ультразвук – это механическая волна с частотой . Верхним пределом ультразвуковой частоты можно считать 10 9 – 10 10 Гц.
В 1880 г. П. Кюри открыл пьезоэффект.
Для получения ультразвука используют ультразвуковые излучатели, основанные на обратном пьезоэлектрическом эффекте: к электродам прикладывается переменное электрическое поле и пластинка кварца (сегнетовой соли, титаната бария) начинает вибрировать, излучая механическую волну определенной частоты.
Приемник ультразвука использует прямой пьезоэффект: возникновение разности потенциалов на гранях пьезокристалла при его деформации.
Свойства ультразвука используемые в медицине
Первичным механизмом ультразвуковой терапии является механическое и тепловое действие на ткань.
1. Высокая частота соответствует большой интенсивности ультразвука:
, пропорционально ();
, тогда пропорционально .
Свойства большой интенсивности используются для разрушения биомакромолекул, клеток и микроорганизмов, применяется в урологии для разрушения камней и др.
2. Соотношение длины волны и линейных размеров препятствия определяет поведение ультразвука.
если то .
а) Если соизмерим с , то наблюдается явление дифракции.
Дифракция – это огибание волной препятствия.
б) Если , то наблюдается ультразвуковая тень, а также отражение и поглощение ультразвуковой волны (УЗ – эхолокация).
в) Поглощение. При переходе из одной среды в другую интенсивность ультразвука изменяется по формуле: ;
где волновое сопротивление.
Волновое сопротивление биологических сред в 3000 раз больше воздуха. Поэтому, если УЗ-излучатель приложить к телу человека, то ультразвук не проникает и будет отражаться. Чтобы исключить воздушный слой, поверхность УЗ-излучателей покрывают слоем масла.
Эти свойства используются в ультразвуковой диагностике, применяя диапазон частот от 1 до 20 МГц и , которая не вызывает никаких патологических изменений в биологических тканях.
3. Явление кавитации – это сжатие и разряжение частиц среды, приводящие к образованию разрывов сплошной среды (при). При кавитации выделяется энергия, происходит нагревание веществ, а также ионизация и диссоциация молекул.
Обычно для терапевтических целей применяют ультразвук
, .
Проходя через биоткань интенсивность ультразвука уменьшается по закону:
d –толщина биоткани; – монохроматический коэффициент поглощения (для разных длин волн – разный).
Эффект воздействия ультразвука на клетку:
микромассаж на клеточном и субклеточном уровне;
изменение проницаемости мембран клетки (перестройка и повреждение);
улучшение обменных процессов (рассасываются инфильтраты);
разрушение клеток и микроорганизмов;
тепловое действие.
Эффект воздействия ультразвука на вещество:
перемешивание слоев жидкости и газообразной среды, обусловленное явлением кавитации, приводит к выделению тепла;
прохождение ультразвука через вещество может сопровождаться люминесценцией (свечение вещества);
фонофорез – введение лекарственных веществ под воздействием ультразвука вследствие изменения проницаемости мембран.
Способность ультразвука дробить тела, помещенные в жидкость, и создавать эмульсии используется в фармацевтической промышленности при изготовлении лекарств. При лечении бронхиальной астмы, катаракты верхних дыхательных путей применяются аэрозоли различных лекарственных веществ, полученных с помощью ультразвука.