De 21e eeuw is de eeuw van radio-elektronica, het atoom, ruimteverkenning en echografie. De wetenschap van echografie is tegenwoordig relatief jong. Aan het einde van de 19e eeuw voerde P. N. Lebedev, een Russische fysioloog, zijn eerste studies uit. Daarna begonnen veel vooraanstaande wetenschappers echografie te bestuderen.
Wat is echografie?
Echografie is een zich voortplantende golvende oscillerende beweging die de deeltjes van het medium maken. Het heeft zijn eigen kenmerken, waarin het verschilt van de geluiden van het hoorbare bereik. Gerichte straling in het ultrasone bereik is relatief eenvoudig te verkrijgen. Bovendien stelt hij goed scherp en als gevolg hiervan neemt de intensiteit van de gemaakte trillingen toe. Bij de voortplanting in vaste stoffen, vloeistoffen en gassen geeft ultrageluid aanleiding tot interessante fenomenen die praktische toepassing hebben gevonden in veel gebieden van technologie en wetenschap. Dit is wat echografie is, waarvan de rol in verschillende levenssferen tegenwoordig erg groot is.
De rol van echografie in wetenschap en praktijk
Echografie begon de afgelopen jaren een rol te spelen in wetenschappelijk onderzoekeen steeds belangrijkere rol. Experimentele en theoretische studies op het gebied van akoestische stromingen en ultrasone cavitatie werden met succes uitgevoerd, waardoor wetenschappers technologische processen konden ontwikkelen die optreden bij blootstelling aan ultrageluid in de vloeibare fase. Het is een krachtige methode om verschillende fenomenen in een kennisgebied als de natuurkunde te bestuderen. Echografie wordt bijvoorbeeld gebruikt in de halfgeleider- en vastestoffysica. Tegenwoordig wordt een aparte tak van chemie gevormd, genaamd "ultrasone chemie". De toepassing ervan maakt het mogelijk om veel chemisch-technologische processen te versnellen. Moleculaire akoestiek werd ook geboren - een nieuwe tak van akoestiek die de moleculaire interactie van geluidsgolven met materie bestudeert. Er zijn nieuwe toepassingsgebieden van echografie verschenen: holografie, introscopie, akoestische-elektronica, ultrasone fasemeting, kwantumakoestiek.
Naast experimenteel en theoretisch werk op dit gebied, is er vandaag veel praktisch werk verricht. Er zijn speciale en universele ultrasone machines ontwikkeld, installaties die werken onder verhoogde statische druk, enz. Er zijn automatische ultrasone installaties opgenomen in productielijnen in productie genomen, wat de arbeidsproductiviteit aanzienlijk kan verhogen.
Meer over echografie
Laten we het hebben over wat echografie is. We hebben al gezegd dat dit elastische golven en trillingen zijn. De frequentie van ultrageluid is meer dan 15-20 kHz. De subjectieve eigenschappen van ons gehoor bepalen de ondergrens van ultrasone frequenties, diescheidt het van de frequentie van het hoorbare geluid. Deze grens is daarom voorwaardelijk en ieder van ons definieert anders wat echografie is. De bovengrens wordt aangegeven door elastische golven, hun fysieke aard. Ze planten zich alleen voort in een materieel medium, dat wil zeggen dat de golflengte aanzienlijk groter moet zijn dan het gemiddelde vrije pad van de moleculen die in het gas aanwezig zijn of de interatomaire afstanden in vaste stoffen en vloeistoffen. Bij normale druk in gassen is de bovengrens van ultrasone frequenties 109 Hz, en in vaste stoffen en vloeistoffen - 1012-10 13 Hz.
Ultrasone bronnen
Echografie wordt in de natuur aangetroffen als onderdeel van veel natuurlijke geluiden (waterval, wind, regen, kiezelstenen die door de branding worden opgerold, evenals in de geluiden die gepaard gaan met onweersbuien, enz.), en als een integraal onderdeel van de dierenwereld. Sommige diersoorten gebruiken het voor oriëntatie in de ruimte, detectie van obstakels. Ook is bekend dat dolfijnen in de natuur gebruik maken van ultrageluid (voornamelijk frequenties van 80 tot 100 kHz). In dit geval kan het vermogen van de locatiesignalen die ze uitzenden erg groot zijn. Van dolfijnen is bekend dat ze scholen vissen tot op een kilometer afstand kunnen detecteren.
Verzenders (bronnen) van ultrageluid zijn verdeeld in 2 grote groepen. De eerste is generatoren, waarin oscillaties worden opgewekt door de aanwezigheid van obstakels erin geïnstalleerd in het pad van een constante stroom - een straal vloeistof of gas. De tweede groep waarin ultrasone bronnen kunnen worden gecombineerd, is:elektro-akoestische transducers die bepaalde fluctuaties in stroom of elektrische spanning omzetten in een mechanische trilling die wordt veroorzaakt door een vast lichaam dat akoestische golven naar de omgeving uitstra alt.
Ultrasound ontvangers
Bij gemiddelde en lage frequenties zijn ultrasone ontvangers meestal piëzo-elektrische elektro-akoestische transducers. Ze kunnen de vorm van het ontvangen akoestische signaal reproduceren, weergegeven als een tijdsafhankelijkheid van de geluidsdruk. Apparaten kunnen breedband of resonant zijn, afhankelijk van de toepassingsomstandigheden waarvoor ze zijn bedoeld. Thermische ontvangers worden gebruikt om over de tijd gemiddelde geluidsveldkarakteristieken te verkrijgen. Het zijn thermistoren of thermokoppels gecoat met een geluidsabsorberende stof. Geluidsdruk en -intensiteit kunnen ook worden geschat met optische methoden, zoals de diffractie van licht door ultrageluid.
Waar wordt echografie gebruikt?
Er zijn veel toepassingsgebieden, terwijl verschillende functies van echografie worden gebruikt. Deze gebieden zijn grofweg in te delen in drie gebieden. De eerste houdt verband met het verkrijgen van verschillende informatie door middel van ultrasone golven. De tweede richting is de actieve invloed op de stof. En de derde houdt verband met de overdracht en verwerking van signalen. In beide gevallen wordt US van een bepaald frequentiebereik gebruikt. We zullen slechts enkele van de vele gebieden behandelen waarin het zijn weg heeft gevonden.
Ultrasoon reinigen
De kwaliteit van deze reiniging is niet te vergelijken met andere methoden. Bij het spoelen van onderdelen blijft bijvoorbeeld tot 80% van de verontreinigingen op hun oppervlak achter, ongeveer 55% - bij vibratiereiniging ongeveer 20% - bij handmatige reiniging en bij ultrasone reiniging blijft niet meer dan 0,5% verontreinigingen achter. Details met een complexe vorm kunnen alleen goed worden gereinigd met behulp van echografie. Een belangrijk voordeel van het gebruik ervan is een hoge productiviteit, evenals lage kosten van fysieke arbeid. Bovendien kunt u dure en ontvlambare organische oplosmiddelen vervangen door goedkope en veilige waterige oplossingen, vloeibare freon gebruiken, enz.
Een ernstig probleem is luchtvervuiling met roet, rook, stof, metaaloxiden, enz. U kunt de ultrasone methode gebruiken voor het reinigen van lucht en gas in gasuitlaten, ongeacht de vochtigheid en temperatuur van de omgeving. Als een ultrasone zender in een stofkamer wordt geplaatst, zal de efficiëntie ervan honderden keren toenemen. Wat is de essentie van zo'n zuivering? Willekeurig in de lucht bewegende stofdeeltjes raken elkaar sterker en vaker onder invloed van ultrasone trillingen. Tegelijkertijd neemt hun omvang toe vanwege het feit dat ze samensmelten. Coagulatie is het proces van deeltjesvergroting. Speciale filters vangen hun gewogen en vergrote clusters op.
Bewerking van broze en superharde materialen
Als u tussen het werkstuk en het werkoppervlak van het gereedschap komt met behulp van ultrageluid, schurend materiaal, dan de schurende deeltjes tijdens het gebruikzender zal het oppervlak van dit onderdeel beïnvloeden. In dit geval wordt het materiaal vernietigd en verwijderd, onderworpen aan verwerking onder invloed van verschillende gerichte micro-impacts. De kinematica van de verwerking bestaat uit de hoofdbeweging - snijden, dat wil zeggen de longitudinale trillingen die door het gereedschap worden gemaakt, en de hulpbeweging - de invoerbeweging die de machine uitvoert.
Echografie kan verschillende taken uitvoeren. Voor slijpkorrels is de energiebron longitudinale trillingen. Ze vernietigen het verwerkte materiaal. De voerbeweging (hulp) kan cirkelvormig, transversaal en longitudinaal zijn. Ultrasone verwerking is nauwkeuriger. Afhankelijk van de korrelgrootte van het schuurmiddel varieert deze van 50 tot 1 micron. Met gereedschappen van verschillende vormen kunt u niet alleen gaten maken, maar ook complexe sneden, gebogen assen, graveren, slijpen, matrices maken en zelfs een diamant boren. Materialen die als schuurmiddel worden gebruikt - korund, diamant, kwartszand, vuursteen.
Echografie in radio-elektronica
Echografie in technologie wordt vaak gebruikt op het gebied van radio-elektronica. In dit gebied wordt het vaak nodig om een elektrisch signaal te vertragen ten opzichte van een ander signaal. Wetenschappers hebben een goede oplossing gevonden door het gebruik van ultrasone vertragingslijnen (kortweg LZ) voor te stellen. Hun werking is gebaseerd op het feit dat elektrische impulsen worden omgezet in ultrasone mechanische trillingen. Hoe gebeurt het? Het feit is dat de snelheid van ultrageluid aanzienlijk minder is dan die ontwikkeld door elektromagnetische oscillaties. Pulsspanning na de omgekeerde transformatie in elektrische mechanische trillingen zal worden vertraagd aan de uitgang van de lijn ten opzichte van de ingangspuls.
Piezo-elektrische en magnetostrictieve transducers worden gebruikt om elektrische trillingen om te zetten in mechanische en vice versa. LZ zijn respectievelijk onderverdeeld in piëzo-elektrisch en magnetostrictief.
Echografie in de geneeskunde
Verschillende soorten ultrageluid worden gebruikt om levende organismen te beïnvloeden. In de medische praktijk is het gebruik ervan nu erg populair. Het is gebaseerd op de effecten die optreden in biologische weefsels als er ultrageluid doorheen gaat. De golven veroorzaken fluctuaties in de deeltjes van het medium, waardoor een soort weefselmicromassage ontstaat. En de absorptie van ultrageluid leidt tot hun lokale verwarming. Tegelijkertijd vinden bepaalde fysisch-chemische transformaties plaats in biologische media. Deze verschijnselen veroorzaken bij matige geluidsintensiteit geen onomkeerbare schade. Ze verbeteren alleen het metabolisme en dragen daarom bij aan de vitale activiteit van het lichaam dat eraan wordt blootgesteld. Dergelijke verschijnselen worden gebruikt bij ultrageluidtherapie.
Echografie in chirurgie
Cavitatie en sterke verhitting bij hoge intensiteiten leiden tot weefselvernietiging. Dit effect wordt tegenwoordig gebruikt bij chirurgie. Gefocuste echografie wordt gebruikt voor chirurgische ingrepen, waardoor lokale vernietiging in de diepste structuren (bijvoorbeeld de hersenen) mogelijk is, zonder de omliggende structuren te beschadigen. Echografie wordt ook gebruikt bij chirurgiegereedschappen waarbij het werkende uiteinde eruitziet als een vijl, scalpel, naald. De trillingen die erop worden uitgeoefend, geven deze instrumenten nieuwe kwaliteiten. De benodigde kracht wordt aanzienlijk verminderd, daarom wordt het trauma van de operatie verminderd. Bovendien manifesteert zich een analgetisch en hemostatisch effect. Impact met een stomp instrument met behulp van echografie wordt gebruikt om bepaalde soorten neoplasmata te vernietigen die in het lichaam zijn verschenen.
Impact op biologische weefsels wordt uitgevoerd om micro-organismen te vernietigen en wordt gebruikt bij de sterilisatieprocessen van medicijnen en medische instrumenten.
Onderzoek van inwendige organen
We hebben het vooral over de studie van de buikholte. Hiervoor wordt een speciaal apparaat gebruikt. Echografie kan worden gebruikt om verschillende weefsel- en anatomische afwijkingen te vinden en te herkennen. De uitdaging is vaak als volgt: een maligniteit wordt vermoed en moet worden onderscheiden van een goedaardige of infectieuze laesie.
Echografie is nuttig bij het onderzoeken van de lever en voor andere taken, waaronder het opsporen van obstructies en ziekten van de galwegen, evenals het onderzoek van de galblaas om de aanwezigheid van stenen en andere pathologieën daarin te detecteren. Daarnaast kunnen testen op cirrose en andere diffuse goedaardige leverziekten worden gebruikt.
Op het gebied van gynaecologie, voornamelijk bij de analyse van de eierstokken en baarmoeder, is het gebruik van echografie een lange tijdde hoofdrichting waarin het bijzonder succesvol wordt uitgevoerd. Vaak is hier ook differentiatie van goedaardige en kwaadaardige formaties nodig, wat meestal het beste contrast en de beste ruimtelijke resolutie vereist. Soortgelijke conclusies kunnen nuttig zijn bij de studie van vele andere interne organen.
Het gebruik van echografie in de tandheelkunde
Echografie heeft ook zijn weg gevonden naar de tandheelkunde, waar het wordt gebruikt om tandsteen te verwijderen. Hiermee kunt u snel, bloedloos en pijnloos tandplak en steen verwijderen. Tegelijkertijd is het mondslijmvlies niet gewond en worden de "zakken" van de holte gedesinfecteerd. In plaats van pijn ervaart de patiënt een gevoel van warmte.
