Fala
Zaburzenia stanu ośrodka, rozchodzące się w
nim ze skończoną prędkością i niosące ze
sobą energię
Fala
Zaburzenia stanu ośrodka, rozchodzące się w
nim ze skończoną prędkością i niosące ze
sobą energię
Fale na wodzie i fale d
ź
wi
ę
kowe to typowe przykłady tzw. fal
mechanicznych, które definiuje si
ę
w fizyce jako zaburzenia stanu o
ś
rodka,
rozchodz
ą
ce si
ę
w nim ze sko
ń
czon
ą
pr
ę
dko
ś
ci
ą
i nios
ą
ce ze sob
ą
okre
ś
lon
ą
energi
ę
. Fale te maja pewne wspólne cechy, a mianowicie podlegaj
ą
zasadom
Newtona i mog
ą
istnie
ć
wył
ą
cznie w o
ś
rodku materialnym np. w wodzie czy
powietrzu
Fala d
ź
wi
ę
kowa powstaj
ą
ca i rozchodz
ą
ca si
ę
w powietrzu cechuje si
ę
wyst
ę
powaniem
w
swym
przebiegu
zag
ę
szcze
ń
i
rozrzedze
ń
przesuwaj
ą
cych si
ę
w kierunku rozchodzenia si
ę
fali. Odpowiednio w
miejscu zag
ę
szczenia działaj
ą
siły
ś
ciskaj
ą
ce a w miejscu rozrzedzenia siły
rozci
ą
gaj
ą
ce. Zag
ę
szczenia powstaj
ą
w miejscach, w których cz
ą
steczki
ulegaj
ą
wychyleniu w kierunku rozchodzenia si
ę
fali; rozrzedzenia natomiast
powstaj
ą
w miejscach, gdzie cz
ą
steczki ulegaj
ą
wychyleniu w kierunku przeciwnym
Istot
ą
fal akustycznych s
ą
periodyczne drgania cz
ą
stek
ś
rodowiska a dla jej
zobrazowania posłu
Ŝ
y
ć
si
ę
mo
Ŝ
na wykresem funkcji sinus lub cosinus.
Podłu
Ŝ
ne rozchodzenie si
ę
fali d
ź
wi
ę
kowej ( kolejne fazy) i zwi
ą
zana z ni
ą
fala
ci
ś
nieniowa (Jaroszyk, 2001 )
Parametry fal d
ź
wi
ę
kowych
Do opisu fal d
ź
wi
ę
kowych i ich własno
ś
ci wykorzystuje si
ę
takie parametry jak
długo
ść
fali, cz
ę
stotliwo
ść
, amplitud
ę
, pr
ę
dko
ść
oraz energi
ę
.
Długo
ść
fali (
λ
) to odległo
ść
mi
ę
dzy dwoma s
ą
siaduj
ą
cymi zag
ę
szczeniami lub
rozrzedzeniami, czyli mi
ę
dzy dwiema najbli
Ŝ
ej poło
Ŝ
onymi cz
ą
steczkami, które
s
ą
w tej samej fazie ruchu. Długo
ść
fali d
ź
wi
ę
kowej zale
Ŝ
y od pr
ę
dko
ś
ci jej
rozchodzenia si
ę
i cz
ę
stotliwo
ś
ci drga
ń
. Oblicza si
ę
ja dziel
ą
c pr
ę
dko
ść
fali (c)
przez cz
ę
sto
ść
drga
ń
(f) i wyra
Ŝ
a wzorem:
λ
= c/f
gdzie
λ
- długo
ść
fali;
c - pr
ę
dko
ść
fali
f – cz
ę
sto
ść
drga
ń
Jednostka długo
ś
ci fali w układzie SI jest 1 m (Jaroszyk, 2001)
Cz
ę
sto
ść
fali (f)
jest to liczba drga
ń
wykonanych w ci
ą
gu jednostki czasu (zazwyczaj w ci
ą
gu 1
sekundy). Cz
ę
sto
ść
drga
ń
mierzy si
ę
w hercach, gdzie 1 Hz to cz
ę
stotliwo
ść
jednego drgania w ci
ą
gu jednej sekundy.
Fale d
ź
wi
ę
kowe przewodzi
ć
mo
Ŝ
e nie tylko powietrze. W ró
Ŝ
nych
ś
rodowiskach
pr
ę
dko
ść
rozchodzenia si
ę
tej samej fali d
ź
wi
ę
kowej jest inna.
Ze wzgl
ę
du na to,
Ŝ
e pr
ę
dko
ś
ci fal s
ą
ró
Ŝ
ne w ró
Ŝ
nych o
ś
rodkach, a cz
ę
stotliwo
ść
jest stała, zmianie ulega równie
Ŝ
długo
ść
fali. Np. dla cz
ę
stotliwo
ś
ci 1 MHz
długo
ść
fali w wodzie wynosi ok. 1,5 mm i jest około 5 razy dłu
Ŝ
sza ni
Ŝ
fale tej
samej cz
ę
stotliwo
ś
ci w powietrzu (Jaroszyk, 2001).
Pr
ę
dko
ść
fali d
ź
wi
ę
kowej (c)
zale
Ŝ
y od g
ę
sto
ś
ci o
ś
rodka i wła
ś
ciwo
ś
ci spr
ęŜ
ystych materiału, w którym si
ę
rozchodzi; nie zale
Ŝ
y natomiast od cz
ę
stotliwo
ś
ci (Jaroszyk, 2001). Pr
ę
dko
ść
rozchodzenia si
ę
fali d
ź
wi
ę
kowej zwi
ę
ksza si
ę
wraz ze zwi
ę
kszeniem spr
ęŜ
ysto
ś
ci
i maleje ze zwi
ę
kszeniem g
ę
sto
ś
ci o
ś
rodka, w którym fala si
ę
rozprzestrzenia.
Najmniejsza jest w gazach,
ś
rednia w cieczach a najwi
ę
ksza w ciałach stałych.
Zaburzenia akustyczne w o
ś
rodku spr
ęŜ
ystym charakteryzowane jest przez
zmian
ę
ci
ś
nienia, temperatury, g
ę
sto
ś
ci i pr
ę
dko
ś
ci drgaj
ą
cych cz
ą
steczek.
Pr
ę
dko
ść
rozchodzenia si
ę
fal d
ź
wi
ę
kowych w o
ś
rodkach materialnych zale
Ŝ
y
wi
ę
c nie tylko od rodzaju o
ś
rodka, ale równie
Ŝ
od jego temperatury czy
wilgotno
ś
ci.
W powietrzu pr
ę
dko
ść
rozchodzenia si
ę
d
ź
wi
ę
ku waha si
ę
od warto
ś
ci 332 do 343
m/s. W wodzie głos rozchodzi si
ę
z pr
ę
dko
ś
ci
ą
około 1500m/s, a w ciałach stałych
d
ź
wi
ę
k rozchodzi si
ę
najszybciej, bo a
Ŝ
z pr
ę
dko
ś
ci
ą
5 km/s.
Nat
ęŜ
enie fali d
ź
wi
ę
kowej (I)
Nat
ęŜ
enie (I) fali d
ź
wi
ę
kowej mo
Ŝ
na te
Ŝ
wyrazi
ć
inn
ą
zale
Ŝ
no
ś
ci
ą
:
I = E / S · t
gdzie:
I – nat
ęŜ
enie fali
E – energia przenoszona przez fal
ę
S – powierzchnia prostopad
ł
a do kierunku rozchodzenia si
ę
fali
t – czas
Nat
ęŜ
enie podaje si
ę
wówczas w warto
ś
ciach bezwzgl
ę
dnych w jednostkach: W/m². Jednak w praktyce poziom
g
ł
o
ś
no
ś
ci podaje si
ę
w belach (B) lub decybelach (dB). Pomiar g
ł
o
ś
no
ś
ci opiera si
ę
na porównaniu nat
ęŜ
enia d
ź
wi
ę
ku
ocenianego z nat
ęŜ
eniem d
ź
wi
ę
ku wzorcowego.
Z rozwojem aparatury pomiarowej wyznaczono warto
ść
progow
ą
nat
ęŜ
enia d
ź
wi
ę
ku s
ł
yszalnego dla cz
ł
owieka
(10dB) oraz warto
ść
pojawienia si
ę
odczucia bólu (130dB).
Amplituda fali (Am)
to bezwzgl
ę
dna warto
ść
maksymalnego wychylenia drgaj
ą
cej cz
ą
stki z poło
Ŝ
enia
równowagi. Od warto
ś
ci amplitudy fali zale
Ŝ
y jej nat
ęŜ
enie.
Zakres słyszalno
ś
ci ucha
ludzkiego
drgania mechaniczne o częstotliwości
od 20 Hz do 20 kHz
Istot
ą
fal akustycznych s
ą
periodyczne drgania cz
ą
stek
ś
rodowiska. Energia sił
spr
ęŜ
ysto
ś
ci danego o
ś
rodka stanowi
ź
ródło energii drgaj
ą
cych cz
ą
stek tego
o
ś
rodka (składa si
ę
ona z energii cz
ą
stek b
ę
d
ą
cych w chwilowym ruchu oraz
energii potencjalnej cz
ą
stek rozrzedzonych i zag
ę
szczonych wszystkich cz
ą
stek
drgaj
ą
cych). Suma energii, przy stałej cz
ę
sto
ś
ci drga
ń
, jest proporcjonalna do
kwadratu amplitudy drga
ń
lub proporcjonalna do kwadratu cz
ę
sto
ś
ci drga
ń
przy
stałej amplitudzie (Straburzy
ń
ski, 2000).
Infradźwięki i wibracje
•poniŜej 120 dB - krótki czas działania
nieszkodliwe; mało zbadane
•120-140 dB - lekkie zakłócenia procesów
fizjologicznych, uczucie nadmiernego
zmęczenia
•140-160 dB- po 2 min zakłócenia zmysłu
równowagi, wymioty; dłuŜszy czas działania
- trwałe uszkodzenia
•powyŜej 170 dB- przekrwienie płuc- śmierć
zwierząt doświadczalnych
Ze względu na małą częstotliwość, duŜą
długość fali (10 Hz, 34m, powietrze) i
małe
tłumienie
w
ośrodkach,
infradźwięki mogą rozchodzić się na
duŜe odległości i przenikać np. przez
ściany;
trudno
się
przed
nimi
zabezpieczyć
Wibracje
Drgania o częstotliwości kilkunastu Hz
- przenoszą się na Ŝywy organizm
przez bezpośredni kontakt z układem
drgającym
Wibracje - działanie
biologiczne
ZaleŜy od amplitudy i częstotliwości
zgodność z częstotliwością drgań
własnych narządów - zjawisko rezonansu
Wibracje - działanie
biologiczne
4 -10 Hz - rezonans narządów klatki
piersiowej i jamy brzusznej
10-18 Hz pęcherz moczowy
Wibracje - działanie
biologiczne
oscylacyjne rozciąganie i przemieszczanie tkanek
-
ból w klatce piersiowej
zaburzenia oddechowe
zmiany naczyniowe
zmiany w układzie kostno-stawowym
zaburzenia hormonalne
zaburzenia biochemiczne
choroba wibracyjna
- (kompresory, szlifierki, młoty
pneumatyczne)
Ultradźwięki
Fale
mechaniczne
występujące
w
ośrodkach gazowych, ciekłych i stałych o
częstotliwościach większych od górnej
granicy słyszalności ucha ludzkiego, czyli
20 kHz
Generowanie
ultradźwięków
Zjawisko piezoelektryczne (proste i
odwrotne)
- wykorzystywane do tworzenia drgań o
dowolnie regulowanej częstotliwości
kwarc, tytanian baru, cyrkonian ołowiu,
tytanian ołowiu
Zjawisko piezoelektryczne
Wytwarzanie potencjału elektrycznego,
gdy kryształ jest ściskany - napięcie jest
proporcjonalne do siły ściskającej.
Jeśli kryształ jest rozciągany, napięcie
zmienia znak na przeciwny
Zjawisko piezoelektryczne
odwrotne
polega na kurczeniu i rozszerzaniu się płytki
wyciętej z kryształu w odpowiedniej orientacji
zaleŜnie od znaku przyłoŜonego napięcia -
płytki wycięte z kryształu w odpowiedzi na
sygnał wysokiej częstotliwości wytwarzają
drgania ultradźwiękowe, a takŜe mogą
dokładnie
zmieniać
energię
fal
ultradźwiękowych
na
odpowiedni
sygnał
elektryczny
Rozchodzenie się
ultradźwięków w tkankach
• odbicie
• załamanie
• rozproszenie
• absorpcja
Rozchodzenie się
ultradźwięków w tkankach
Ilo
ś
ciowy udział tych zjawisk zale
Ŝ
y od:
• rodzaju tkanki (mi
ę
kka np. mi
ęś
nie, twarda np. kostna)
• cz
ę
stotliwo
ść
ultrad
ź
wi
ę
ku
• stosunek długo
ś
ci fali do rozmiaru struktury
• orientacji powierzchni wzgl
ę
dem kierunku padaj
ą
cej
fali
• oporu akustycznego o
ś
rodka (Z)
Płaska fala docieraj
ą
c do granicy dwóch o
ś
rodków, które ró
Ŝ
ni
ą
si
ę
oporno
ś
ci
ą
akustyczn
ą
ulega zjawisku odbicia. Ilo
ść
energii, która b
ę
dzie
tworzyła fal
ę
odbit
ą
zale
Ŝ
y od ró
Ŝ
nicy oporno
ś
ci akustycznie pomi
ę
dzy
granicznymi o
ś
rodkami :
Warto
ść
energii odbitej zale
Ŝ
na jest od oporno
ś
ci akustycznej Z1 i Z2 i
wyra
Ŝ
ona jest wzorem (Jaroszyk, 2001):
R = Ir/Io = [ (Z1-Z2) : (Z1+Z2)]²
gdzie:
R- współczynnik odbicia,
Io – nat
ęŜ
enie fali padaj
ą
cej,
Ir – nat
ęŜ
enie fali odbitej,
Z1- oporno
ść
akustyczna o
ś
rodka, którym rozchodzi si
ę
fala padaj
ą
ca,
Z2 - oporno
ść
akustyczna o
ś
rodka, którym rozchodzi si
ę
fala przenikaj
ą
ca
Jak wynika z powy
Ŝ
szych wzorów współczynnik odbicia to stosunek nat
ęŜ
enia fali odbitej do
nat
ęŜ
enia fali padaj
ą
cej a jego warto
ść
zale
Ŝ
y od wła
ś
ciwo
ś
ci akustycznych o
ś
rodka.
Opory akustyczne ró
Ŝ
nych o
ś
rodków (impedancja akustyczna) wyznaczamy warto
ś
ci
ą
iloczynu
g
ę
sto
ś
ci o
ś
rodka i pr
ę
dko
ś
ci rozchodzenia si
ę
fali w danym o
ś
rodku
Na pograniczu o
ś
rodków o ró
Ŝ
nej impedancji akustycznej fale ulegaj
ą
odbiciu.
Opory akustyczne ró
Ŝ
nych tkanek mi
ę
kkich maj
ą
podobn
ą
warto
ść
np.:
mi
ęś
nie - 1,69 [kg m-2s-1 106]
krew - 1,66
skóra -
1,63
nerki -
1,62
w
ą
troba - 1,66
ko
ś
ci -
3,7 – 7,3
woda -
1,49 ( Jaroszyk, 2001).
Fala padaj
ą
ca na granice dwóch o
ś
rodków o podobnych warto
ś
ciach oporno
ś
ci akustycznej prawie
całkowicie przez ni
ą
przenika (około 90%), a jedynie 1% energii fali ulega odbiciu. Przy przej
ś
ciu fali z
tkanki mi
ę
kkiej do powietrza współczynnik odbicia wynosi R = 0,99. Wynika z niego,
Ŝ
e prawie cała
energia padaj
ą
cej fali ulega odbiciu, przechodzi tylko 0,01%. Warto
ś
ci te wyja
ś
niaj
ą
, dlaczego
przestrzenie wypełnione gazem (jelita, płuca) uniemo
Ŝ
liwiaj
ą
uwidocznienie tkanek le
Ŝą
cych za nimi.
Równocze
ś
nie ten fakt uzasadnia konieczno
ść
stosowania
ś
rodków sprz
ę
gaj
ą
cych (np.
Ŝ
eli, parafiny) w
celu zapobie
Ŝ
enia odbiciu fali ultrad
ź
wi
ę
kowej przez powietrze zawarte w porowato
ś
ciach skóry
pacjenta (Jaroszyk, 2001; Jakubowski, 1989; Palmer, 1995).
Gdy wi
ą
zka fali nie jest prostopadła do płaszczyzny padania, a powierzchnia graniczna jest
nachylona i zakrzywiona, tylko cz
ęść
odbitej fali ultrad
ź
wi
ę
kowej powróci do przetwornika i pozwoli na
odtworzenie własno
ś
ci powierzchni odbijaj
ą
cej. Dlatego w diagnostyce obrazowanie prowadzi si
ę
pod
ró
Ŝ
nymi k
ą
tami, co pozwala na zobrazowanie wi
ę
kszych powierzchni.
Współczynnik odbicia jest mniej wi
ę
cej stały, je
ś
li wi
ą
zka pada pod małymi katami do kierunku
normalnego (prostopadłego). W miar
ę
jak k
ą
t padania ro
ś
nie (wi
ą
zka pada bardziej sko
ś
nie)
współczynnik odbicia drastycznie si
ę
zmienia.
Gdy wi
ą
zka przechodzi przez materiał, w którym szybko
ś
ci d
ź
wi
ę
ku jest C1, do materiału, w którym
pr
ę
dko
ść
d
ź
wi
ę
ku jest wi
ę
ksza (C2), niekiedy 100% energii ultrad
ź
wi
ę
kowej mo
Ŝ
e ulec odbiciu, na
granicy o
ś
rodków. Dzieje si
ę
to wówczas, gdy k
ą
t padania przekroczy pewna warto
ść
, któr
ą
nazywamy
k
ą
tem granicznym.
Dla k
ą
ta granicznego spełnione jest równanie
sin
θ
= C1: C2
gdzie:
θ
- warto
ść
k
ą
ta granicznego
C1 – szybko
ść
d
ź
wi
ę
ku w o
ś
rodku, w którym rozchodzi si
ę
fala padaj
ą
ca
C2 - szybko
ść
d
ź
wi
ę
ku w o
ś
rodku, w którym rozchodzi si
ę
fala załamana.
Fala ultrad
ź
wi
ę
kowa padaj
ą
c na powierzchni
ę
rozdziału dwóch
ś
rodowisk pod k
ą
tem ró
Ŝ
nym od
prostopadłego, a pr
ę
dko
ść
d
ź
wi
ę
ku zmienia si
ę
na granicy tych o
ś
rodków, to wówczas nast
ę
puje
odchylenie od pierwotnego kierunku rozchodzenia si
ę
wi
ą
zki. Zjawisko to nazywamy załamaniem.
Je
ś
li powierzchnia graniczna jest nierówna lub, gdy d
ł
ugo
ść
fali jest wi
ę
ksza od elementów struktury,
wówczas fala ultrad
ź
wi
ę
kowa jest odbijana we wszystkich kierunkach. Jest to zjawisko rozproszenia fali
ultrad
ź
wi
ę
kowej.
Zjawisko rozpraszania fali padaj
ą
cej na struktury, których wielko
ść
jest
mniejsza od d
ł
ugo
ś
ci tej fali ( Palmer, 1995).
Poch
ł
anianie (absorpcja) energii ultrad
ź
wi
ę
ków zale
Ŝ
y od ich cz
ę
stotliwo
ś
ci i w
ł
a
ś
ciwo
ś
ci o
ś
rodka. Najwi
ę
ksze zdolno
ś
ci
poch
ł
aniania energii wykazuj
ą
gazy, mniejsz
ą
maj
ą
ciecze a najlepiej przewodz
ą
drgania cia
ł
a sta
ł
e spr
ęŜ
yste, jak
metale. Natomiast cia
ł
a sta
ł
e plastyczne (guma, korek) poch
ł
aniaj
ą
znaczn
ą
cz
ęść
d
ź
wi
ę
ków, dlatego u
Ŝ
ywane s
ą
jako
izolatory d
ź
wi
ę
ku
T
ł
umienie w wybranych tankach i innych materia
ł
ach pokazuje poni
Ŝ
sza tabela
(Jaroszyk, 2001)
Tkanki ludzkie charakteryzuj
ą
si
ę
ró
Ŝ
norodn
ą
i skomplikowan
ą
budow
ą
i co za tym idzie wykazuj
ą
ró
Ŝ
ne zdolno
ś
ci
poch
ł
aniania ultrad
ź
wi
ę
ków. Du
Ŝą
„d
ź
wi
ę
koch
ł
onno
ść
” wykazuje tkanka nerwowa, mniejsz
ą
mi
ęś
niowa, a tkanka t
ł
uszczowa
najmniejsz
ą
. Cho
ć
bezpo
ś
rednie pomiary poch
ł
aniania energii ultrad
ź
wi
ę
ków w tkankach jest prawie niemo
Ŝ
liwe to
dowiedziono jednak, i
Ŝ
fale krótsze, o wi
ę
kszej cz
ę
stotliwo
ś
ci s
ą
poch
ł
aniane na mniejszej g
łę
boko
ś
ci, za
ś
fale d
ł
ugie – na
wi
ę
kszych g
łę
boko
ś
ciach ( Mikka i Kasprzak, 2001).
Zgodnie z prawem Grotthusa – Drapera energia ultrad
ź
wi
ę
ków wywołuje w tkankach odczyn, je
ś
li zostanie przez nie w
dostatecznej ilo
ś
ci pochłoni
ę
ta.
Ultrad
ź
wi
ę
ki mog
ą
wywoła
ć
w ustroju ludzkim wiele zmian pod wpływem działania energii, która ze sob
ą
nios
ą
.
Wykorzystanie ultrad
ź
wi
ę
ków do celów terapeutyczny wi
ąŜ
e si
ę
z takim dobraniem paramentów fali UD, by pochłoni
ę
ta przez
tkanki energia wywołała w nich po
Ŝą
dany przez terapeut
ę
efekt. Bezpiecze
ń
stwo stosowania UD do celów diagnostycznych i
terapeutycznych wymaga dogł
ę
bnego poznanie mechanizmów, poprzez które ultrad
ź
wi
ę
ki mog
ą
wywiera
ć
swoje działanie na
komórki i tkanki a w efekcie ko
ń
cowym na funkcjonowanie całego organizmu człowieka.
Rozró
Ŝ
niamy dwa typy oddziaływa
ń
ultrad
ź
wi
ę
ków z organizmem człowieka:
- oddziaływania pierwotne – bezpo
ś
rednie zmiany fizyczne i chemiczne, miejscowo ograniczone,
-
oddziaływania wtórne – reakcje tkanek, narz
ą
dów i całego organizmu na oddziaływanie pierwotne.
Pierwotne zmiany miejscowe wyst
ę
puj
ą
ce w tkankach w chwili nad
ź
wi
ę
kawiania zwi
ą
zane s
ą
z bezpo
ś
rednim działaniem
energii ultrad
ź
wi
ę
ków, które wywołuj
ą
zmiany fizyczne i chemiczne w miejscu poddanym oddziaływaniu. Poj
ę
cie pierwotnego
działania ultrad
ź
wi
ę
ków jest w istocie do
ść
zło
Ŝ
one i obejmuje działanie mechaniczne, cieplne oraz fizykochemiczne. Dopiero te
składowe w poł
ą
czeniu ze sob
ą
powoduj
ą
zmiany w tkankach oraz warunkuj
ą
działanie lecznicze (Mikka i Kasprzak, 2001).
Zmiany wtórne (ogólne) s
ą
reakcj
ą
tkanek i narz
ą
dów, jak równie
Ŝ
reakcj
ą
całego organizmu na oddziaływanie pierwotne.
Wiadomo, i
Ŝ
w organizmie ludzkim wyst
ę
puj
ą
łuki odruchowe, zatem nad
ź
wi
ę
kawianie np. okolic przykr
ę
gosłupowych (korzenie,
sploty, zwoje) spowoduje drog
ą
odruchow
ą
zmiany w odległych narz
ą
dach. Mo
Ŝ
na b
ę
dzie wtedy uzyska
ć
efekt stymulacji
autonomicznego układu nerwowego (Mikka i Kasprzak, 2001).
Czynne i bierne działanie
ultradźwięków
efekt biologiczny- natęŜenie dźwięku
działanie czynne
- natęŜenie dźwięku
0.5 - 20 kW/m
2
energia ruchu drgającego wprowadzona do
ośrodka wywołuje w nim efekty:
mechaniczne, cieple i chemiczne
Czynne działanie ultradźwięków
Efekt mechaniczny -
cząsteczki ośrodka wykonują
drgania zaleŜnie od częstotliwości i amplitudy fal
ultradźwiękowych, dochodzi do wzrostu lub spadku
ciśnienia. Zmiany te prowadza do niszczenia struktury
ośrodka.
Kawitacja
-
zachodzi
podczas
działania
pola
ultradźwiękowego
na
ciecze
i
cieczopodobne
środowiska (tkanki).
Tworzenie
pęcherzyków
kawitacyjnych-
zmiana
objętości pęcherzyków pod wpływem ultradźwięków
Czynne działanie
ultradźwięków
Efekt cieplny -
ultradźwięki są tłumione w
ośrodkach biologicznych; energia fali ulega
absorpcji o zostaje zamieniona na energia
cieplną;
efekt ten jest duŜy na granicy ośrodków
róŜnej impedancji akustycznej.
Czynne działanie
ultradźwięków
Efekt chemiczny -
ultradźwięki o duŜej mocy :
przyśpieszają reakcje chemiczne
powodują rozpad duŜych cząsteczek np. białek
wzrost jonizacji
wzrost dyfuzji przez błony półprzepuszczalne
Wykorzystanie czynnego
działanie ultradźwięków w
medycynie
• Choroby reumatyczne - nagrzewanie tkanek
• choroby narz
ą
dów ruchu i tkanki ł
ą
cznej
• niszczenie patologicznych ognisk w gł
ę
bi tkanek
• zabijanie wirusów, grzybów, bakterii
• sterylizacja lekarstw
• ultrawirowanie, rozdrabnianie i separacja struktur
• usuwanie kamienia na z
ę
bach
• litotrypsja
Litotrypsja
Metoda kruszenia złogów zalegających w
organizmie człowieka za pomocą fal
uderzeniowych
wytwarzanych
pozaustrojowo.
Litotrypsja
Fala uderzeniowa-
nagła zmiana ciśnienia
fala akustyczna o wysokiej energii z bardzo duŜa
amplituda
rozchodzi się w postaci pojedynczych impulsów z
nagłym wzrostem ciśnienia (nanosekundy) i
następnie powolnym spadkiem (mikrosekundy)
Bierne działanie
ultradźwięków
•bardzo małe natęŜenie dźwięku (I<<10 kW/m
2
)
•mała długość fali ( 10
-2
- 10
-5
m)
•dobre prostoliniowe rozchodzenie się