Portál:Otázky z biofyziky (1. LF UK, VL)/45. Otázka

			45. Otázka
			Ultrazvuk a jeho generování a šíření
			Otázky z biofyziky (1. LF UK, VL)
			Předchozí • Další

Ultrazvuk

Příklad USG vyšetření – Achondrogeneze

Ultrazvuk je periodická změna tlaku v prostředí s frekvencí vyšší než horní hranice lidského sluchu, tedy vyšší než 20 kHz.

Ultrazvukové kmity lze vytvořit třemi typy generátorů:

1. mechanickými (malé ladičky, píšťaly: malá frekvence a výkon),
2. magnetostrikčními (kmity kolem železné tyčinky v magnetickém poli elektromagnetu, který je napájen střídavým proudem: velký výkon, ale frekvence jen do 100 kHz; použití v zubním lékařství a chirurgii),
3. piezoelektrickými (destička z křemene je připojena k elektrodám se střídavým napětím, a tak kmitá se stejnou frekvencí jako napětí a mění energii elektrickou na mechanickou, která rozkmitá okolní prostředí: použití pro diagnostické i terapeutické účely).

Vlastnosti

Vysoká frekvence způsobuje velmi krátkou vlnovou délku ultrazvukových vln, ve kterých ale dochází při vyšších intenzitách k tlakovým změnám v řádech MPa (nebezpečí poškození buněčných jader). Na rozhraních různých tkání (s různou rychlostí šíření zvuku) dochází k částečné změně směru šíření vln a jejich odrazu (analogicky k zákonu o lomu světla) → použití v diagnostice.

$R=\left({\frac {z_{1}-z_{2}}{z_{1}+z_{2}}}\right)^{2}\cdot 100$

. 100 R = procento odražené energie dopadající vlny, z₁ a z₂ = akustické impedance dvou prostředí.

Účinky

 Podrobnější informace naleznete na stránce Účinky ultrazvuku.

• Tepelné účinky – energie vlny je přímo úměrná její f². Značná absorpce je na rozhraní tkání s různou akustickou impedancí (měkká tkáň X kost = periostální bolest).
• Mechanické – průchod ultrazvukové vlny prostředím má za následek lokální tlakové změny (MPa/mm).
• Fyzikálně-chemické – ultrazvuk má účinky disperzní, což znamená, že s jeho pomocí připravujeme jemné suspenze, emulze, pěny apod., a také koagulační – slouží např. k čištění plynů.
• Biologické – do intenzity 3 W/cm2 mají ultrazvuky spíše biopozitivní účinky: zrychlení metabolické výměny apod., nad 3 W/cm² mají za následek ireverzibilní morfologické změny – rozbití buněčného jádra, tepelná koagulace bílkovin.

Diagnostické použití ultrazvuku

Rozdíl mezi diagnostickým a terapeutickým použitím ultrazvuku

 Podrobnější informace naleznete na stránce Diagnostické aplikace ultrazvuku.

Diagnostické ultrazvuky pracují s frekvencemi 3–10 MHz (podkožní sondy okolo 7 MHz).

Ultrazvuky generují akustický puls, který se šíří rychlostí zvuku v daném prostředí a při dopadu se část jeho energie odrazí. Krystal pak detekuje odrazy signálu a určí velikost echa, z časového zpoždění pak hloubku odrazu.

• A-obraz: lineární záznam odrazů v závislosti na hloubce.

• B-obraz: otočení A-obrazu o 90°, velikost echa v určité hloubce je úměrná sytosti bodů v řádku na obrazovce → složením mnoha přímek vedle sebe vznikne dvojrozměrný v čase pohyblivý obraz.

• M-obraz: sytost bodů lze v čase zaznamenávat na běžící papír; důležité při hodnocení pohyblivosti jednotlivých úseků srdce.

S vyšší frekvencí vln se zvyšuje rozlišení, ale stoupá také absorpce (snižuje se hloubka zobrazení).

Terapeutické použití ultrazvuku

 Podrobnější informace naleznete na stránce Terapeutické užití ultrazvuku.

Při léčbě pomocí ultrazvuku se používají nejčastěji přístroje o frekvenci 0,8–1 MHz s intenzitou 0,5–3 W/cm² při expozici 10 min.

Léčebné účinky: hloubkový tepelný účinek, tišení bolesti, uvolnění dlouhotrvajícího lokálního svalového napětí, zvýšení místního krevního oběhu, zvýšení metabolismu. Používá se především u kloubních a nervových zánětů.

V zubním lékařství se kmity s malou amplitudou (setiny mm) používají k odstraňování zubního kamene.