Ультрадыбыс және оның медицинада қолданылуы

Ультрадыбыс дегеніміз жиілігі 20000 Гц-тен жоғары болатын механикалық тербелістер мен толқындар. Ультрадыбыстың жоғарғы шегін 10⁹ – 10¹⁰ Гц аралығында деп есептеуге болады. Бұл шекара молекула аралық қашықтықтармен анықталады, сондықтан ультрадыбыстық толқын таралатын ортаның агрегаттық күйіне тәуелді.

пьезоэффект құбылысына негізделген электромеханикалық сәуле шығар-ғыштар. Кері пьезоэффект дегеніміз электр өрісінің әсерінен денелердің деформацияға ұшырауы. Мұндай қасиеттерге ие денелерге кварц, сегнет тұзы, барий титанаты т.б. жатады. Егер осы материалдармен қапталған электродтарға айнымалы электр кернеуін түсіретін болсақ, кері пьезоэффект құбылысының әсерінен тербеліске түсіп, белгілі бір жиіліктегі механикалық толқын шығарады (4.1в,г -сурет).

Механикалық толқынның ең жақсы шығарылуы резонанс шарты орындалғанда байқалады.

Ультрадыбыстық қабылдағышты тура пьезоэффект құбылысын пайдаланып жасауға болады. Бұл жағдайда механикалық толқынның (УД-толқындар) әсерінен кристалдың деформациясы пайда болады да, пьезоэффект құбылысы арқылы айнымалы электр өрісінің туындауына соқтырады (4.1а,б-сурет).

Физикалық табиғаты жағынан УД кәдімгі дыбыс сияқты механикалық (серпімді) толқын болып табылады. Алайда УД-тың толқын ұзындығы дыбыстық толқынға қарағанда біршама аз. Мысалға, судағы олардың толқын ұзындықтары сәйкесінше мынаған тең 1,4 м (1 кГц, дыбыс), 1,4 мм (1 МГц, УД) және 1,4 мкм ( 1ГГц, УД). Қалыңдығы 1 м болатын «мөлдір емес» дене толқын ұзындығы 1,4 м дыбыстық толқын үшін бөгет емес, алайда толқын ұзындығы 1,4 мм УД толқын үшін бөгет бола алады, сондықтан бұл жерде «УД көлеңке» пайда болады. Бұл кейбір жағдайларда УД-толқынның дифракциясын ескермеуге болатындығын, сондықтан бұл толқындарды сыну және шағылу құбылыстары кезінде сәуле ретінде қарастыруға болатындығын көрсетеді.

Ультрадыбыстардың таралуы мен жұтылуы ортаның күйіне байланысты, сондықтан оларды заттардың молекулалық қасиеттерін зерттеуге қолданады.

Ультрадыбыстық толқынның екі ортаның шекарасында шағылуы олардың толқындық кедергілерінің қатынасына тәуелді. Мысалға, УД бұлшық ет – сүйек қабықшасы – сүйек шекараларында , қуыс ағзалардың беттерінде жақсы шағылады. Сондықтан оларды ішкі ағзалардағы, біртекті емес орталардағы саңылауларды, қуыстарды т.б. табуда қолданады (ультрадыбыстық локация). Бұл мақсатта үздіксіз және импульстік сәуле шығару да қолданыла береді. Ультрадыбыстың таралу жылдамдығын білу арқылы бүлінген аймақтың қай жерде орналасқанын табуға болады. Ультрадыбыспен сығу және ыдырату арқылы сұйықтың тұтастығының қасиетін өзгертуге болады, бұл үдеріс – кавитация деп аталады. Бұл үдеріс өте жылдам өтеді және өте үлкен энергия бөлінетіндіктен заттың қызуы байқалады, сол сияқты молекулалардың иондануы мен диссоциациясы жүреді.

УД әсеріне негізделген физикалық үдерістер биологиялық нысандарда төмендегідей негізгі эффектілердің пайда болуына соқтырады:

• 
  жасушалық және субжасушалық деңгейлердегі микродірілдерге;
  
• 
  биомакромолекулалардың бұзылуына;
  
• 
  биологиялық мембраналардың өзгеруі мен бүлінуіне, мембрана өтімділігінің өзгерісіне;
  
• 
  жылулық әсерге;
  
• 
  жасушалар мен микроағзалардың бүлінуіне.
  

Бірінші бағытта импульстік сәуле шығарудың локациялық әдісі қолданылады:

а) эхоэнцефалография – мидағы ісіктер мен сұйықтықты анықтау әдісі;

б) ультрадыбыстық кардиография – жүректің қозғалыс кезіндегі

өлшемін анықтау;

в) ультрадыбыстық локация – көз өлшемінің өзгерісін зерттеу әдісі;

г) Доплер эффектісі арқылы жүрек құлақшаларының қозғалысы мен қан

айналу жылдамдығын анықтау;

д) ультрадыбыс жылдамдығы арқылы өсіп кеткен немесе бүлінген

сүйектің тығыздығын анықтау.

Екінші бағытқа ультрадыбыстық терапия жатады. Терапевтік мақсатта жиілігі 800 кГц, қарқындылығы 1 Вт/см² және одан төмен ультрадыбыс қолданылады. Ультрадыбыстық терапияның алғашқы механизмі оның ұлпаларға механикалық және жылулық әсері.

Операцияда ультрадыбысты “ультрадыбыстық скальпель” ретінде тек жұмсақ ұлпаларды ғана емес, сүйектерді кесу үшін де пайдаланады.

Ультрадыбыстың сұйыққа батырылған денелерді бөліп, эмульсия жасау қасиеті фармацевтік өндірісте дәрі жасауда қолданылады. Туберкулез, бронхиальды астма , т.б. ауруларда УД көмегімен алынған аэрозолдар қолданылады. Қазіргі кезде бүлінген немесе тасымалданған сүйек ұлпаларын “пісіру әдісі” “УД остеосинтез ” жиі қолданылады.

Микроағзаларды өлтіру қасиеті тазалауда (стерилизация) қолданылады. УД локация әдісімен “Ориентир” деп аталатын құрал арқылы соқыр адамдар өзінен 10 м ара қашықтыққа дейінгі денелерді байқап, оларға сипаттама бере алады.

Келтірілген мысалдар ультрадыбыстың медико-биологиялық барлық қолданыстарының шегі емес, бұл бағыттағы даму қарқынының өміршеңдігі өте үлкен, мысалға, медицинаға ультрадыбыстық голографияның енгізілуі диагностикалаудың жаңа әдістерін ашуға мүмкіндік беруі мүмкін.

УД –нің ең басты қасиеті ағза ұлпаларының тіршілік етуін жалғастыруға әсер етуі.