استخدام الموجات فوق الصوتية في الطب والتكنولوجيا. الموجات فوق الصوتية وتطبيقاتها في التكنولوجيا

التطبيقات الثلاثة الرئيسية للموجات فوق الصوتية في الطب هي التشخيص بالموجات فوق الصوتية ، "المبضع بالموجات فوق الصوتية" والعلاج الطبيعي بالموجات فوق الصوتية. لنبدأ مع الأخيرين.

يستخدم "المبضع بالموجات فوق الصوتية" بشكل أساسي عند الحاجة إلى التعرض الدقيق والمحدود ، حيث يمكن أن يتسبب كل ملليمتر إضافي من الأنسجة المدمرة في عواقب وخيمة ، على سبيل المثال ، في العلاج الجراحي لأمراض العيون ، وجراحة تجميل الوجه ، وما إلى ذلك. في مساحة صغيرة وفقًا لحجم منطقة معينة ، فإنه يجعل من الممكن التأثير على الهياكل العميقة في الجسم. هذا مهم بشكل خاص عند إجراء عمليات جراحة الأعصاب على الدماغ ، أثناء العمليات لتدمير مسارات التوصيل الإضافية للقلب. مع زيادة وتيرة الموجات فوق الصوتية ، يكون عملها محليًا للغاية. على سبيل المثال ، عند تردد 4 ميجاهرتز ، من الممكن تدمير منطقة من الأنسجة بحجم 0.05 مم 3 فقط ، بينما تظل الأنسجة المحيطة سليمة.

لعلاج أمراض العيون ، تم استخدام الموجات فوق الصوتية لأول مرة من قبل الأطباء في معهد أوديسا لأبحاث أمراض العيون وعلاج الأنسجة الذي يحمل اسم V.I. فيلاتوف ، المعروف بتطوير عدد من الأساليب الجديدة لعلاج عتامة القرنية ، وإعتام عدسة العين بسبب الصدمة ، وانفصال الشبكية ، وما إلى ذلك. تم استخدام الموجات فوق الصوتية منخفضة التردد بتردد 20-40 كيلو هرتز لتوسيع القناة الدمعية ، وكذلك أثناء عمليات القرنية.

عادةً ما يتم إجراء جراحة إعتام عدسة العين (غشاوة العدسة) فقط بعد نضوجها ، عندما تكون الرؤية قد فقدت بالفعل. في ظل الظروف الطبيعية ، تستمر هذه العملية أحيانًا لسنوات. يعمل "السبر" بالموجات فوق الصوتية على تسريع العملية لعدة دقائق ، مما يسمح لك بإجراء العملية في وقت مبكر وبنتائج أفضل. لإجراء هذه العملية ، تم تطوير أداة أصلية بالموجات فوق الصوتية على شكل إبرة مجوفة بسمك 1 مم ، ومحاطة بغمد رقيق من السيليكون ومتصلة بمولد فوق صوتي. يراقب الجراح حركة الإبرة من خلال المجهر ، ويقربها من العدسة ويقوم بتشغيل الموجات فوق الصوتية. تحت تأثير الموجات فوق الصوتية ، بعد بضع لحظات ، تضعف العدسة المظلمة. يُغسل السائل الناتج من الكبسولة بمحلول مطهر يدخل من خلال الفجوة بين الإبرة وحالتها ، ويتم امتصاصه عبر القناة الداخلية للإبرة. يتم تقليل مسار فترة ما بعد الجراحة بشكل كبير بعد هذه العملية.

تم استخدام الموجات فوق الصوتية المركزة لتأخير انفصال الشبكية المسببة للعمى. يعمل عملها الموجه في عدة نقاط على إصلاح شبكية العين للأنسجة الأساسية. في كثير من الحالات ، تساعد الموجات فوق الصوتية في تجنب جراحة الجلوكوما. يتمثل العرض الرئيسي لهذا المرض في زيادة ضغط العين. يتم "التعبير" عن صلبة العين بواسطة الموجات فوق الصوتية في عدة نقاط ، وبعد ذلك ينخفض ​​ضغط العين. وبحسب الأطباء الأمريكيين فإن هذه الطريقة فعالة في 80٪ من الحالات.

يستخدم التأثير المدمر للموجات فوق الصوتية أيضًا لإزالة جلطات الدم من الأوعية الكبيرة. من خلال ثقب مصنوع بإبرة خاصة ، يقوم الجراح بإدخال موجه موجات فوق صوتية رفيع في الوعاء ويوجهه بعناية نحو الجلطة. بعد 10-12 ثانية من "التعبير" ، تتوقف الجلطة عن الوجود ، ويتم غسل المحتوى السائل الناتج من تجويف الوعاء وامتصاصه من خلال نفس الإبرة. تتم إزالة الأداة وإغلاق الفتحة بلحام فوق صوتي.

كما تستخدم الموجات فوق الصوتية في العلاج الجراحي لأمراض الأذن والحنجرة والأنف. تتم عمليات إزالة الأنسجة المتورمة من الغشاء المخاطي الملتهب بشكل مزمن وتصحيح انحراف الحاجز الأنفي في معظم الحالات باستخدام مشرط وإزميل ومطرقة. تم تطوير معدات الموجات فوق الصوتية في وقت لاحق لهذه العملية. جعلت أداة الموجات فوق الصوتية من الممكن إجراؤها بدون دم وبدون ألم تقريبًا ، علاوة على ذلك ، أسرع عدة مرات. قامت نفس المجموعة من الأطباء الروس بتطوير مشرط بالموجات فوق الصوتية لبضع القصبة الهوائية (شق القصبة الهوائية). عادة ما يتم إجراء هذه العملية وفقًا للإشارات الحيوية - مع ظهور مفاجئ للاختناق. كل لحظة ثمينة هنا ، واستخدام الموجات فوق الصوتية يوفر ما يصل إلى 10 دقائق.

وفقًا للعديد من الأطباء ، فإن طريقة الموجات فوق الصوتية توسع بلا شك إمكانيات العلاج الجراحي للمرضى الذين يعانون من أمراض مختلفة في الرئتين وغشاء الجنب. يقوم الأطباء بإجراء جراحة الصدر باستخدام الموجات فوق الصوتية. أداة تعمل بالموجات فوق الصوتية تقطع وتربط القص والأضلاع والشعب الهوائية والشرايين الضيقة. يتم إدخال أدلة الموجات فوق الصوتية الطويلة والمرنة للتلاعب في القصبة الهوائية والشعب الهوائية ، والتي تم تطويرها لأول مرة في العالم من قبل مجموعة من العلماء السوفييت ، في الممارسة العملية. محتجز دراسات تجريبيةعن طريق توصيل أنسجة الدرج وإغلاق جذع القصبات باستخدام الموجات فوق الصوتية.

طور العلماء وطبقوا طريقة القطع بالموجات فوق الصوتية وربط أنسجة العظام باستخدام اللحام بالموجات فوق الصوتية - أولاً في العديد من التجارب على الحيوانات ، ثم في العيادة لاحقًا. لقطع العظم بمنشار عادي ، من الضروري تقشير الأنسجة الرخوة منه على نطاق واسع إلى حد ما ، وبالنسبة للمنشار بالموجات فوق الصوتية ، يكفي وجود ثقب في الأنسجة الرخوة بقطر 1 سم. معنى خاصمع ثقب الجمجمة ، استئصال الأضلاع ، إلخ.

تتمثل طريقة تسطيح النسيج العظمي بالموجات فوق الصوتية في حقيقة أن التجويف المتكون في العظام بعد إزالة التركيز المرضي مليء برقائق العظام ، والتي يتم تشريبها بمادة حشو خاصة وتبدو بالموجات فوق الصوتية. بعد "التعبير عن" كل هذه الكتلة تتحول إلى تكتل ملحوم بقوة حتى العظم. تستخدم الموجات فوق الصوتية أيضًا لربط أنسجة الكبد والطحال والغدد الصماء.

لسنوات عديدة ، تم استخدام أجهزة الموجات فوق الصوتية في طب الأسنان لإزالة الجير ، وفي السنوات الأخيرة أيضًا لعلاج التسوس ومضاعفاته. يتم وضع مادة كاشطة (مسحوق من أكسيد الألومنيوم ، البورون ، إلخ ، معلقة في الماء) بين نهاية عمل الهزاز بالموجات فوق الصوتية والأسنان. الجزيئات الكاشطة ، التي تضرب أنسجة الأسنان ، تزيل تدريجياً طبقة تلو الأخرى منها. يستنسخ التجويف الناتج شكل نهاية الهزاز. جدرانه مصقولة بسلاسة. كما أن جودة الحشو أفضل ، لأنه تحت تأثير "السبر" يتغير الهيكل وتزداد كثافة مادة الحشو. علاج الأسنان بالموجات فوق الصوتية صامت. إن إطلاق الحرارة ، ومن ثم تسخين السن به ، يكون أضعف مما هو عليه عند الحفر ببرق دوار. لذلك ، الألم في معظم المرضى غائب أو ضئيل. في هذه القضيةهذه الميزة التي لا شك فيها من الموجات فوق الصوتية تتحول إلى عيوبها. مع علاج التهاب لب السن بالموجات فوق الصوتية غير مؤلم تقريبًا ، يصعب على الطبيب تحديد لحظة الاقتراب من العصب. لذلك ، يجب استخدام المثاقب بالموجات فوق الصوتية من قبل المتخصصين ذوي الخبرة فقط.

يمكن أيضًا استخدام تأثير التكسير للموجات فوق الصوتية لتدمير حصوات الحالب. أداة الموجات فوق الصوتية تسحق الحجر في 5-60 ثانية ، حسب حجم وكثافة الحجر.

مشرط الموجات فوق الصوتية ليس في المظهر ولا يشبه العملية الجراحية. ظاهريًا ، يشبه صاروخًا صغيرًا من مرحلتين يتناسب بسهولة في اليد. تحتوي مرحلته الأولى على هزاز فوق صوتي ، يعتمد عمله على مبدأ التضيق المغناطيسي (من الكلمة اللاتينية "Strictio" - الضغط).

يتمثل جوهر ظاهرة التضيق المغناطيسي في أن بعض المعادن ، التي تدخل مجالًا مغناطيسيًا ، تغيرها أبعاد هندسية. إذا تم جرح سلك نحاسي على قضيب من هذه المادة المغناطيسية وتمريره من خلاله التيار المتناوببتردد يتوافق مع ترددات الموجات فوق الصوتية ، فإن القضيب الذي له نفس التردد سيغير أبعاده. نظرًا لأن سعة التغييرات في أبعاد الهزاز صغيرة جدًا ، فقد تم تصميم مكثف الموجات فوق الصوتية (المرحلة الثانية من "الصاروخ") لتضخيمه. يضيق المكثف من القاعدة إلى الأعلى ، ويكون نطاق التذبذبات أكبر بعشر مرات من نطاق القاعدة ، والذي يغير موضعه جنبًا إلى جنب مع الهزاز. تصل سعة التذبذبات في الجزء العلوي من المكثف إلى 50-60 ميكرون ، والتردد هو 25-50 كيلو هرتز. يعمل المبضع بالموجات فوق الصوتية مثل المنشار الدقيق. نظرًا لطاقة الاهتزازات فوق الصوتية ، فإنه يفصل الأنسجة عند حدود التلامس أغشية الخلايا، تقريبًا دون إتلاف الخلايا نفسها ، مما يساهم في التئام أفضل وأسرع. من خلال قلب الأداة قليلاً وبالتالي تغيير اتجاه حزمة الموجات فوق الصوتية ، من الممكن تغيير اتجاه الشق دون توسيع الوصول التشغيلي. عندما يتم قطع الأنسجة ، فإن الموجات فوق الصوتية توقف نزيف الشعيرات الدموية. من المهم أيضًا أن يقلل استخدام الموجات فوق الصوتية بشكل كبير من آلام التدخل الجراحي.

تعد تقنية الموجات فوق الصوتية الجراحية الآن جزءًا من الترسانة الطب العملي. يتم استخدامه جنبًا إلى جنب مع الأدوات الجراحية التقليدية والتخثير الكهربي والليزر وطرق أخرى ، مع مراعاة خصائص المرض والمؤشرات وموانع الاستعمال. مع التحسين والزيادة في إنتاج معدات الموجات فوق الصوتية للتدخلات الجراحية ، سيتم توسيع إدخالها في الممارسة العملية.

شكلت الظواهر الفيزيائية الناشئة عن عمل الموجات فوق الصوتية على السوائل أساس طريقة جديدة لعلاج الجروح طورها العلماء الروس. يتم حقن محاليل المضادات الحيوية أو المطهرات في الجرح ، والتي يتم "التعبير عنها" باستخدام دليل الموجات فوق الصوتية. يزيل سائل الصوت الأنسجة الميتة ، ويدلك سطح الجرح ، ويحسن الدورة الدموية فيه. كما يتحسن انتشار المواد الطبية ، ويقل الألم أثناء التضميد ، ويقل التلوث الجرثومي للجرح ، مما يساهم في التئام أسرع وأكثر سلاسة. يتم تخفيض شروط علاج هؤلاء المرضى في المستشفى بشكل ملحوظ.

مجال منفصل لتطبيق الموجات فوق الصوتية في الطب هو العلاج الطبيعي بالموجات فوق الصوتية.

آلية العمل الفسيولوجيلم يتم بعد توضيح الموجات فوق الصوتية العلاجية على أنسجة الكائن الحي بشكل كامل. من المعتاد التمييز بين ثلاثة عوامل رئيسية لتأثير الموجات فوق الصوتية: الميكانيكية والحرارية والفيزيائية الكيميائية. يتكون الإجراء الميكانيكي من تدليك دقيق اهتزازي للأنسجة على المستويات الخلوية وتحت الخلوية ، مما يزيد من نفاذية أغشية الخلايا والتمثيل الغذائي في خلايا وأنسجة الجسم. التأثير الحراري للموجات فوق الصوتية بكثافة منخفضة ، المستخدمة للأغراض العلاجية ، ضئيل. يمكن أن تتراكم الحرارة بشكل رئيسي في الأنسجة التي تمتص الطاقة فوق الصوتية أكثر من غيرها (الأعصاب والعظام) ، وكذلك في حدود الوسائط ذات المقاومة الصوتية المختلفة (على حدود العظام مع الأنسجة الرخوة) وفي الأماكن ذات الدورة الدموية غير الكافية.

يرجع التأثير الفيزيائي الكيميائي للموجات فوق الصوتية بشكل أساسي إلى حقيقة أن استخدام الطاقة الصوتية يسبب رنينًا ميكانيكيًا في مادة الأنسجة الحية. في الوقت نفسه ، تتسارع حركة الجزيئات ، ويزداد انحلالها إلى أيونات ، وتتغير الحالة الكهربائية للخلايا والسائل المحيط بالخلية ، وتتشكل مجالات كهربائية جديدة ، وتنتشر من خلال أغشية بيولوجيةيتم تنشيط عمليات التمثيل الغذائي ،

عند التعرض للموجات فوق الصوتية على الجلد ، تتحسن وظيفة حماية الحاجز ، ويزداد نشاط العرق والغدد الدهنية ، ويتم تنشيط عمليات التجديد. ومن المثير للاهتمام أن حساسية الجلد في مناطق مختلفة من الجسم تجاه الموجات فوق الصوتية ليست هي نفسها: فهي في الوجه والبطن أعلى منها في الأطراف.

عند التعرض للموجات فوق الصوتية على الجهاز العصبي بقوة 0.5 واط / سم 2. يزيد من معدل الإثارة الألياف العصبية، وبكثافة أعلى - 1 واط / سم 2. - يتناقص. الموجات فوق الصوتية ذات الشدة المعتدلة لها تأثير مضاد للتشنج - فهي تخفف من تشنجات الشعب الهوائية والصفراء والمسالك البولية والأمعاء وتزيد من التبول. تحت تأثيره ، يتم تطبيع نغمة الأوعية الدموية وتحسين تدفق الدم إلى الأنسجة ، ويزيد امتصاص الأكسجين بواسطتها.

تستخدم الموجات فوق الصوتية لعلاج التهاب اللوزتين المزمن. يتم "التعبير" عن اللوزتين المصابتين عن طريق الموجات فوق الصوتية منخفضة الكثافة ، مما يقلل من نشاط مسببات الأمراض ، ويحسن تغذية الأنسجة ، وينشط العمليات المناعية. ونتيجة لذلك ، يساعد علاج العيادات الخارجية في الحفاظ على اللوزتين اللتين تلعبان دورًا مهمًا في ردود الفعل الوقائية للجسم. طور أطباء روستوف تقنية أصلية لتدليك العين بالموجات فوق الصوتية. بعد تقطير دواء مخدر ، يتم وضع إطار دائري على عين المريض ويتم تشغيل الموجات فوق الصوتية. بعد عشرات الجلسات من هذا التدليك بالموجات فوق الصوتية في المرضى الذين يعانون من الشكل الأولييتم تطبيع ضغط العين الجلوكوما.

في أمراض النساء ، تستخدم الموجات فوق الصوتية لعلاج تآكل عنق الرحم. بالفعل بعد إجراءين أو ثلاثة إجراءات بالموجات فوق الصوتية ، تم إجراؤها بفاصل من يوم إلى يومين ، بدأ التآكل في الشفاء ، وبعد شهر اختفى تمامًا في معظم المرضى.

أحد تخصصات العلاج بالموجات فوق الصوتية هو علاج الورم الحميد في البروستاتا. يصيب هذا المرض في الغالب كبار السن من الرجال. العلاج والجراحة في معظم الحالات. يعطي استخدام العلاج بالموجات فوق الصوتية للورم الحميد في البروستاتا والتهاب البروستاتا نتيجة جيدة: بعد عدة إجراءات ، اختفى الألم بشكل شبه كامل لدى المرضى ، وعاد التبول إلى طبيعته ، وتحسنت الحالة العامة. "الصوت" الذي يتم إجراؤه بعد عملية إزالة الغدة ، يساهم في تحسين مسار فترة ما بعد الجراحة.

العلاج بالموجات فوق الصوتية الأكثر استخدامًا لعلاج تنخر العظم ، والتهاب المفاصل ، وعرق النسا وأمراض الأطراف الأخرى الجهاز العصبيوالجهاز العضلي الهيكلي.

لا ينصح بالعلاج بالموجات فوق الصوتية للحالات الحادة أمراض معدية، الذبحة الصدرية ، تمدد الأوعية الدموية القلبية ، ارتفاع ضغط الدمالمرحلتان الثانية ب والثالثة ، أمراض الدم ، الميل للنزيف ، وكذلك أثناء الحمل. في السابق ، كان يُعتبر وجود الأورام الخبيثة أيضًا من موانع الاستعمال. ولكن في الآونة الأخيرة ، تمت دراسة مسألة استخدام العلاج بالموجات فوق الصوتية لعلاجهم ، بشكل منفصل أو بالاشتراك مع العلاج بالأشعة السينية.

تستخدم الموجات فوق الصوتية أحيانًا مع العديد من المواد الطبية. تسمى هذه الطريقة بالترحلان الصوتي ، على الرغم من أنه سيكون من الأصح تسميتها بالرحلان الفائق. تعتمد الطريقة على زيادة نفاذية الجلد والأغشية المخاطية وأغشية الخلايا وتحسين الدورة الدموية الموضعية تحت تأثير الموجات فوق الصوتية. كل هذا يساعد على إدخال عدد من الأدوية عن طريق الجلد والأغشية المخاطية.

حاليا ، يتم استخدام Phonophoresis من قبل الكثيرين أدويةمثل الهيدروكورتيزون ، أنالجين ، كلوربرومازين ، إنترفيرون ، كومبلامين ، هيبارين ، خلاصة الصبار ، فيبس ، سطر كاملالمضادات الحيوية ، وما إلى ذلك في الوقت نفسه ، وجد أن بعض المواد الطبية ، على سبيل المثال ، يوفيلين ، وحمض الأسكوربيك ، والثيامين (فيتامين ب 1) وغيرها ، عند "السبر" بالموجات فوق الصوتية ، إما أنها لا تخترق الجسم أو تتلف. في بعض الأحيان ، أثناء عملية التحويل الصوتي ، يتم أولاً صوت الجلد أو الغشاء المخاطي بالموجات فوق الصوتية ، وبعد ذلك ، بعد إزالة وسيط التلامس ، يتم تطبيق مادة طبية على شكل غسول أو مرهم. ولكن في كثير من الأحيان يتم تنفيذ الإجراء بنفس طريقة تشعيع الموجات فوق الصوتية التقليدية. يتم تطبيق المواد الطبية مسبقًا على سطح الجلد أو الغشاء المخاطي في شكل محلول مائي أو مستحلب أو مرهم. كما أنهم يلعبون دور وسيط الاتصال في تسجيل النقاط. مع الفصل الصوتي ، وكذلك مع "التعبير عن الصوت" بدون استخدام الأدوية ، يتم استخدام طريقتين: مستقرة وقابلة للتغير. مع بقاء الهزاز الأول أثناء العملية بلا حراك ، والثاني - يتحرك ببطء على طول سطح الجلد أو الغشاء المخاطي.

في السنوات الأخيرة ، تمت دراسة إمكانيات استخدام الوخز بالإبر ، والموجات فوق الصوتية المركزة ، والتعرض بالموجات فوق الصوتية المتحكم فيه حيوياً والمتزامن حيوياً. يستمر نطاق العلاج بالموجات فوق الصوتية في التوسع.

حديثاً استخدام واسعتم استخدام الموجات فوق الصوتية في مختلف مجالات العلوم والتكنولوجيا والطب.

ما هذا؟ أين تستخدم الاهتزازات فوق الصوتية؟ ما هي الفوائد التي يمكن أن يجلبوها للفرد؟

تسمى الموجات فوق الصوتية بالحركات التذبذبية الشبيهة بالموجات التي يزيد ترددها عن 15-20 كيلوهرتز ، والتي تنشأ تحت تأثير البيئة وغير مسموعة للأذن البشرية. يتم تركيز الموجات فوق الصوتية بسهولة ، مما يزيد من شدة الاهتزازات.

مصادر الموجات فوق الصوتية

في الطبيعة ، ترافق الموجات فوق الصوتية العديد من الضوضاء الطبيعية: المطر والعواصف الرعدية والرياح والشلال وتصفح البحر. بعض الحيوانات (الدلافين ، الخفافيش) مما يساعدهم على اكتشاف العوائق والتنقل في الفضاء.

كلها موجودة مصادر اصطناعيةتنقسم الموجات فوق الصوتية إلى مجموعتين:

• المولدات - تحدث التذبذبات نتيجة التغلب على العوائق في شكل غاز أو نفاث سائل.
• محولات كهربائية صوتية - تحويل الجهد الكهربائي إلى الاهتزازات الميكانيكية، مما يؤدي إلى انبعاث الموجات الصوتية في بيئة.

مستقبلات الموجات فوق الصوتية

يتم إدراك الترددات المنخفضة والمتوسطة للاهتزازات فوق الصوتية بشكل أساسي بواسطة محولات الطاقة الكهروضوئية من النوع الكهروضغطي. اعتمادًا على ظروف الاستخدام ، يتم تمييز الأجهزة الرنانة والنطاق العريض.

للحصول على خصائص المجال الصوتي التي يتم حساب متوسطها بمرور الوقت ، يتم استخدام المستقبلات الحرارية ، ممثلة بمزدوجات حرارية أو مقاومات حرارية ، مغطاة بمادة ذات خصائص امتصاص الصوت.

الطرق البصرية ، التي تشمل حيود الضوء ، قادرة على تقدير شدة الموجات فوق الصوتية وضغط الصوت.

أين تستخدم الموجات فوق الصوتية؟

وجدت الموجات فوق الصوتية تطبيقًا في مجموعة متنوعة من المجالات.

تقليديا ، يمكن تقسيم مجالات استخدام الموجات فوق الصوتية إلى 3 مجموعات:

• تلقي المعلومات
• تأثير نشط
• معالجة الإشارات ونقلها.

في كل حالة يتم استخدامها نطاق محددالترددات.

التنظيف بالموجات فوق الصوتية

يوفر العمل بالموجات فوق الصوتية تنظيفًا عالي الجودة للأجزاء. مع الشطف البسيط للأجزاء ، يبقى ما يصل إلى 80٪ من الأوساخ عليها ، مع التنظيف بالاهتزاز - ما يقرب من 55٪ ، مع التنظيف اليدوي - حوالي 20٪ ، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية - أقل من 0.5٪.

لا يمكن إزالة التفاصيل ذات الشكل المعقد إلا بمساعدة الموجات فوق الصوتية.

تستخدم الموجات فوق الصوتية أيضًا في تنقية الهواء والغازات. يعمل باعث الموجات فوق الصوتية الموضوعة في غرفة ترسيب الغبار على زيادة فعالية عملها مئات المرات.

تصنيع المواد الهشة وفائقة الصلابة

بفضل الموجات فوق الصوتية ، أصبحت المعالجة فائقة الدقة للمواد ممكنة. استخدمه لعمل القواطع أشكال متعددةوالمصفوفات والطحن والنقش وحتى حفر الماس.

استخدام الموجات فوق الصوتية في الإلكترونيات اللاسلكية

في الإلكترونيات الراديوية ، غالبًا ما يكون من الضروري تأخير الإشارة الكهربائية فيما يتعلق ببعض الإشارات الأخرى. لهذا ، بدأ استخدام خطوط التأخير بالموجات فوق الصوتية ، والتي يعتمد عملها على تحويل النبضات الكهربائية إلى موجات فوق صوتية. كما أنها قادرة على تحويل الاهتزازات الميكانيكية إلى اهتزازات كهربائية. وفقًا لذلك ، يمكن أن تكون خطوط التأخير مقبضة مغناطيسية وكهربائية انضغاطية.

استخدام الموجات فوق الصوتية في الطب

يعتمد استخدام الاهتزازات فوق الصوتية في الممارسة الطبية على التأثيرات التي تحدث في الأنسجة البيولوجية أثناء مرور الموجات فوق الصوتية من خلالها. حركات تذبذبيةلها تأثير تدليك على الأنسجة ، وعندما يتم امتصاص الموجات فوق الصوتية ، يتم تسخينها محليًا. في الوقت نفسه ، لوحظت عمليات فيزيائية كيميائية مختلفة في الجسم لا تسبب تغيرات لا رجعة فيها. نتيجة لذلك ، يتم تسريع عمليات التمثيل الغذائي ، مما يؤثر بشكل إيجابي على عمل الكائن الحي بأكمله.

استخدام الموجات فوق الصوتية في الجراحة

يسبب العمل المكثف للموجات فوق الصوتية تسخينًا قويًا وتجويفًا ، والذي وجد تطبيقًا في الجراحة. يتيح استخدام الموجات فوق الصوتية البؤرية أثناء العمليات إجراء تأثير مدمر موضعي في الأجزاء العميقة من الجسم ، بما في ذلك منطقة الدماغ ، دون الإضرار بالأنسجة المجاورة.

يستخدم الجراحون في عملهم أدوات ذات نهاية عمل على شكل إبرة أو مشرط أو منشار. في هذه الحالة ، لا يحتاج الجراح إلى بذل جهود ، مما يقلل من صدمة العملية. في الوقت نفسه ، فإن الموجات فوق الصوتية لها تأثير مسكن ومرقئ.

يتم وصف التعرض للموجات فوق الصوتية عند اكتشاف ورم خبيث في الجسم ، مما يساهم في تدميره.

الموجات فوق الصوتية لها أيضًا تأثير مضاد للجراثيم. لذلك ، يتم استخدامها لتعقيم الأدوات و أدوية.

فحص الأعضاء الداخلية

بمساعدة الموجات فوق الصوتية ، يتم إجراء فحص تشخيصي للأعضاء الموجودة في تجويف البطن. لهذا ، يتم استخدام جهاز خاص.

أثناء الفحص بالموجات فوق الصوتية ، من الممكن الكشف عن العديد من الأمراض والتركيبات غير الطبيعية ، وتمييز الأورام الحميدة عن الورم الخبيث ، واكتشاف العدوى.

تستخدم الاهتزازات فوق الصوتية في تشخيص الكبد. إنها تسمح لك بتحديد أمراض التيارات الصفراوية ، وفحص المرارة لوجود حصوات وتغيرات مرضية فيها ، والتعرف على تليف الكبد وأمراض الكبد الحميدة.

وجدت الموجات فوق الصوتية تطبيقًا واسعًا في مجال أمراض النساء ، وخاصة في تشخيص الرحم والمبايض. يساعد في الكشف عن أمراض النساء والتمييز بين الأورام الخبيثة والحميدة.

تستخدم الموجات فوق الصوتية أيضًا في دراسة الآخرين اعضاء داخلية.

استخدام الموجات فوق الصوتية في طب الأسنان

في طب الأسنان ، تتم إزالة البلاك والقلح باستخدام الموجات فوق الصوتية. بفضله ، تتم إزالة الطبقات بسرعة ودون ألم ، دون إصابة الغشاء المخاطي. في نفس الوقت ، يتم تطهير تجويف الفم.

القرن الحادي والعشرون هو قرن الإلكترونيات الراديوية والذرة واستكشاف الفضاء والموجات فوق الصوتية. يعتبر علم الموجات فوق الصوتية حديثًا نسبيًا اليوم. في نهاية القرن التاسع عشر ، أجرى بي إن ليبيديف ، عالم فيزيولوجي روسي ، دراساته الأولى. بعد ذلك ، بدأ العديد من العلماء البارزين في دراسة الموجات فوق الصوتية.

ما هي الموجات فوق الصوتية؟

الموجات فوق الصوتية هي تأثير انتشار يشبه الموجة للجسيمات المتوسطة. لها خصائصها الخاصة ، والتي تختلف فيها عن أصوات النطاق المسموع. من السهل نسبيًا الحصول على إشعاع موجه في نطاق الموجات فوق الصوتية. بالإضافة إلى ذلك ، فهو شديد التركيز ، ونتيجة لذلك ، تزداد شدة التذبذبات. عند التكاثر في المواد الصلبة والسوائل والغازات ، تؤدي الموجات فوق الصوتية إلى ظهور ظواهر مثيرة للاهتمام وجدت تطبيقات عملية في العديد من مجالات التكنولوجيا والعلوم. هذا هو ما هي الموجات فوق الصوتية ، ودورها في مختلف مجالات الحياة اليوم كبير جدًا.

دور الموجات فوق الصوتية في العلم والممارسة

في السنوات الأخيرة ، بدأت الموجات فوق الصوتية تلعب دورًا متزايد الأهمية في البحث العلمي. تم إجراء الدراسات التجريبية والنظرية في مجال التدفقات الصوتية والتجويف بالموجات فوق الصوتية بنجاح ، مما سمح للعلماء بتطوير العمليات التكنولوجية التي تحدث عند التعرض للموجات فوق الصوتية في المرحلة السائلة. إنها طريقة قوية لدراسة الظواهر المختلفة في مجال المعرفة مثل الفيزياء. تستخدم الموجات فوق الصوتية ، على سبيل المثال ، في فيزياء أشباه الموصلات و جسم صلب. اليوم ، يتم تشكيل فرع منفصل من الكيمياء ، يسمى "كيمياء الموجات فوق الصوتية". يسمح تطبيقه بتسريع العديد من العمليات التكنولوجية الكيميائية. ولدت أيضًا الصوتيات الجزيئية - قسم جديدالصوتيات التي تدرس التفاعل الجزيئي مع المادة ، وقد ظهرت مجالات جديدة لتطبيق الموجات فوق الصوتية: الهولوغرافي ، التنظير الداخلي ، الإلكترونيات الصوتية ، قياس الطور فوق الصوتي ، الصوتيات الكمومية.

بالإضافة إلى العمل التجريبي والنظري في هذا المجال ، تم إنجاز الكثير من العمل العملي اليوم. تم تطوير آلات خاصة وعالمية بالموجات فوق الصوتية ، وتركيبات تعمل تحت ضغط ثابت متزايد ، وما إلى ذلك. وقد تم إدخال تركيبات الموجات فوق الصوتية الأوتوماتيكية المدرجة في خطوط الإنتاج في الإنتاج ، والتي يمكن أن تزيد بشكل كبير من إنتاجية العمالة.

المزيد عن الموجات فوق الصوتية

دعنا نتحدث أكثر عن ماهية الموجات فوق الصوتية. لقد قلنا بالفعل أن هذه موجات مرنة وأن الموجات فوق الصوتية تزيد عن 15-20 كيلو هرتز. تحدد الخصائص الذاتية لسمعنا الحد الأدنى للترددات فوق الصوتية ، والتي تفصلها عن تردد الصوت المسموع. وبالتالي ، فإن هذه الحدود مشروطة ، ويحدد كل واحد منا بشكل مختلف ما هي الموجات فوق الصوتية. يشار إلى الحد العلوي من خلال الموجات المرنة ، الخاصة بهم الطبيعة الفيزيائية. تنطبق فقط على البيئة الماديةأي أن الطول الموجي يجب أن يكون أكبر بكثير من متوسط ​​المسار الحر للجزيئات الموجودة في الغاز أو المسافات بين الذرية في المواد الصلبة والسوائل. عند الضغط العادي في الغازات ، يكون الحد الأعلى لترددات الموجات فوق الصوتية هو 10 9 هرتز ، وفي المواد الصلبة والسوائل - 10 12-10 13 هرتز.

مصادر الموجات فوق الصوتية

توجد الموجات فوق الصوتية في الطبيعة كمكون للعديد من الضوضاء الطبيعية (الشلال والرياح والأمطار والحصى التي تدحرجت بواسطة الأمواج ، وكذلك في الأصوات المصاحبة لتصريف العواصف الرعدية ، وما إلى ذلك) ، وكجزء لا يتجزأ من عالم الحيوان. تستخدمه بعض أنواع الحيوانات للتوجيه في الفضاء ، واكتشاف العقبات. من المعروف أيضًا أن الدلافين تستخدم الموجات فوق الصوتية في الطبيعة (ترددات بشكل أساسي من 80 إلى 100 كيلو هرتز). في هذه الحالة ، يمكن أن تكون قوة إشارات الموقع المنبعثة منها كبيرة جدًا. من المعروف أن الدلافين قادرة على اكتشاف مجموعات الأسماك على بعد كيلومتر واحد منها.

تنقسم بواعث (مصادر) الموجات فوق الصوتية إلى 2 مجموعات كبيرة. الأول هو المولدات ، حيث تكون التذبذبات متحمسة بسبب وجود عقبات فيها مثبتة في مسار التدفق المستمر - نفاثة من السائل أو الغاز. المجموعة الثانية ، التي يمكن دمج مصادر الموجات فوق الصوتية فيها ، هي محولات طاقة صوتية كهربائية ، والتي تحول التذبذبات المعطاة للتيار أو الجهد الكهربائي إلى تذبذبات ميكانيكية صنعها جسم صلب ، مشعة الموجات الصوتيةفي البيئة.

مستقبلات الموجات فوق الصوتية

في المستقبلات المتوسطة والموجات فوق الصوتية ، غالبًا ما تكون محولات الطاقة الكهروضوئية من النوع الكهروضغطي. يمكنهم إعادة إنتاج شكل الإشارة الصوتية المستقبلة ، والتي يتم تمثيلها كاعتماد زمني لضغط الصوت. يمكن أن تكون الأجهزة ذات نطاق عريض أو طنين ، اعتمادًا على ظروف التطبيق المخصصة لها. تُستخدم المستقبلات الحرارية للحصول على خصائص المجال الصوتي ذات المتوسط ​​الزمني. وهي عبارة عن مقاومات حرارية أو مزدوجات حرارية مغلفة بمادة ممتصة للصوت. يمكن أيضًا تقييم ضغط الصوت وشدته الطرق البصرية، مثل حيود الضوء بالموجات فوق الصوتية.

أين تستخدم الموجات فوق الصوتية؟

هناك العديد من مجالات تطبيقه ، أثناء استخدام الميزات المختلفة للموجات فوق الصوتية. يمكن تقسيم هذه المناطق تقريبًا إلى ثلاث مناطق. أولهم مرتبط بالحصول على معلومات مختلفة عن طريق الموجات فوق الصوتية. الاتجاه الثاني هو تأثيره النشط على المادة. والثالث متصل بنقل الإشارات ومعالجتها. يتم استخدام محدد في الولايات المتحدة في كل حالة. سنغطي فقط عددًا قليلاً من المجالات العديدة التي وجدت تطبيقه فيها.

التنظيف بالموجات فوق الصوتية

لا يمكن مقارنة جودة هذا التنظيف بالطرق الأخرى. عند شطف الأجزاء ، على سبيل المثال ، يبقى ما يصل إلى 80٪ من الملوثات على سطحها ، وحوالي 55٪ - مع التنظيف بالاهتزاز ، وحوالي 20٪ - بالتنظيف اليدوي ، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية ، لا يتبقى أكثر من 0.5٪ من الملوثات. لا يمكن تنظيف التفاصيل التي لها شكل معقد جيدًا إلا بمساعدة الموجات فوق الصوتية. من المزايا المهمة لاستخدامه الإنتاجية العالية ، فضلاً عن التكاليف المنخفضة. عمل جسدي. علاوة على ذلك ، من الممكن استبدال المذيبات العضوية باهظة الثمن والقابلة للاشتعال بمذيبات رخيصة وآمنة. محاليل مائية، ضع الفريون السائل ، إلخ.

هناك مشكلة خطيرة تتمثل في تلوث الهواء بالسخام والدخان والغبار وأكاسيد المعادن وما إلى ذلك. يمكنك استخدام طريقة الموجات فوق الصوتية لتنظيف الهواء والغاز في منافذ الغاز ، بغض النظر عن الرطوبة المحيطة ودرجة الحرارة. إذا تم وضع جهاز إرسال بالموجات فوق الصوتية في غرفة ترسيب الغبار ، فستزيد كفاءته مئات المرات. ما هو جوهر هذا التطهير؟ تضرب جزيئات الغبار التي تتحرك بشكل عشوائي في الهواء بعضها البعض بشكل أقوى وفي كثير من الأحيان تحت تأثير الاهتزازات فوق الصوتية. في الوقت نفسه ، يزداد حجمها بسبب اندماجها. التخثر هو عملية تضخم الجسيمات. يتم التقاط تراكماتها الموزونة والمتضخمة بواسطة مرشحات خاصة.

تصنيع المواد الهشة وفائقة الصلابة

إذا دخلت بين قطعة العمل وسطح العمل للأداة التي تستخدم الموجات فوق الصوتية ، فإن الجسيمات الكاشطة أثناء تشغيل الباعث ستؤثر على سطح هذا الجزء. في هذه الحالة ، يتم تدمير المادة وإزالتها ، وتعريضها للمعالجة تحت تأثير مجموعة متنوعة من التأثيرات الدقيقة الموجهة. تتكون حركيات المعالجة من الحركة الرئيسية - القطع ، أي الاهتزازات الطولية التي تحدثها الأداة ، والحركة المساعدة - حركة التغذية التي يقوم بها الجهاز.

يمكن أن تقوم الموجات فوق الصوتية بمجموعة متنوعة من الوظائف. بالنسبة للحبوب الكاشطة ، يكون مصدر الطاقة نصب. إنهم يدمرون المواد المعالجة. يمكن أن تكون حركة التغذية (المساعدة) دائرية وعرضية وطولية. المعالجة بالموجات فوق الصوتية أكثر دقة. اعتمادًا على حجم حبيبات المادة الكاشطة ، يتراوح من 50 إلى 1 ميكرون. باستخدام الأدوات أشكال مختلفة، لا يمكنك عمل ثقوب فحسب ، بل يمكنك أيضًا عمل فتحات معقدة ، ومحاور منحنية ، ونقش ، وطحن ، وصنع مصفوفات ، وحتى حفر الماس. المواد المستخدمة كمادة كاشطة هي اكسيد الالمونيوم ، الماس ، رمل الكوارتز ، الصوان.

الموجات فوق الصوتية في الإلكترونيات اللاسلكية

غالبًا ما تستخدم الموجات فوق الصوتية في الهندسة في مجال إلكترونيات الراديو. في هذه المنطقة ، غالبًا ما يكون من الضروري تأخير إشارة كهربائية بالنسبة إلى إشارة أخرى. لقد وجد العلماء حلاً جيدًا من خلال اقتراح استخدام خطوط التأخير بالموجات فوق الصوتية (LZ للاختصار). يعتمد عملهم على حقيقة أن النبضات الكهربائية تتحول إلى موجات فوق صوتية ، فكيف يحدث هذا؟ الحقيقة هي أن سرعة الموجات فوق الصوتية أقل بكثير من سرعة التذبذبات الكهرومغناطيسية. سوف تتأخر نبضة الجهد بعد التحول العكسي إلى تذبذبات ميكانيكية كهربائية عند إخراج الخط بالنسبة لنبض الإدخال.

تُستخدم محولات الطاقة الكهرضغطية والمغناطيسية لتحويل الاهتزازات الكهربائية إلى الاهتزازات الميكانيكية والعكس بالعكس. تنقسم LZ ، على التوالي ، إلى كهرضغطية ومقبض مغناطيسي.

الموجات فوق الصوتية في الطب

تُستخدم أنواع مختلفة من الموجات فوق الصوتية للتأثير على الكائنات الحية. في الممارسة الطبية ، أصبح استخدامه شائعًا جدًا الآن. يعتمد على التأثيرات التي تحدث في الأنسجة البيولوجية عندما تمر الموجات فوق الصوتية من خلالها. تسبب الموجات تقلبات في جزيئات الوسط ، مما يخلق نوعًا من التدليك المجهري للأنسجة. وامتصاص الموجات فوق الصوتية يؤدي إلى تسخينها الموضعي. في الوقت نفسه ، تحدث بعض التحولات الفيزيائية والكيميائية في الوسائط البيولوجية. هذه الظواهر في حالة حدوث ضرر معتدل لا رجعة فيه لا تسبب. إنها تعمل فقط على تحسين التمثيل الغذائي ، وبالتالي تساهم في النشاط الحيوي للجسم المعرض لها. تستخدم هذه الظواهر في العلاج بالموجات فوق الصوتية.

الموجات فوق الصوتية في الجراحة

يؤدي التجويف والتسخين القوي عند الشدة العالية إلى تدمير الأنسجة. يستخدم هذا التأثير اليوم في الجراحة. تُستخدم الموجات فوق الصوتية المركزة في العمليات الجراحية ، مما يسمح بالتدمير الموضعي في أعمق الهياكل (على سبيل المثال ، الدماغ) ، دون الإضرار بالبنى المحيطة. في الجراحة ، يتم أيضًا استخدام أدوات الموجات فوق الصوتية ، حيث تبدو نهاية العمل مثل ملف ، ومشرط ، وإبرة. الاهتزازات المفروضة عليهم تعطي صفات جديدة لهذه الأجهزة. يتم تقليل القوة المطلوبة بشكل كبير ، وبالتالي ، يتم تقليل صدمة العملية. بالإضافة إلى ذلك ، يتجلى تأثير مسكن ومرقئ. يستخدم التأثير بأداة حادة باستخدام الموجات فوق الصوتية لتدمير أنواع معينة من الأورام التي ظهرت في الجسم.

يتم تنفيذ التأثير على الأنسجة البيولوجية لتدمير الكائنات الحية الدقيقة ويستخدم في عمليات تعقيم الأدوية والأدوات الطبية.

فحص الأعضاء الداخلية

في الأساس نحن نتحدث عن دراسة تجويف البطن. لهذا الغرض ، يمكن استخدام أداة خاصة لإيجاد والتعرف على التشوهات المختلفة للأنسجة والتركيبات التشريحية. غالبًا ما تكون المهمة على النحو التالي: هناك اشتباه في تكوين خبيث ومطلوب تمييزه عن تكوين حميد أو معدي.

الموجات فوق الصوتية مفيدة في فحص الكبد وللمهام الأخرى والتي تشمل الكشف عن انسداد وأمراض القنوات الصفراوية وكذلك فحص المرارة للكشف عن وجود حصوات وأمراض أخرى بها. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام اختبار تليف الكبد وغيره من أمراض الكبد الحميدة المنتشرة.

في مجال أمراض النساء ، وخاصة في تحليل المبايض والرحم ، لطالما كان استخدام الموجات فوق الصوتية هو الاتجاه الرئيسي الذي يتم تنفيذه بنجاح خاص. في كثير من الأحيان ، هناك حاجة أيضًا إلى التمايز بين التكوينات الحميدة والخبيثة ، الأمر الذي يتطلب عادةً أفضل تباين ودقة مكانية. يمكن أن تكون الاستنتاجات المماثلة مفيدة في دراسة العديد من الأعضاء الداخلية الأخرى.

استخدام الموجات فوق الصوتية في طب الأسنان

وجدت الموجات فوق الصوتية طريقها أيضًا إلى طب الأسنان ، حيث يتم استخدامها لإزالة الجير. يسمح لك بإزالة البلاك والحجر بسرعة وبدون دم وبدون ألم. في الوقت نفسه ، لا يصاب الغشاء المخاطي للفم ، ويتم تطهير "جيوب" التجويف. بدلاً من الألم ، يشعر المريض بالدفء.

الموجات فوق الصوتية

الموجات فوق الصوتية - اهتزازات مرنةبتردد يتجاوز السمع البشري. عادة ، يعتبر نطاق الموجات فوق الصوتية ترددات أعلى من 18000 هرتز.

على الرغم من أن وجود الموجات فوق الصوتية معروف منذ فترة طويلة ، إلا أن الاستخدام العمليصغير بما فيه الكفاية. في الوقت الحاضر ، تستخدم الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في العديد من المجالات الفيزيائية و الأساليب التكنولوجية. لذلك ، وفقًا لسرعة انتشار الصوت في الوسط ، يكون حجمه الخصائص البدنية. تتيح قياسات السرعة عند ترددات الموجات فوق الصوتية إمكانية تحديد ، على سبيل المثال ، الخصائص الثابتة للحرارة للعمليات السريعة ، وقيم السعة الحرارية المحددة للغازات ، والثوابت المرنة للمواد الصلبة ، وذلك باستخدام أخطاء صغيرة جدًا.

مصادر الموجات فوق الصوتية

يكمن تردد الاهتزازات فوق الصوتية المستخدمة في الصناعة وعلم الأحياء في نطاق بترتيب عدة ميغا هرتز. عادة ما يتم إنشاء هذه الاهتزازات باستخدام محولات طاقة الباريوم تيتانيت البيزوكيراميك. في الحالات التي تكون فيها قوة الاهتزازات فوق الصوتية ذات أهمية قصوى ، عادة ما يتم استخدام المصادر الميكانيكية للموجات فوق الصوتية. في البداية ، تم تلقي جميع الموجات فوق الصوتية ميكانيكيًا (ضبط الشوكات ، والصفارات ، وصفارات الإنذار).

في الطبيعة ، تم العثور على الولايات المتحدة كمكونات للعديد من الضوضاء الطبيعية (في ضوضاء الرياح ، والشلال ، والمطر ، وضوضاء الحصى التي تدحرجها الأمواج ، والأصوات المصاحبة لتصريفات البرق ، وما إلى ذلك) ، وبين الأصوات عالم الحيوان. تستخدم بعض الحيوانات الموجات فوق الصوتية لاكتشاف العوائق والتوجه في الفضاء.

يمكن تقسيم بواعث الموجات فوق الصوتية إلى مجموعتين كبيرتين. الأول يشمل بواعث - مولدات ؛ تكون التذبذبات فيها متحمسة بسبب وجود عقبات في مسار التدفق المستمر - نفاثة من الغاز أو السائل. المجموعة الثانية من بواعث - محولات كهربائية صوتية ؛ إنهم يحولون التقلبات المعطاة بالفعل للجهد الكهربي أو التيار الكهربائي إلى اهتزاز ميكانيكي لجسم صلب ، يشع الموجات الصوتية في البيئة.

صافرة جالتون

أول صافرة بالموجات فوق الصوتية صنعت عام 1883 بواسطة الإنجليزي جالتون. يتم إنشاء الموجات فوق الصوتية هنا مثل صوت عالي النبرة على حافة السكين عندما يضربه تيار من الهواء. يتم لعب دور مثل هذه النقطة في صافرة جالتون بواسطة "شفة" في شكل أسطواني صغير تجويف رنيني. مر الغاز تحت ضغط مرتفعمن خلال اسطوانة مجوفة ، يضرب هذه "الشفة" ؛ تحدث التذبذبات ، التي يتم تحديد ترددها (حوالي 170 كيلو هرتز) بحجم الفوهة والشفتين. قوة صافرة جالتون منخفضة. يستخدم بشكل أساسي لإعطاء الأوامر عند تدريب الكلاب والقطط.

صافرة السائل بالموجات فوق الصوتية

يمكن تكييف معظم صفارات الموجات فوق الصوتية للعمل في وسط سائل. بالمقارنة مع المصادر الكهربائية للموجات فوق الصوتية ، فإن صفارات الموجات فوق الصوتية السائلة منخفضة الطاقة ، ولكن في بعض الأحيان ، على سبيل المثال ، للتجانس بالموجات فوق الصوتية ، يكون لها ميزة كبيرة. نظرًا لأن الموجات فوق الصوتية تنشأ مباشرة في وسط سائل ، فلا يوجد فقدان للطاقة من الموجات فوق الصوتية أثناء الانتقال من وسط إلى آخر. ولعل الأكثر نجاحًا هو تصميم صافرة سائلة بالموجات فوق الصوتية ، صنعه العالمان الإنجليز Kottel and Goodman في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي. في ذلك ، يخرج تيار مائع عالي الضغط من فوهة بيضاوية ويتم توجيهه إلى لوح فولاذي. أصبحت التعديلات المختلفة لهذا التصميم منتشرة على نطاق واسع من أجل الحصول على وسائط متجانسة. نظرًا لبساطة واستقرار تصميمها (تم تدمير اللوحة المتذبذبة فقط) ، فإن هذه الأنظمة متينة وغير مكلفة.

صفارة إنذار

نوع آخر من المصادر الميكانيكية للموجات فوق الصوتية هو صفارات الإنذار. لها قوة عالية نسبيًا وتستخدم في الشرطة وسيارات الإطفاء. تتكون جميع صفارات الإنذار الدوارة من غرفة مغلقة من الأعلى بقرص (الجزء الثابت) فيها عدد كبير منالثقوب. يوجد نفس عدد الثقوب على القرص الذي يدور داخل الحجرة - الدوار. عندما يدور الدوار ، يتزامن موضع الثقوب الموجودة فيه بشكل دوري مع موضع الثقوب على الجزء الثابت. يتم تزويد الغرفة بالهواء المضغوط باستمرار ، والتي تهرب منها في تلك اللحظات القصيرة عندما تتزامن الثقوب الموجودة على العضو الدوار والجزء الثابت.

تتمثل المهمة الرئيسية في تصنيع صفارات الإنذار ، أولاً ، في عمل أكبر عدد ممكن من الثقوب في الدوار ، وثانيًا ، تحقيق سرعة دوران عالية. ومع ذلك ، من الصعب للغاية تلبية هذين المطلبين في الممارسة العملية.

الموجات فوق الصوتية في الطبيعة

تطبيق الموجات فوق الصوتية

الاستخدام التشخيصي للموجات فوق الصوتية في الطب (الموجات فوق الصوتية)

نظرًا للانتشار الجيد للموجات فوق الصوتية في الأنسجة الرخوة للإنسان ، وعدم ضررها النسبي مقارنة بالأشعة السينية ، وسهولة استخدامها مقارنةً بالتصوير بالرنين المغناطيسي ، تُستخدم الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لتصور حالة الأعضاء الداخلية للإنسان ، وخاصة في تجويف البطن و تجويف الحوض.

التطبيقات العلاجية للموجات فوق الصوتية في الطب

بالإضافة إلى استخدامها على نطاق واسع لأغراض التشخيص (انظر الموجات فوق الصوتية) ، تستخدم الموجات فوق الصوتية في الطب كعامل علاجي.

الموجات فوق الصوتية لها تأثير:

• مضاد للالتهابات ، ماص
• مسكن ، مضاد للتشنج
• تعزيز التجويف من نفاذية الجلد

Phonophoresis هي طريقة مشتركة تتأثر فيها الأنسجة بالموجات فوق الصوتية والمواد الطبية التي تدخل معها (الأدوية والأصل الطبيعي). يرجع توصيل المواد تحت تأثير الموجات فوق الصوتية إلى زيادة نفاذية البشرة والغدد الجلدية وأغشية الخلايا وجدران الأوعية للمواد ذات الوزن الجزيئي الصغير ، وخاصة أيونات البيشوفيت المعدنية. راحة الرحلان الفائق للأدوية والمواد الطبيعية:

• لا يتم تدمير المادة الطبية بالموجات فوق الصوتية
• التآزر بين عمل الموجات فوق الصوتية والمواد العلاجية

مؤشرات ل bischofite ultraphonophoresis: هشاشة العظام ، تنخر العظم ، التهاب المفاصل ، التهاب الجراب ، التهاب اللقيمة ، نتوء الكعب ، الحالات بعد إصابات الجهاز العضلي الهيكلي ؛ التهاب الأعصاب ، اعتلال الأعصاب ، التهاب الجذور ، الألم العصبي ، إصابة الأعصاب.

يتم تطبيق Bischofite-gel ويتم استخدام سطح العمل للباعث للتدليك الدقيق للمنطقة المصابة. هذه التقنية متقاربة ، شائعة في الرحلان الفوقي (مع الأشعة فوق البنفسجية للمفاصل والعمود الفقري ، تكون الشدة في منطقة عنق الرحم 0.2-0.4 واط / سم 2. ، في الصدر و قطني- 0.4-0.6 واط / سم 2).

قطع المعادن بالموجات فوق الصوتية

في آلات القطع المعدنية التقليدية ، من المستحيل حفر ثقب ضيق في الجزء المعدني. شكل معقد، على سبيل المثال في النموذج نجمة خماسية. بمساعدة الموجات فوق الصوتية ، هذا ممكن ، يمكن للهزاز التقبضي المغناطيسي حفر ثقوب من أي شكل. يحل إزميل فوق صوتي محل آلة الطحن تمامًا. في الوقت نفسه ، يكون هذا الإزميل أبسط بكثير من آلة الطحن ، كما أنه أرخص وأسرع لمعالجة الأجزاء المعدنية به مقارنة بآلة الطحن.

يمكن للموجات فوق الصوتية إجراء قطع حلزوني في الأجزاء المعدنية والزجاج والياقوت والماس. عادة ، يتم تصنيع الخيط أولاً من المعدن اللين ، ثم يتم تقوية الجزء. في جهاز الموجات فوق الصوتية ، يمكن صنع الخيوط من معدن مقوى بالفعل وفي سبائك صلبة. الشيء نفسه مع الطوابع. عادة ، يتم تلطيف الختم بعد الانتهاء منه بعناية. على جهاز الموجات فوق الصوتية ، يتم إجراء المعالجة الأكثر تعقيدًا بواسطة مادة جلخ (صنفرة ، مسحوق اكسيد الألمونيوم) في مجال الموجات فوق الصوتية. تتأرجح جزيئات المسحوق الصلب باستمرار في مجال الموجات فوق الصوتية ، وتقطع السبيكة التي تتم معالجتها وتقطع ثقبًا بنفس شكل الإزميل.

تحضير الخلائط بالموجات فوق الصوتية

تستخدم الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لإعداد مخاليط متجانسة (التجانس). في عام 1927 ، اكتشف العلماء الأمريكيون ليموس آند وود أنه إذا تم سكب سائلين غير قابلين للامتزاج (على سبيل المثال ، الزيت والماء) في دورق واحد وتعرضوا للإشعاع فوق الصوتي ، فسيتم تكوين مستحلب في الدورق ، أي تعليق جيد من الزيت في الماء. تلعب هذه المستحلبات دورًا مهمًا في الصناعة: وهي الورنيش والدهانات والمنتجات الصيدلانية ومستحضرات التجميل.

استخدام الموجات فوق الصوتية في علم الأحياء

وجدت قدرة الموجات فوق الصوتية على كسر أغشية الخلايا تطبيقًا في الأبحاث البيولوجية ، على سبيل المثال ، إذا لزم الأمر ، لفصل الخلية عن الإنزيمات. تستخدم الموجات فوق الصوتية أيضًا لتدمير الهياكل داخل الخلايا مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء من أجل دراسة العلاقة بين هيكلها ووظيفتها. هناك تطبيق آخر للموجات فوق الصوتية في علم الأحياء يتعلق بقدرتها على إحداث الطفرات. أظهرت الدراسات التي أجريت في أكسفورد أنه حتى الموجات فوق الصوتية منخفضة الكثافة يمكن أن تلحق الضرر بجزيء الحمض النووي. يلعب الخلق الاصطناعي الهادف للطفرات دورًا مهمًا في تربية النباتات. الميزة الرئيسية للموجات فوق الصوتية على المطفرات الأخرى (الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية) هي سهولة التعامل معها.

استخدام الموجات فوق الصوتية للتنظيف

يعتمد استخدام الموجات فوق الصوتية للتنظيف الميكانيكي على حدوث تأثيرات غير خطية مختلفة في سائل تحت تأثيره. وهي تشمل التجويف ، والتيارات الصوتية ، وضغط الصوت. الدور الرئيسي الذي يلعبه التجويف. فقاعاته ، التي تنشأ وتنهار بالقرب من التلوث ، تدمرها. يُعرف هذا التأثير باسم تآكل التجويف. الموجات فوق الصوتية المستخدمة لهذه الأغراض لها ترددات منخفضة وطاقة متزايدة.

في المختبر وظروف الإنتاج ، تستخدم الحمامات فوق الصوتية المملوءة بمذيب (ماء ، كحول ، إلخ) لغسل الأجزاء الصغيرة والأواني. في بعض الأحيان بمساعدتهم ، حتى المحاصيل الجذرية (البطاطس والجزر والبنجر وما إلى ذلك) يتم غسلها من جزيئات الأرض.

تطبيق الموجات فوق الصوتية في قياس التدفق

منذ الستينيات من القرن الماضي ، تم استخدام عدادات التدفق فوق الصوتي في الصناعة للتحكم في التدفق وحساب الماء والمبرد.

استخدام الموجات فوق الصوتية في الكشف عن الخلل

تنتشر الموجات فوق الصوتية جيدًا في بعض المواد ، مما يجعل من الممكن استخدامها للكشف عن الخلل بالموجات فوق الصوتية للمنتجات المصنوعة من هذه المواد. في الآونة الأخيرة ، تم تطوير اتجاه الفحص المجهري بالموجات فوق الصوتية ، مما يجعل من الممكن دراسة الطبقة تحت السطحية للمادة بدقة جيدة.

اللحام بالموجات فوق الصوتية

اللحام بالموجات فوق الصوتية - اللحام بالضغط ، الذي يتم تحت تأثير الاهتزازات فوق الصوتية. يستخدم هذا النوع من اللحام لتوصيل الأجزاء التي يصعب تسخينها ، أو عند توصيل المعادن أو المعادن غير المتشابهة بأفلام أكسيد قوية (الألومنيوم ، الفولاذ المقاوم للصدأ ، النوى المغناطيسية بيرمالوي ، إلخ). لذلك يتم استخدام اللحام بالموجات فوق الصوتية في إنتاج الدوائر المتكاملة.

استخدام الموجات فوق الصوتية في الطلاء الكهربائي

تستخدم الموجات فوق الصوتية لتكثيف العمليات الجلفانية وتحسين جودة الطلاءات التي تنتجها طريقة كهروكيميائية.

مع تطور الصوتيات في أواخر التاسع عشرفي القرن العشرين ، تم اكتشاف الموجات فوق الصوتية ، وفي نفس الوقت بدأت الدراسات الأولى للموجات فوق الصوتية ، ولكن تم وضع الأسس لتطبيقها فقط في الثلث الأول من القرن العشرين.

الموجات فوق الصوتية وخصائصها

في الطبيعة ، توجد الموجات فوق الصوتية كمكون للعديد من الضوضاء الطبيعية: في ضوضاء الرياح ، والشلال ، والمطر ، والحصى البحري الذي تدحرجه الأمواج ، وفي تصريفات البرق. تمتلك العديد من الثدييات ، مثل القطط والكلاب ، القدرة على إدراك الموجات فوق الصوتية بتردد يصل إلى 100 كيلو هرتز ، وقدرات الخفافيش والحشرات الليلية والحيوانات البحرية معروفة جيدًا للجميع.

الموجات فوق الصوتية- اهتزازات ميكانيكية فوق مدى التردد المسموع للأذن البشرية (عادة 20 كيلو هرتز). تنتقل الاهتزازات فوق الصوتية في شكل موجة ، على غرار انتشار الضوء. ومع ذلك ، على عكس الموجات الضوئية ، التي يمكن أن تنتقل في الفراغ ، تتطلب الموجات فوق الصوتية وسط مرنمثل الغاز أو السائل أو الصلب.

المعلمات الرئيسية للموجة هي الطول الموجي والتردد والفترة. لا تختلف الموجات فوق الصوتية بطبيعتها عن موجات النطاق المسموع وتخضع لنفسها القوانين الفيزيائية. لكن الموجات فوق الصوتية لديها مواصفات خاصةالتي حددت تطبيقه الواسع في العلوم والتكنولوجيا. فيما يلي أهمها:

• 1. الطول الموجي القصير. لأدنى نطاق بالموجات فوق الصوتية ، لا يتجاوز الطول الموجي بضعة سنتيمترات في معظم الوسائط. يحدد الطول الموجي القصير طبيعة الشعاع لانتشار الموجات فوق الصوتية. بالقرب من الباعث ، تنتشر الموجات فوق الصوتية في شكل حزم قريبة في الحجم من حجم الباعث. عند الحصول على عدم التجانس في الوسط ، تتصرف الحزمة فوق الصوتية مثل شعاع الضوء ، حيث تعاني من الانعكاس والانكسار والتشتت ، مما يجعل من الممكن تكوين صور صوتية في وسائط غير شفافة بصريًا باستخدام نقي. تأثيرات بصرية(التركيز ، الحيود ، إلخ).
• 2. فترة تذبذب قصيرة ، مما يجعل من الممكن إصدار الموجات فوق الصوتية على شكل نبضات وإجراء اختيار زمني دقيق لإشارات الانتشار في الوسط.

امكانية الحصول عليها قيم عاليةطاقة التذبذب بسعة صغيرة ، لأن تتناسب طاقة التذبذبات مع مربع التردد. هذا يجعل من الممكن إنشاء حزم وحقول بالموجات فوق الصوتية مستوى عالالطاقة دون الحاجة إلى معدات كبيرة.

تتطور التيارات الصوتية الهامة في مجال الموجات فوق الصوتية. لذلك ، فإن تأثير الموجات فوق الصوتية على البيئة يولد تأثيرات محددة: فيزيائية وكيميائية وبيولوجية وطبية. مثل التجويف ، وتأثير الشعيرات الدموية ، والتشتت ، والاستحلاب ، وإزالة الغازات ، والتطهير ، والتدفئة المحلية وغيرها الكثير.

الاحتياجات القوات البحريةالقوى الرائدة - إنجلترا وفرنسا ، لدراسة أعماق البحار ، أثارت اهتمام العديد من العلماء في مجال الصوتيات ، tk. هذا هو النوع الوحيد من الإشارات التي يمكن أن تنتقل بعيدًا في الماء. لذلك في عام 1826 ، حدد العالم الفرنسي كولادون سرعة الصوت في الماء. في عام 1838 ، في الولايات المتحدة ، تم استخدام الصوت لأول مرة لتحديد ملف تعريف قاع البحر من أجل وضع كابل تلغراف. كانت نتائج التجربة مخيبة للآمال. أعطى صوت الجرس صدى ضعيفًا للغاية ، غير مسموع تقريبًا بين أصوات البحر الأخرى. كان من الضروري الذهاب إلى المنطقة أكثر ترددات عالية، مما يسمح لك بإنشاء حزم صوتية موجهة.

تم صنع أول مولد بالموجات فوق الصوتية في عام 1883 بواسطة الإنجليزي فرانسيس جالتون. تم إنشاء الموجات فوق الصوتية مثل صافرة على حافة السكين إذا قمت بالنفخ عليها. لعبت دور هذه النقطة في صافرة جالتون بواسطة أسطوانة ذات حواف حادة. تسرب الهواء أو الغاز الآخر تحت الضغط من خلال فوهة حلقية بقطر مماثل لحافة الأسطوانة مع الحافة ، وحدثت تذبذبات عالية التردد. من خلال نفخ الصافرة بالهيدروجين ، كان من الممكن الحصول على تذبذبات تصل إلى 170 كيلو هرتز.

في عام 1880 ، قام بيير وجاك كوري باكتشاف حاسم لتكنولوجيا الموجات فوق الصوتية. لاحظ الأخوان كوري أنه عند الضغط على بلورات الكوارتز ، الشحنة الكهربائية، والتي تتناسب طرديًا مع القوة المطبقة على البلورة. وقد أطلق على هذه الظاهرة اسم "الكهرباء الانضغاطية" من قبل كلمة اليونانية، بمعنى "اضغط". بالإضافة إلى ذلك ، أظهروا تأثير كهرضغطية معكوس ، والذي تجلى عندما يتغير بسرعة الجهد الكهربائييتم وضعها على البلورة ، مما يجعلها تهتز. من الآن فصاعدًا ، أصبح من الممكن تقنيًا تصنيع أجهزة إرسال واستقبال صغيرة الحجم للموجات فوق الصوتية.

وفاة تيتانيك جراء اصطدامها بجبل جليدي ، وضرورة التعامل مع أسلحة جديدة - الغواصات تطالب التطور السريعالصوتيات فوق الصوتية. في عام 1914 ، قام الفيزيائي الفرنسي بول لانجفين ، جنبًا إلى جنب مع عالم مهاجر روسي موهوب ، كونستانتين فاسيليفيتش شيلوفسكي ، بتطوير سونار يتكون من باعث بالموجات فوق الصوتية وميكروفون - جهاز استقبال للاهتزازات فوق الصوتية على أساس التأثير الكهروضغطي. سونار Langevin - Shilovsky ، كان أول جهاز فوق صوتيالمطبقة في الممارسة. في الوقت نفسه ، طور العالم الروسي S.Ya.Sokolov أساسيات اكتشاف الخلل بالموجات فوق الصوتية في الصناعة. في عام 1937 ، استخدم الطبيب النفسي الألماني كارل دوسيك ، مع شقيقه فريدريش ، الفيزيائي ، الموجات فوق الصوتية للكشف عن أورام المخ ، لكن النتائج التي حصلوا عليها كانت غير موثوقة. في الممارسة الطبية ، تم استخدام الموجات فوق الصوتية لأول مرة فقط في الخمسينيات من القرن العشرين في الولايات المتحدة.