Diagnostiniai ultragarso aparatai
Straipsnis iš Vikipedijos, laisvosios enciklopedijos.
 |
Šis straipsnis yra BEVILTIŠKAS. Jo turinys, struktūra, neutralumas, požiūrio taškas ar kitos savybės yra tokios, kad jo neįmanoma pritaikyti enciklopedijai. Jei tai atrodo neakivaizdu, žiūrėkite diskusiją. Jei galite parašyti šį straipsnį iš naujo, tegul ir kelis kartus mažesnį, pradėkite tai iškart! |
Echografijos istorija
Pirmieji bandymai išmatuoti garso greitį prasidėjo 1822m., kai Daniel Collanden (šveicarų fizikas) panaudojo skambantį varpą po ežero vandeniu.
1877 m. pasirodo Lordo Reyleigh veikalas apie garsinių vibracijų fizinius pagrindus.
1880 m. Pierre Curie ir jo brolis Paul Jacques atrado pjezo elektrą. Atsirado galimybė sukurti ir priimti ultragarsus, pritaikomus ultragarsiniuose zondavimo aparatuose.
Pirmieji povandeninių laivų detektoriniai firmos SONAR aparatai (Sound Navigation and Ranging) pasirodė po Titaniko žūties 1912 m. ir Pirmojo pasaulinio karo metu; jais buvo galima aptikti stambius ledkalnius ir priešo povandeninius laivus.
Paul Landevin (prancūzų fizikas (1872–1946), darbų apie jonus, magnetizmą, reliatyvumo teoriją ir ultragarsus autorius) 1915 m. išvystė „hidrofono„ teoriją – būsimų pritaikymų medicinoje pagrindą. Nuo 1930 m. šios teorijos pagrindu daugelyje transatlantinių prancūzų keleivinių ir povandeninių laivų įdiegtos specialios detektorių sistemos.
Kiti Antrojo pasaulinio karo metų atradimai (pirmasis kompiuteris (ENIAC) ir tranzistoriai) leido pasiekti naujų ir svarbių echografijos laimėjimų. Besivystant technikos progresui pasirodė įvairių ultragarso tyrimo metodų.
1948 m. D.Gaboras (Didžioji Britanija) išrado holografiją.
1949 m. Japonijoje Nihon Musen Company pagamino pirmąjį A skenavimo režimo aparatą.
1951 m. daktaras John J. Wild (Masačiusetse) ir daktaras Douglass Howry (Denveryje) sukūrė UG skenerius, dirbančius dvimačiu (2D) šviesos arba B režimu.
1950 m. daktaras Inge Edler su fiziku Hellmuth Hertz sukūrė ultragarso laiko-judesio M režimą (motion mode).
1959 m. – pirmasis nuolatinės bangos doplerio aparatas (CWD – continuous wave doppler) vadovaujant daktarui Robert Rushmer buvo sukurtas JAV, Sietle, Vašingtono universitete.
1965 m. Siemens kompanijoje sukurtas pirmasis realaus laiko ultragarso aparatas.
1966 m. – pirmasis pulsinės bangos doplerio aparatas (PWD – pulsed wave doppler).
1984 m. – pirmoji spalvinės doplerografijos echokardiografinė sistema.
Medicinoje naudojamos ultragarsinės aparatūros veikimo principai
Kai kuriems kristalams būdinga tai, kad, juos ištempus ar suspaudus tam tikra kryptimi, tam tikrose plokštumose atsiranda elektros krūvis. Paveikus šiuos kristalus kintamuoju elektriniu lauku, kinta jų geometrinė forma. Tai – vadinamasis tiesioginis ir atvirkštinis pjezoelektrinis efektas. Jis plačiai naudojamas ultragarso bangas sukelti ir registruoti. Technikoje svarbiausia yra tiesinė pjezoefekto sritis: čia ultragarso bangų intensyvumas proporcingas veikiančiai įtampai. Toks efektas susidaro kvarce, turmaline, natrio chloride, vyno rūgšties kristaluose, Segneto druskoje, specialiai apdorotame bario tirpale ir kt. Dabar ultragarso bangoms gauti plačiausiai naudojamas kvarcas ir pjezokeramika. Kvarco kristalai, prie kurių prijungiama kintamoji elektros srovė, tai susispaudžia, tai išsitempia keičiantis srovės krypčiai, t.y. jie virpa sinchroniškai elektrinio lauko virpesiams. Svyravimų amplitudė bus didžiausia, kai elektrinio lauko dažnis sutaps su kvarco plokštelės savųjų virpesių dažniu, t.y. susidarys rezonansas. Kvarcas sužadinamas aukšto dažnio generatoriaus teikiama įtampa. Pastarojo sukurtą kintamosios elektros srovės energiją kvarcas paverčia akustine energija, t.y. ultragarso bangų energija. Medicinoje naudojama ultragarsinė aparatūra turi aukštadažnį generatorių ir specialų pjezoelektrinį keitiklį, kuris yra ultragarso bangų šaltinis. Keitiklių skleidžiamos bangos veikia apšvitinamą organą. Paprastai keitikliai įmontuojami į korpusą, kurio forma priklauso nuo to, kokia kūno dalis bus švitinama. Ultragarso keitiklis turi du pagrindinius mazgus, t.y. pjezokeitiklį ir gaubtelį, kuris apsaugo pjezokeitiklį nuo mechaninių pažeidimų ir palaiko akustinį kontaktą tarp keitiklio paviršiaus ir švitinamojo objekto, kad kuo daugiau ultragarso energijos patektų į apšvitinamą objektą. Medžiaga, iš kurios jis gaminamas, turi būti atspari korozijai, įvairiems medikamentams ir dezinfekuojančioms medžiagoms. Tinkamiausi yra titano lydiniai. Elektromechaninių ultragarso šaltinių ir imtuvų veikimas pagrįstas pjezoelektriniu efektu (1 pav). Atvirkštinis pjezoelektrinis efektas naudojamas ultragarso šaltiniuose. Jo esmė: pjezoelektrinio kristalo darbinių matmenų kitimas, veikiant elektriniu lauku, sustiprintas rezonansu, sukuria kietajame kūne ar skystyje ultragarsinę bangą (UB). Toks UB generatorius paprastai būna sudarytas iš:
1. medžiagos, pasižyminčios geromis pjezoelektrinėmis savybėmis, plokštelės;
2. elektrodų (laidaus sluoksnio pavidalu);
3. elektros srovės generatoriaus.
Prie elektrodų prijungus kintamą elektros įtampą, plokštelė pradeda virpėti ultragarsiniu dažniu (generuojama UB). UB imtuvas veikia tiesioginio pjezoelektrinio efekto principu: veikiant mechanine ultragarso banga atsiranda kristalo periodinė deformacija, todėl generuojamas kintamas elektrinis laukas, kurį galima užregistruoti prijungtu voltmetru. Ultragarso banga gali turėti daug didesnį intensyvumą (stiprį), negu garso banga (10, 100, 1000 W/cm2); ši UB ypatybė plačiai taikoma medicinoje. Apsauginis elementas ir pjezokeitiklis turi būti labai kokybiškai suklijuoti, nes dėl to taip pat sumažėja energijos perdavimo nuostoliai. Klijuoti geriausiai epoksidine derva. Gaminami keitikliai ir be apsauginio elemento. Jų kristalo kraštuose yra 0,1-0,3 mm storio kraštelis, kuris išlenda iš keitiklio kapsulės. Todėl keitiklis ir apšvitinamas objektas gali gerai kontaktuoti. Tokie keitikliai yra labai patvarūs. Keitikliai dirba dviem rėžimais – nepertraukiamuoju ir impulsiniu. Nepertraukiamasis rėžimas esti tada, kai ultragarsas nuolat generuojamas. Tuo atveju aparatūroje naudojami du kristalai – vienas ultragarso bangoms generuoti, kitas – atsispindėjusioms ultragarso bangoms priimti. Dažniausiai naudojamas impulsinis rėžimas. Jo esmė yra ta, kad ultragarsas generuojamas 1-5 μs trunkančiais impulsais kas 1 ms. Pauzės metu tas pats keitiklis priima grįžusius nuo objekto atsispindėjusius ultragarso virpesius. Dėl tokio režimo tas pats kristalas gali dirbti kaip ultragarso bangų siųstuvas ir imtuvas.
