Ультразвук и его применение в медицине

Ультразвук и его применение в медицине.

Ультразвук чрезвычайно интересная вещь и можно предположить, что многие возможности его практического применения до сих пор не известны человечеству.

Содержание.

I. Введение.

1. Тип   проекта

2.  Время работы над проектом

3.  Актуальность  выбранной  темы

4.  Проблема

5. Предмет исследования

6. Объект  исследования

7. Гипотеза.

8. Методы  работы  над  исследованием.

9. Цель.

10 Задачи.

11. Этапы  работы.

II. Основная  часть

1.Связь физики и медицины

2. Истории открытия ультразвуковых колебаний

 3. Какие колебания называются ультразвуковыми?

4.Источники ультразвуковых колебаний в живой природе.

5. Особенности использования ультразвуковых колебаний в медицине

6.Основные направления применения  ультразвуковых  колебаний в медицине.

 а) ультразвуковая диагностика;                                                                                                                                  

 б) «ультразвуковой скальпель»;

 в) ультразвуковая физиотерапия.

7.   Плюсы  и минусы применения ультразвуковых колебаний в медицине

III. Заключение.

IV. Список  используемых  информационных   ресурсов.

V.  Приложения.

 I. Введение.

Тип  проекта:  информационно-исследовательский.

Время работы: 2  месяца.

 Актуальность темы  состоит в том, что на сегодняшний день тема ультразвука популярна в медицине. Ультразвук и его свойства применяются при лечении и обследовании внутренних человеческих органов.

 Ультразвук сегодня занимает важное место в диагностике многих заболеваний. В одном случае без УЗИ нельзя поставить диагноз, в другом служит дополнительным методом обследования.

Проблема заключается в том, что в школьной программе по физике недостаточно времени уделяется  изучению  темы ультразвук и его применению.

Гипотеза: Гипотезой исследования является вопрос о возможности применения ультразвука в человеческое сообщество, его влияние на человека, и на мир в целом.

Цель:

Расширение знаний  об истории возникновения ультразвуковых волн.

Использование ультразвука  в различных областях медицины.

Предмет  исследования: свойства ультразвука и области его применения в медицине.

Объект  исследования:  ультразвуковые колебания.

Методы  работы  над  исследованием:

   * исследовательский;

   * аналитический;

   *описательный;

   *синтез собранной информации;

 *обобщение;     

   *презентационные умения и навыки.

Цель:

Расширить  знания об  истории  возникновения  ультразвуковых  колебаний и применение их в разных  областях медицины.

Задачи:

 1.Изучить литературу и другие источники по данной теме.

2. Выяснить, как связаны физика и медицина

 3. Выяснить, что такое  ультразвук и изучить историю его открытия.

4. Изучить свойства  ультразвука

5.Выяснить области применения ультразвука в медицине.

6. Польза и вред  ультразвука  на живые организмы.

7. Подготовить презентацию по теме с использованием информационных технологий.

Проектный продукт: Данная работа может иметь практическое применение на уроках  физики. Исследования по этой теме можно продолжать, они актуальны, т.к. большие надежды в медицине возлагаются на применение ультразвука.

Основные этапы реализации:

  1. Подготовительный этап:

а) определение темы, выявление проблем, уточнение цели;

б) поиск и сбор информации, анализ и  систематизация литературы;

в)  сопоставление теоретического и практического материала.

2. Основной этап:

а) подготовка текста и оформление проектной работы;

б)  подготовка презентации проекта.

3. Завершающий этап:

а) защита проекта в форме презентации;

б) самооценка результатов.

II. Основная часть

1.Связь  физики и медицины.

Древние называли физикой любое исследование окружающего мира и явлений природы. Медицина - врачебная, лечебная - область науки и практическая деятельность, направленные на сохранение и укрепление здоровья людей, предупреждение и лечение болезней. Вершиной врачебного искусства в древнем мире была деятельность Гиппократа. Анатомо-физиологические открытия А. Везалия, У. Гарвея, труды Парацельса, клиническая деятельность А. Паре и Т. Сиденхема способствовали становлению медицины на основе опытного знания.

Физика и медицина… Наука о явлениях природы и наука о болезнях человека, их лечении и предупреждении… В настоящее время обширная линия соприкосновения этих наук всё время расширяется и упрочняется. Нет ни одной области медицины, где бы ни применялись физические знания и приборы. Становление научной медицины было бы невозможно без достижений в области естествознания и техники, методов объективного исследования больного и способов лечения. В терапии, хирургии и других  областях медицины широко используются достижения физической науки и техники.

2.История открытия ультразвуковых колебаний связано с с именем итальянского естествоиспытателя Лазаро Спалланцани. Он обратил внимание на то, что летучие мыши свободно летают в абсолютно тёмной комнате не задевая предметов. В своём опыте он ослепил несколько животных, однако и после этого они летали наравне со зрячими. Коллега Спалланцани Ж. Жюрин провёл другой опыт, в котором залепил воском уши летучих мышей,  зверьки натыкались на все предметы. Отсюда учёные сделали вывод, что летучие мыши ориентируются по слуху. Однако эта идея была высмеяна современниками, поскольку ничего большего сказать было нельзя. Короткие ультразвуковые сигналы в то время невозможно было зафиксировать^. Со временем другие исследователи опирались на работу Спалланцани.( Приложение 1)

Впервые идея об активной звуковой локации у летучих мышей была высказана в 1912 году Х. Максимом. Он предполагал, что летучие мыши создают низкочастотные эхолокационные сигналы взмахами крыльев с частотой 15 Гц.

Об ультразвуке догадался в 1920 году англичанин Х. Хартридж, воспроизводивший опыты Спалланцани. Подтверждение этому нашлось в 1938 году благодаря биоакустику Д. Гриффину и физику Г. Пирсу. Гриффин предложил название эхолокация для именования способа ориентации летучих мышей при помощи ультразвука.

Лаззаро Спалланцани – первооткрыватель ультразвука. Он не знал, что летучие мыши испускали свой собственный звук для ориентации, который он или другой человек не мог слышать. Спалланцани смог заключить, что существа используют свои уши для навигации по окружающей среде.

В 1942 году австрийский невролог Карл Дуссик стал первым, кто использовал ультразвуковые волны в качестве диагностического инструмента. Он пропустил ультразвуковой луч через человеческий череп в попытках обнаружить опухоли головного мозга. Уже тогда стало ясно, что эта инновационная на то время технология имеет огромные возможности.

Ультразвуковая технология и ее применение в здравоохранении продолжают развиваться. Совершенствование инструментов и совершенствование процедур происходят каждый день. Совсем недавно портативные сканеры меньшего размера стали более распространенными и помогли еще больше интегрировать использование ультразвука в большее количество областей и этапов лечения пациентов. (Приложение 2,3)

3.Ультразвук - механические колебания, находящиеся выше области частот, слышимых человеческим ухом (обычно 20 кГц). Ультразвуковые колебания перемещаются в форме волны, подобно распространению света. ( Приложение 4)

В настоящее время лечение ультразвуковыми колебаниями получили очень большое распространение. Глубина проникновения ультразвука в ткани при ультразвуковой терапии составляет от 20 до 50 мм, при этом ультразвук оказывает механическое, термическое, физико-химическое воздействие, под его влиянием активизируются обменные процессы и реакции иммунитета. Ультразвук используемых в терапии характеристик обладает выраженным обезболивающим, спазмолитическим, противовоспалительным, противоаллергическим и общетонизирующим действием, он стимулирует крово-лимфообращение. Специальными приборами ультразвук можно сфокусировать и точно направить на небольшой участок ткани - например, на опухоль. Под действием сфокусированного луча высокой интенсивности, местно, клетки нагреваются до температуры 42°C. Раковые клетки начинают гибнуть при повышении температуры, и рост опухоли замедляется.

4.Источники ультразвуковых колебаний в живой природе

За последние десять - пятнадцать лет биофизики установили, что природа, не скупилась, когда наделяла своих детей сонарами. От летучих мышей к дельфинам, от дельфинов к рыбам, птицам, крысам, мышам, обезьянам, к морским свинкам, жукам переходили исследователи со своими приборами, всюду обнаруживая ультразвуки.

Эхолотами вооружены многие птицы: зуйки-галстучники, кроншнепы, совы и некоторые певчие птицы, застигнутые в полете туманом и темнотой, разведывают путь с помощью звуковых волн. Криком они «ощупывают» землю и по характеру эха узнают о высоте полета, близости препятствий, о рельефе местности. С помощью эхолокации издают ультразвуки небольшой частоты и другие животные - морские свинки, крысы, сумчатые летяги.

Эхолокаторы рыб еще не изучены, но у дельфинов исследованы они прекрасно. Дельфины очень «болтливы». Ни минуты не помолчат.  Эхолокатор дельфина настолько чувствителен, что даже маленькая дробинка, осторожно опущенная в воду, не ускользнет от его внимания. Рыба, брошенная в водоем, засекается немедленно. Дельфин пускается в погоню. Не видя в мутной воде добычу, безошибочно преследует ее. Вслед за рыбой точно меняет курс. Прислушиваясь к эху своего голоса, дельфин слегка наклоняет голову то в одну, то в другую сторону, как и человек, пытающийся точнее установить направление звука.

Животные используют эхолокацию для ориентации в пространстве и для определения местоположения объектов вокруг, в основном при помощи высокочастотных звуковых сигналов. Происхождение эхолокации у животных остаётся неясным; вероятно, она возникла как замена зрению у тех, кто обитает в темноте пещер или глубин океана. Вместо световой волны для локации стала использоваться звуковая.

Данный способ ориентации в пространстве позволяет животным обнаруживать объекты, распознавать их и даже охотиться в условиях полного отсутствия света, в пещерах и на значительной глубине. (Приложение 5)

5.Применение ультразвука в медицине.

  Области применения ультразвука в медицине чрезвычайно широки. В диагностических целях его используют для выявления заболеваний органов брюшной полости и почек, органов малого таза, щитовидной железы, молочных желез, сердца, сосудов, в акушерской и педиатрической практике. 

Помимо широкого использования в диагностических целях, ультразвук применяется в медицине как лечебное средство. Ультразвук обладает действием: противовоспалительным, рассасывающим анальгезирующим, спазмолитическим кавитационным усилением проницаемости кожи Фонофорез — сочетанный метод, при котором на ткани действуют ультразвуком и вводимыми с его помощью лечебными веществами (как медикаментами, так и природного происхождения). Проведение веществ под действием ультразвука обусловлено повышением проницаемости эпидермиса и кожных желез, клеточных мембран и стенок сосудов для веществ небольшой молекулярной массы. (Приложение 6)

Акушерство. Акушерство – та область медицины, где эхо-импульсивные ультразвуковые методы наиболее прочно укоренились как составная часть медицинской практики. (Приложение 7)

Офтальмология. Ультразвук удобен для точного определения размеров глаза,  исследования патологии и аномалий структур глаза в случае их непрозрачности и недоступности для обычного оптического исследования. Здесь важна точность работы и калибровки аппаратуры, необходимо также уделить особое внимание эффектам, связанным с преломлением ультразвука в хрусталике и роговице.

   Область позади глаза – орбита  – доступна ультразвуковому обследованию  через глаз, Структуры орбиты имеют малые размеры и требуют хорошего пространственного разрешения и разрешения по контрасту, что достижимо на высоких частотах. (Приложение 8)

Исследования  внутренних органов. Ультразвуковые волны отражаясь от тканей, в виде эхо сигналов поступают в специальную медицинскую установку, благодаря чему на мониторе выводится черно-белая картина — отображение среза исследуемого органа. Данная процедура дает возможность провести комплексное исследование внутренних органов: печени, почек, селезенки поджелудочной железы,  желчного пузыря,  сосудов. Метод ультразвуковой эхолокации позволяет исследовать почки, мочевой пузырь, мочевыводящие пути. Ценную информацию он дает также травматологам. При помощи ультразвукового обследования можно выявить не только переломы и трещины костей, но и минимальные изменения костных структур при функциональном нарушении плотности костной ткани - остеопорозе. Эхография помогает выявить внутреннее кровотечение и кровоизлияние при закрытых травмах груди и живота. (Приложение 9)

Ультразвуковой скальпель  является первым  ультразвуковым хирургическим прибором, предназначенным для пересечения и коагуляции тканей. При использовании ультразвукового скальпеля пациент не подвергается воздействию электрического тока, поэтому полностью отсутствуют риски, обусловленные прямым воздействием электричества.

Ультразвуковой скальпель  с успехом используется тысячами хирургом по всему миру, благодаря своим преимуществам. (Приложение10)

Ультразвуковая терапия

Ультразвуковая терапия - лечебное использование ультразвука путем применения высокочастотных ультразвуковых волн.

Оборудование приборы и аппараты для ультразвуковой терапии используют ультразвук с частотой диапазона от 800-3000 кГц.

Ультразвуковая терапия нашла широкое применение в медицине и аппаратной косметологии.

При лечении ультразвуком повышается интенсивность тканевых окислительно-восстановительных процессов, увеличивается образование биологически активных веществ. Ультразвук обладает выраженным противовоспалительным, обезболивающим, спазмолитическим (устраняющим спазмы), противоаллергическим и оказывает общетонизирующее действие. Ультразвук стимулирует кровообращение, улучшает питание тканей.

Ультразвуковая терапия нашла широкое применение при заболеваниях суставов, кожи, уха, горла, носа. Ультразвуком дробят камни в желчном пузыре, почках, мочевом пузыре.

В аппаратной косметологии под влиянием ультразвука происходит активизация клеточного обмена. Ультразвуковой массаж применяется для лечения целлюлита . Кроме того, ультразвук улучшает кровообращение.

 Ультрафонофорез - это введение лекарственных средств через кожу и слизистые оболочки во время воздействия ультразвуковых колебаний. (Приложение 11)

Противопоказаниями для ультразвуковой терапии являются: опухоли, острые инфекции и интоксикации, болезни крови, ишемическая болезнь сердца, тромбофлебит, склонность к кровотечениям, пониженное артериальное давление, органические заболевания центральной нервной системы, выраженные невротические и эндокринные расстройства, беременность. (Приложение 12)

6.Плюсы  и минусы применения ультразвуковых колебаний в медицине

Хотя ультразвук не представляет опасности для здоровья человека, но воздействие слышимых высокочастотных колебаний, превышающих 10 кГц, может привести к появлению тошноты, головной боли, звона в ушах, головокружения, утомляем. При этом отмечаются временная потеря слуха и смещение порога восприятия звуков. Низкочастотный ультразвуковой процесс в состоянии причинить вред, если человек прикасается к тем частям объекта, которые находятся под воздействием ультразвука. Руки обычно оказываются именно в той зоне, где колебания особенно сильны. Мощные источники ультразвука в местах контакта с телом человека могут повреждать периферические нервы и сосуды. Передающиеся через воздушную среду ультразвуковые колебания иногда провоцируют нарушения со стороны центральной нервной системы и других органов и систем. Здесь может иметь значение как воздействие на уши, так и передача звука через костную и другие ткани. О влиянии ультразвуковых приборов медицинского спектра на здоровье человека известно только хорошее.

В течение многих лет ультразвуковая терапия играет довольно важную роль в комплексной реабилитации и лечении многих заболеваний. В небольших терапевтических дозах ультразвук оказывает положительное воздействие на организм человека, расширяет сосуды, улучшает кровообращение, снимает болевые синдромы, кроме того применяется часто как противовоспалительное, антиспастическое, рассасывающее, но обязательно при комплексном лечении и под присмотром опытного врача.
В целом влияние ультразвука определяется как стимулирующее функцию клеток. Эта особенность воздействия ультразвука на клеточном уровне, взята на вооружение косметологами, которые широко применяют такие методики в целях омоложения кожи.
Хорошие положительные результаты получаются при лечении аллергических заболеваниях, при заболеваниях суставов и кожи. Воздействие на ткани на клеточном уровне, улучшает обмен веществ, помогает при сжигании жиров, очищении организма и выведении воды, а значит, является прекрасным средством для снижения веса.
В косметологии при помощи ультразвуковой аппаратуры, очищают и омолаживают кожу, убирают мимические морщинки, пигментацию. Сосудистые звёздочки. С помощью данной методики расправляются с целлюлитом, делают подтяжки, улучшают цвет и структуру кожи, и многое, многое другое.

Заключение.

Современная медицина немыслима без ультразвуковых диагностических аппаратов. В настоящее время ультразвуковые методы используются практически во всех областях медицины и относятся к наиболее важным современным методам диагностики и лечения.
Использование ультразвука позволило не только успешно бороться с некоторыми болезнями, но и повышать жизнеспособность и сопротивляемость здорового организма неблагоприятным внешним условиям. На текущий момент ультразвук широко применяется в различных областях, но в будущем он найдет еще большее применение.

Использованные источники:

http://ru.wikipedia.org/ http://images.yandex.ru/

Агранат Б.А. и др.: Основы физики и техники ультразвука. - М.: Высшая школа, 1987

МухарлямовН. М., Беленков Ю. Н. Ультразвуковая диагностика в кардиологии. М., Медицина, 1981
Сперанский А. П., Рокитянский В. И. Ультразвук и его лечебное применение. М., Медицина, 1970.

Приложения

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Приложение 8

Приложение 9

Приложение 10

Приложение 11

Приложение 12