WWW.KN.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные ресурсы
 

Pages:     | 1 ||

«А. С. Шиляев С. П. Кундас А. С. Стукин ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА В МЕДИЦИНЕ И ЭКОЛОГИИ Учебно-методическое пособие Рекомендовано к ...»

-- [ Страница 2 ] --

В начале работы врач (оператор) при помощи мыши выделяет интересующую его область и запускает режим обработки, нажав соответствующую кнопку на панели управления режимами. После окончания обработки результаты выводятся на соответствующей панели выходных параметров. Автоматически определяются морфометрические, объемные показатели лимфатических узлов, индексы васкуляризации, считываются допплерометрические данные.

Рассматриваемое программное обеспечение является достаточно универсальным и легко адаптируемым к ультразвуковому диагностическому оборудованию ведущих фирмпроизводителей и обеспечивает информационную поддержку выполнения следующих функций:

– стандартизированное и оптимизированное накопление визуальной информации;

– реализация процедуры математической обработки изображения.

Результатом обработки является получение функционального признака, патогномоничного со статистически приемлемой вероятностью для определенной нозологической формы лимфом. Эти данные могут быть использованы как дополнительные критерии дифференциальной диагностики доброкачественных лимфаденопатий и злокачественных лимфопролиферативных заболеваний у детей на этапе первичной диагностики.

Для автоматизированного исследования изображений лимфатических узлов разработаны алгоритмы и специализированное программное обеспечение, позволяющее проводить указанную выше обработку ультразвуковых изображений.

При открытии ультразвукового изображения программа автоматически распознает режим работы ультразвукового аппарата, его настройки, масштабный коэффициент (MKoef) и производит привязку к эталонной шкале соответствующего режима (рис. 3.12, 3.13).



Распознанные параметры выводятся на панели входных параметров, контролируются оператором, а в случае необходимости могут быть отредактированы в ручном режиме.

Результаты анализа полутонового ультразвукового изображения, сосудистых паттернов, скоростных характеристик кровотока и индексов при гиперплазиях лимфатических узлов позволяют количественно определить параметры, которые используются в алгоритме определения их поражения различными заболеваниями.

В качестве основы рассмотренного программного обеспечения автоматизированной дифференциальной диагностики признаков нозологических форм детского рака (лимфом) и лимфаденопатий принят метод комплексной оценки эхограмм патологически измененных лимфатических узлов, который базируется на компьютерном анализе эхограммы в режимах серой шкалы, цветного и энергетического допплеровского картирования, оценке скоростных характеристик кровотока и индекса интранодальной резистентности в режиме импульсно-волнового допплера.

Рис. 3.12. Интерфейс пользователя программы в режиме GRAY Рис. 3.13. Интерфейс пользователя программы в режиме CFM

–  –  –

Практическое применение системы Artida в эхокардиографии дает возможность более эффективно и с меньшими затратами времени диагностировать локальные изменения сократительной способности сердечной мышцы, нарушения работы клапанов, более точно измерять общую и региональную функцию левого желудочка и существенно повысить точность диагностики, что позволяет подобрать адекватное лечение, в том числе и хирургическое, на ранних этапах обследования.

Информация о других разработках ведущих мировых фирм в области ультразвуковой диагностики приведена в Приложении.

3.5. Ультразвуковая диагностика на основе изучения эритрограмм и лейкограмм Некоторые клетки, не имеющие прочной клеточной стенки, разрушаются под действием ультразвука при интенсивностях порядка десятых долей Вт/см2. К числу таких клеток относятся форменные элементы крови, сперматозоиды, отделенные друг от друга клетки некоторых тканей.





Интенсивности ультразвука, при которых начинается разрушение (пороговые интенсивности), и скорости разрушения этих клеток зависят как от условий опыта (концентрации клеток в суспензии, температуры среды, частоты ультразвука), так и от прочности клеточных мембран, а следовательно, от типа клеток и состояния организма-донора этих клеток.

Исследования показали, что разрушение клеток в суспензии и под действием ультразвука происходит при кавитации и обусловлено механическими усилиями, возникающими в жидких средах. Средняя скорость разрушения клеток определенного типа в ультразвуковом поле:

A( q - qn ) 2 K n=, I + lA( q - q n ) C где С – концентрация клеток в суспензии; К – коэффициент, показывающий, какая часть акустической энергии затрачивается на разрушение клеток; L – расстояние от излучателя до той точки в объеме, в которой интенсивность ультразвука уменьшается до порога кавитации за счет акустических потерь (поглощения, рассеивания); q – интенсивность действующего ультразвука; qn – пороговая интенсивность ультразвука; А – коэффициент, характеризующий потери акустической энергии.

Температуру суспензии можно не учитывать, если при облучении она не превышает 36°. При более низкой температуре скорость разрушения практически не зависит от температуры; при более высоких температурах некоторые клетки (например, эритроциты) быстро разрушаются и в отсутствие ультразвука.

Наиболее существенные различия в параметрах, характеризующих процесс разрушения клеток крови здоровых и больных людей и животных, были обнаружены при интенсивностях ультразвука, близких к пороговым.

Эти различия уменьшаются с возрастанием интенсивности и становятся ничтожно малыми при q = (0,8–1,0) Вт/см2. Исследования ультразвуковой резистентности клеток крови и сперматозоидов рационально проводить при интенсивностях (0,4–0,6) Вт/см2. При этом длительность опыта не превышает 5–10 мин., а информативность результатов достаточно высока.

Свойство эритроцитов и других клеток крови противостоять разрушительным воздействиям – осмотическим, химическим, тепловым, механическим – давно привлекает внимание клиницистов, так как резистентность клеток меняется при некоторых патологических процессах, что может быть использовано в диагностических целях. Так, механическая резистентность эритроцитов понижена при гипер- и гипохромных анемиях и повышена при врожденном сфероците.

Однако стандартный метод определения механической резистентности, основанный на травмировании эритроцитов в аппарате для встряхивания, дает лишь общее и неполное представление о прочности эритроцитарных мембран, а лейкоциты, сперматозоиды и другие клетки этим методом вообще не могут быть исследованы. Метод исследования ультразвукового гемолиза, предложенный В. Б. Акопяном, позволяет получить значительно большую информацию о механической резистентности клеточных мембран и может найти широкое применение в диагностике ряда заболеваний в медицине и ветеринарии.

Установка для определения резистентности клеток в суспензии состоит из двухлучевого колориметра, регистрирующего устройства, и генератора ультразвуковых колебаний (рис. 3.16). При облучении ультразвуком суспензии в одной из кювет колориметра клетки начинают разрушаться, светорассеивание изменяется, отражая процесс уменьшения числа целых клеток в единицу времени. Получающиеся интегральные кривые гемолиза предстают S-образной кривой, наклон которой в средней ее части соответствует средней скорости разрушения клеток. Дифференцируя эти кривые, можно получить кривые распределения клеток по механической прочности клеточных мембран. В идеальном случае для совокупности совершенно одинаковых клеток распределение было бы нормальным, так как процесс разрушения в ультразвуковом поле имеет вероятностный характер.

Рис. 3.16. Блок-схема установки для исследования кинетики ультразвукового гемолиза: 1 – генератор ультразвуковых колебаний; 2 – излучатель ультразвука;

3 – фотоэлектрический колориметр; 4 – кювета с суспензией исследуемых клеток; 5 – кювета сравнения; 6 – регистрирующий потенциометр В реальных условиях клетки одного типа значительно отличаются друг от друга. Так, одновременно в русле кровотока сосуществуют молодые, зрелые и старые эритроциты, а также промежуточные формы. Поэтому даже для здорового организма распределение эритроцитов по прочности мембран существенно отличается от нормального.

Эритрограммы, приведенные на рис. 3.17, показывают, что кинетика ультразвукового гемолиза отличается при разных Рис. 3.17. Кривые ультразвукового ге- заболеваниях. Например, при молиза для эритроцитов: DN – число циррозе печени эритроциты часклеток, разрушенных в единицу времетично повреждаются токсичени; K – число оставшихся целых клеток скими продуктами, которые насыщают кровь вследствие функциональной несостоятельности печени. На эритрограмме в этом случае наблюдается снижение стойкости всей массы клеток. Эритрограммы животных с различными формами лейкозов характеризуются заметным сдвигом максимума кривой в правую сторону. Это можно объяснить тем, что при лейкозах кровь пополняется незрелыми, молодыми формами клеток, обладающих повышенной прочностью клеточных мембран.

При заболеваниях воспалительного характера, таких как пневмония, мастит, эндотермит, эритрограммы отличаются сдвигом кривых в левую сторону, что, возможно, обусловлено увеличением содержания в крови старых клеток.

Метод автоматической регистрации кинетики ультразвукового гемолиза позволяет определять механическую резистентность клеток и оценить их распределение по прочности мембраны. Мерой прочности является ультразвуковая резистентность – величина, обратная средней скорости разрушения клеток, показывающая, какая часть из оставшихся клеток разрушается в единицу времени при стандартных условиях опыта.

Ранее систематические исследования прочности эритроцитов не проводились, и лишь в последнее время была определена ультразвуковая резистентность мембран эритроцитов лошади, быка, коровы, пони, овцы, барана, козы, свиньи, собаки, лисы, песца, кролика, курицы, морской свинки, белой мыши, карпа, а также человека. Для исследований подбирались клинически здоровые, нормально развитые особи одного и того же возраста и пола.

Ультразвуковая резистентность (R) эритроцитов оказалась различной у разных видов животных (рис. 3.18) и зависящей от массы их тела (М) в соответствии с эмпирической формулой R = 24M0,66.

Показатель степени отражает характер изменения ультразвуковой резистентности с изменением массы животного. Этот показатель меньше единицы, откуда следует, что в ряду близких видов или в процессе роста ультразвуковая резистентность эритроцитов увеличивается медленнее, чем масса животных.

Сравнивая полученную зависимость (см. рис. 3.18) с известной кривой «от мыши до слона» (рис. 3.19), иллюстрирующей связь интенсивности обмена веществ с массой тела, можно предположить, что резистентность также связана с интенсивностью обменных процессов в организме животного.

Подтверждение этому было получено при сравнении скорости ультразвукового гемолиза животных одного вида, но находящихся в разных условиях. Так, эритроциты стриженой овцы менее устойчивы к ультразвуковому воздействию, чем эритроциты овцы, покрытой шерстью. У коз, обитающих в горах, стойкость эритроцитов выше, чем у коз, живущих в равнинной местности. Заметно отличаются по прочности эритроцитов особи мужского и женского полов. Сравнение прочности эритроцитов овцы и барана, быка и коровы, мужчины и женщины показало, что у особей женского пола ультразвуковая резистентность эритроцитов в 1,2 раза ниже, чем у особей мужского пола. Биологический механизм этого явления еще не получил объяснения.

–  –  –

Интересно отметить, что прочность эритроцитов барана после кастрации постепенно уменьшается и через 8 дней лишь незначительно отличается от прочности эритроцитов овец.

В связи с тем, что исследования состояния организмов в условиях загрязнения окружающей среды промышленными отходами приобретают в настоящее время важное значение, была также изучена возможность оценки состояния рыб при ртутном отРис. 3.19. Зависимость теплопродукции равлении по скорости разруQ, кДж/сут.) от массы животного шения их эритроцитов в ультm, кг): 1 – мышь; 2 – кролик; 3 – собака;

развуковом поле. Предваричеловек; 5 – корова; 6 – слон; 7 – кит тельно было установлено, что некоторые отличия в строении эритроцитов рыб не являются препятствием для использования метода ультразвукового гемолиза.

Исследования показали, что скорость гемолиза эритроцитов рыбы, обитающей в среде, содержащей препараты ртути, со временем увеличивается. Обнаружено, что скорость гемолиза прямо пропорциональна концентрации ртути в печени рыбы.

Приведенные результаты свидетельствуют о высокой информативности метода ультразвукового гемолиза и о возможности использования его в диагностических и прогнозных целях. Необходимо отметить, что подобным методом могут быть исследованы не только эритроциты, но и лейкоциты, тромбоциты и другие форменные элементы крови, а также сперматозоиды.

3.6. Ультразвуковая терапия Ультразвуковая терапия – это лечение и профилактика заболеваний человека с помощью ультразвуковых колебаний. Терапевтическое действие ультразвука на организм человека, как уже отмечалось, обусловлено совместным действием ряда факторов: механических колебаний ткани, эффектов физико-химического характера, а также тепла, выделяющегося при поглощении в ткани ультразвуковой энергии.

Ультразвук является своеобразным катализатором, ускоряющим установление равновесного с физиологической точки зрения состояния организма, т. е. здорового состояния. Так, озвучивание здоровых тканей при терапевтических дозах ультразвука не приводит к столь заметному изменению в обмене веществ, которое наблюдается при воздействии на воспаленные ткани. Таким образом, ультразвук оказывает влияние в основном на больные, а не на здоровые ткани. Рис. 3.20. Ультразвуковой излучатель для Для ультразвуковой терапевтических целей: 1 – кварцевая платерапии обычно пользуются стина; 2 – металлическая резонансная наультразвуковыми излучате- кладка; 3 – задний электрод; 4 – корпус;

5 – прижимная пружина; 6 – изолирующая лями пьезоэлектрического втулка; 7 – кабель типа (рис. 3.20) мощностью до 20 Вт; в качестве пъезоэлемента в них применяются кварцевые или пьезокерамические пластины площадью 1–10 см2, работающие на резонансе по толщине. Введение ультразвука в организм человека производится либо путем непосредственного контакта излучателя с поверхностью кожи больного, либо через контактную среду – воду, при этом излучатель и объект облучения погружаются в ванну с водой. В первом способе для обеспечения надежного акустического контакта между излучателем и объектом применяется контактное вещество (например, вазелиновое масло).

При ультразвуковой терапии очень важно правильно выбрать параметры облучения: частоту, интенсивность ультразвука, длительность воздействия, скважность, если воздействие производится в импульсном режиме, и способ проведения процедуры (вид контактной среды, положение излучателя относительно больного и т. д.). Обычно в физиотерапевтической практике пользуются частотой 0,8–2,7 МГц. При более низких частотах существенным становится расхождение ультразвукового пучка, так как нарушается требуемое для лучевого распространения соотношение длины волны и размеров излучателя. При более высоких частотах вследствие возрастающего поглощения ультразвуковых колебаний уменьшается толщина слоя, в котором ультразвук оказывает эффективное действие. Интенсивность ультразвуковых колебаний обычно меняется в пределах 0,1– 1,0 Вт/см2, длительность процедуры составляет 3–10 мин. При такой дозировке в тканях не возникает опасных необратимых изменений. Курс лечения состоит из 10–15 процедур. Применяется как непрерывный, так и импульсный режим облучения; последний позволяет использовать несколько более высокие интенсивности ультразвука без опасности перегрева тканей.

Скважность импульсов обычно составляет 2–10.

При ряде заболеваний ультразвуковая терапия обеспечивает полное излечение или значительно улучшает состояние больного. Наиболее благоприятные результаты этот метод дает при радикулитах, невритах, растяжениях, воспалительных процессах, язвенной болезни желудка, заболеваниях суставов (ревматизм, артрит). Ультразвук нашел применение для лечения некоторых глазных болезней, например частичной атрофии зрительного нерва и пигментной дегенерации сетчатки.

К ультразвуковой терапии можно отнести и лечение ряда заболеваний человека методом ингаляции с использованием аэрозолей, создаваемых путем ультразвукового распыления лекарственных средств. Такие аэрозоли обладают весьма ценными для лечения характеристиками:

плотность их приблизительно на порядок больше, чем плотность аэрозолей, полученных с помощью пневматических ингаляторов, соответственно возрастает концентрация лекарственных веществ и сокращается время ингаляции. Средний размер частиц аэрозоля весьма мал, он зависит от частоты ультразвука и поэтому его можно контролировать (например, в пределах от 0,1 до 10 мкм); несложно также осуществлять точную дозировку количества аэрозоля. Потеря лекарств в ультразвуковых ингаляторах незначительна, биологическая активность их под действием ультразвука не изменяется.

Работа ультразвуковых ингаляторов обычно основана на принципе распыления в фонтане с использованием пьезокерамических фокусирующих излучателей. Производительность индивидуальных ультразвуковых ингаляторов составляет до 1,5 см3 лекарственных веществ в минуту, а коллективных – до 10 см3 в минуту.

3.7. Применение ультразвука в хирургии Ультразвуковая хирургия основана на применении ультразвуковых колебаний для разрушения биологических тканей. В хирургии применяются два ультразвуковых метода: первый основан на разрушении тканей организма собственно ультразвуковыми колебаниями, второй связан с наложением ультразвуковых колебаний на хирургический инструмент.

В первом случае используется как непосредственный контакт ультразвукового излучателя с тканью, так и воздействие на ткани фокусированным ультразвуком. Применение фокусированного ультразвука особенно целесообразно для создания локальных разрушений в глубинных тканях организма, например в структурах головного мозга. Рабочим элементом фокусирующего излучателя в этом случае служит вогнутая пьезокерамическая пластинка 2 (рис. 3.21), резонансная частота которой обычно выбирается в диапазоне 0,5–4 МГц. Для создания гистологически различимых разрушений в мозге необходимо, чтобы интенсивность ультразвука в фокальной области и время ультразвукового воздействия были в определенной зависимости (рис. 3.22). Аппаратура, подобная изображенной на рис. 3.21, применялась для некоторых нейрохирургических операций на головном мозге человека. Были достигнуты положительные результаты при лечении болезни Паркинсона, а также заболеваний, связанных с возникновением непроизвольных беспорядочных движений, фантомных болей и других ощущений беспокойства.

Разрушение тканей под действием фокусированного ультразвука связано с двумя факторами: теплом, которое выделяется при поглощении ультразвука тканями, и явлением кавитации. В зависимости от выбранной интенсивности ультразвуковых колебаний тот или иной фактор оказывает преобладающее действие. При сравнительно небольших интенсивностях ультразвука (до нескольких сотен Вт/см2) и продолжительном воздействии (до единиц и десятков с) основную роль играет тепловой фактор.

Рис. 3.21.

Блок-схема фокусирующей ультразвуковой аппаратуры для создания локальных разрушений в глубинных структурах головного мозга:

1 – фокусирующий излучатель; 2 – вогнутая пьезокерамическая пластинка;

3 – корпус излучателя; 4 – конус; 5 – съемный указатель фокуса;

6 – фокальная область; 7 – мешок из тонкой звукопрозрачной пленки;

8 – облучаемый объект; 9 – дегазированная вода; 10 – координатное устройство, на котором укрепляется излучатель; 11 – ультразвуковой генератор;

12 – генератор модулирующих импульсов Рис. 3.22. Интенсивности ультразвука в фокальной области и длительности ультразвукового воздействия, необходимые для создания разрушений в мозге при частоте 1 МГц При очень больших интенсивностях (несколько тысяч Вт/см2) и при малых длительностях облучения (единицы – десятки мс) решающее значение приобретают кавитационные эффекты. Существуют и некоторые промежуточные ультразвуковые дозы, при которых оба фактора проявляются совместно.

Разрушение тканей при непосредственном контакте их с ультразвуковым инструментом определяется в основном теми же факторами. Этот метод используется, например для воздействия ультразвука на опухоли, в том числе и злокачественные.

Второй метод ультразвуковой хирургии связан с наложением ультразвуковых колебаний на хирургическкий инструмент и применяется при резке мягких тканей и распиливании костей. Для этой цели применяются ультразвуковые инструменты с резонансной частотой 20–50 кГц с составными пьезокерамическими преобразователями стержневого типа и ультразвуковыми концентраторами, обычно двухступенчатыми, так что колебательная система имеет трехполуволновую длину. В зависимости от цели предстоящей операции конец второй (съемной) ступени затачивается в виде скальпеля для резки мягких тканей или пилки для распиливания костей; применяется также заточка рабочего конца инструмента в виде долота, распатора, иглы и т. п. Амплитуда колебательного смещения режущего инструмента обычно составляет несколько десятков микрометров. В итоге снижаются усилия резания, уменьшается травматичность операции, достигается большая мягкость и маневренность работы с инструментом, обеспечивается гемостатический эффект (предотвращение кровотечений), уменьшаются болевые ощущения, снижается трудоемкость операции (например, распиливание костей занимает не более нескольких минут).

Ультразвук применяется также при хирургических операциях, связанных с соединением сломанных или намеренно рассеченных в ходе операции костей. При этих операциях пространство между сломанными костями заполняется костной стружкой, смешанной с жидкими пластмассами, например циакрином. Ультразвуковые колебания способствуют более глубокому проникновению циакрина в поры костной ткани и вызывают ускоренную его полимеризацию, вследствие чего образуется надежное соединение отломков на период естественных процессов регенерации костей.

Использование этого хирургического метода позволяет, в частности, избежать применения металлических конструкций, которые требуется удалять из организма в повторной операции.

Ультразвуковые методы резки и соединения тканей успешно применяются в клинической и экспериментальной хирургии и травматологии (резка и соединение костей конечностей, операции на грудной клетке и внутренних органах, лечение переломов, соединение костей позвоночника и т. п.), в оториноларингологии (операции на трахее, в полости носа, гортани и т. п.), в офтальмологии (операции на орбите и в различных участках глаза), в нейрохирургии (операции на костях черепа и на головном мозге).

Контактное воздействие ультразвуковыми инструментами со специальными наконечниками применяют также в оториноларингологии для удаления новообразований и в офтальмологии при операциях по поводу отслойки сетчатки и для механического дробления содержимого хрусталика на мелкодисперсные частицы. Специальные исследования послеоперационного состояния больных подтвердили безвредность ультразвуковых хирургических методов.

3.8. Ультразвуковая технология разрушения тромбов при заболеваниях сердечно-сосудистой системы Одной из основных причин заболеваемости и смертности в мире является тромбоэмболия, смертность от которой в 5 раз выше, чем от рака.

В последние годы в лабораториях США, Франции, Японии и Израиля была проведена серия исследований по изучению эффективности комбинированного использования ультразвука с различными тромболитическими агентами. Несколько лет назад под руководством члена-корреспондента НАН Беларуси, доктора медицинских наук, профессора А. Г. Мрочека была предложена, а затем апробирована гипотеза об ускорении спонтанного тромболизиса под влиянием ультразвука, а также способность ультразвука потенцировать эффект тромболитических агентов. В результате проведения работ в Беларуси впервые совместно с УП «Технопарк «Метолит»» и БНТУ разработана установка ультразвукового тромболизиса и апробирована соответствующая методика, которые успешно прошли регистрацию в Министерстве здравоохранения РБ. Проведенные экспериментальные и клинические испытания установки акустоиндуцированого тромболизиса (РНПЦ «Кардиология», Республиканская больница Управления делами Президента РБ, Минская областная клиническая больница) показали перспективность ее применения для разрушения тромбов и тромбоэмболов. В апреле 2004 г. получено государственное регистрационное удостоверение № 7.4756 на применение указанной разработки в клинической практике.

Конструктивно разработанная установка состоит из ультразвукового генератора и преобразователя, соединенного с гибким волноводом (рис. 3.23).

Так как волновод служит для передачи ультразвуковой энергии к местам локализации атеросклеротических поражений с целью уменьшения риска повреждения сосудистой стенки в процессе введения волновода по артериальному руслу, он должен быть достаточно гибким. Для устранения воздействия ультразвуковой энергии на сосудистую стенку волновод помещается в ангиографический катетер таким образом, что из катетера выступает и контактирует с тканями сосуда только рабочая головка. С другой стороны, потери мощности ультразвука, возникающие при передаче энергии от проксимального конца до рабочей части, должны быть минимальными. Таким образом, современные волноводные системы являются концентраторами ультразвуковой энергии и выглядят либо в виде конуса, последовательно суживающегося от проксимального конца к дистальному, либо в виде системы ступеней с последовательно уменьшающимся диаметром в направлении к дистальному окончанию волновода. Длина используемых волноводов в зависимости от назначения составляет 50– 130 см (рис. 3.24). Диаметр ступеней волноводов от 2,0 до 0,5 мм.

Рис. 3.23. Структурная схема установки для проведения акустоиндуцированого тромболизиса Рис. 3.24. Ступенчатый ультразвуковой волновод Проксимальная часть волновода соединена с ультразвуковым преобразователем акустической системы, работающим на частоте 20–40 кГц (для сравнения: частота ультразвука в системах, используемых для диагностики, составляет 20–30 МГц). Мощность ультразвуковой энергии, передаваемой от акустической системы к соединенной с ней проксимальной части волновода, варьирует от 16 до 25 Вт. В дистальном, наиболее гибком сегменте волновод на торце содержит рабочую головку несколько большего, чем последняя ступень, диаметра (от 1,4 до 3 мм), предназначенную для более эффективного контакта с обрабатываемой поверхностью.

Одним из важных требований, предъявляемых для современных волноводов, является возможность их функционирования совместно с направляющим коронарным проводником. Для достижения указанной цели в головке волновода формируется отверстие для проводника (рис. 3.25, 3.26).

–  –  –

Рис. 3.26. Общий вид волновода с направляющим коронарным проводником Механизм разрушения тромбов и атеросклеротических бляшек под действием энергии низкочастотного высокоинтенсивного ультразвука основывается на четырех составляющих: 1) акустическая кавитация; 2) микропоточные эффекты; 3) механические эффекты; 4) термические эффекты.

Главными при удалении патологической ткани являются механические эффекты и акустическая кавитация, хотя и другие механизмы также могут играть определенную роль.

При выполнении операции в ходе озвучивания возникает быстрое возвратно-поступательное движение головки с частотой 20 000 циклов в секунду. Из-за быстрого перемещения торцевой части волновода происходит частый прямой удар рабочей головкой на патологическую ткань, т. е. в ткани реализуется механический молоткообразный эффект. Помимо этого, одновременно с механическим воздействием в процессе озвучивания в тканях, клетках и жидкостях формируются радиально пульсирующие микропузыри, наряду с чем за счет сильного поглощения ультразвуковой энергии в прилегающей к источнику колебаний зоне образуется направленное движение жидкости, насыщенной массой пульсирующих кавитационных пузырьков. Скорость поступательного движения таких пузырьков может достигать 2 м/с. Такой движущийся и одновременно пульсирующий пузырек приводит к повышению давления (до 3 атм.) и к формированию микропотоков на границе раздела фаз, что ускоряет процесс разрушения патологических тканей.

Селективность вызванного ультразвуком повреждения зависит от различий в эластичности патологической ткани (тромбов, атеросклеротических бляшек) и смежной среды. Основным детерминантом эластичности ткани является коллаген. Тромбы и атеросклеротические бляшки имеют ненормальную композицию, содержат нетипичные для сосудистой стенки типы коллагена и отличаются по структуре от интактной сосудистой стенки. Ввиду этого эластические свойства указанных патологических образований резко отличаются от свойств сосудистой стенки. Таким образом, при воздействии ультразвуковой энергии наиболее выраженные изменения происходят не в интактной сосудистой стенке, а в патологических образованиях (тромбах и бляшках).

При пульсации кавитационных пузырей часть энергии рассеивается в виде тепла, что может вызывать термическое повреждение сосудистой стенки. Однако термических эффектов можно избежать или минимизировать их при использовании импульсной частоты подачи ультразвуковых колебаний и налаживания постоянной инфузии солевого раствора для охлаждения зонда. При разогреве волновода до 75 C термическая энергия может облегчить терапевтическую абляцию, однако это также может индуцировать серьезные термические повреждения ткани. Термические эффекты достигают минимального значения при температуре ниже 40 C, а также в тех случаях, когда волновод охлаждается методом промывания.

Итак, суммируя результаты приведенных исследований, следует отметить, что использование энергии низкочастотного ультразвука высокой интенсивности является перспективным для реканализации пораженных атеросклерозом артерий.

Основными преимуществами рассматриваемой разработки перед другими интервенционными методами являются:

1) способность эффективно разрушать различные по морфологии окклюзии (обусловленные кальцинированными атеросклеротическими бляшками, свежими тромбами, а также хронические фиброзные окклюзии) и стенозы высокой степени; 2) способность вызывать вазодилатацию в области озвучивания, а также повышать податливость сосуда.

3.9. Использование ультразвука при изготовлении биологических протезов для сердечно-сосудистой хирургии* Проблема создания биологических протезов – одна из важнейших в современной медицине. От ее успешной реализации зависит прогресс трансплантологии, сердечно-сосудистой и реконструктивной хирургии, а значит, возможность существенного улучшения качества жизни больных.

Благодаря своей механической прочности, гемостатическим свойствам и участию в клеточной репродукции в сочетании с хорошей биосовместимостью и биодеградацией, коллаген является наиболее оптимальным белком для создания биоматериалов и биопротезов, применяемых в реконструктивной хирургии. Однако при имплантации нативной ткани наступает ее прогрессивное переваривание коллагеназой и протеазами, что приводит к потере прочности и полному рассасыванию ткани. Поэтому для предотвращения лизиса коллагена ферментами необходима его консервация.

Сегодня наиболее широко используемая техника сшивки коллагеновых материалов – консервирование глютаральдегидом (ГА) – пока считается оптимальным стандартом. Этот процесс образует в белках неестественные связи и свободные альдегидные группы в виде полимеров, которые очень трудно удалить из биоматериала. Присутствие глютаральдегида внутри коллагена приводит к потере биологических свойств белка в основном из-за его цитотоксичности. К тому же глютаральдегид усиливает процесс кальцификации имплантированной ткани. Эти отрицательные качества процесса фиксации глютаральдегидом существенно ограничивают срок службы биологических протезов клапанов сердца из-за минерализации створок. Чтобы нивелировать указанные явления, были предложены различные направления: удаление остатков глютаральдегида из биологической ткани (антикальциевая обработка); разработка новых методов конМатериал данного раздела предоставлен по просьбе авторов к.м.н. Ю. М. Чесновым сервации, которые придают биоматериалу устойчивость к кальцинозу;

поиск физико-химических способов обработки тканей, способных вызывать сшивку коллагена путем модификации естественных межмолекулярных связей (фотоокисление). Многочисленные исследования были посвящены поиску нового процесса фиксации коллагена, который был бы аналогичен по механическим свойствам глютаральдегиду, но в то же время максимально сохранял биосовместимость биологических тканей. Значительное количество исследований было посвящено исследованию химических составов из группы эпоксидных соединений. Ткани, обработанные полифункциональными эфирами этиленгликоля, были не только более привлекательными по своим морфологическим характеристикам, но значительно более пластичными, мягкими и гидрофильными, а подвергались кальцинозу в значительно меньшей степени, чем фиксированные глютаральдегидом.

В РНПЦ «Кардиология» разработан оригинальный метод обработки биологических материалов, основанный на использовании в качестве основного реагента диглицидилового эфира этиленгликоля (ДЭЭ) – химического соединения из группы эпоксидов, с добавлением ряда этапов, направленных на предотвращение кальцификации.

Задача, на решение которой направлено исследование, заключается в улучшении функциональных показателей биопротезов путем очищения ткани до создания девитализированной коллагеновой матрицы, повышения эффективности и степени фиксации коллагена, подавления процессов кальцификации в биологической ткани, повышения ее тромборезистентности, упрощения процессов обработки, хранения и имплантации протезов.

Указанный технический результат достигается этапной обработкой биологических тканей диэтиловым эфиром, ультразвуком с частотой 37 кГц в 70%-ном растворе этанола, фиксацией ткани в смеси 5%-ных растворов диглицидилового эфира этиленгликоля и диметилформамида, гепаринизацией и хранением протезов в 30%-ном растворе диметилсульфоксида (ДМСО) с гепарином.

С помощью гистологических исследований выявлено, что предварительная обработка ультразвуком в 70%-ном этаноле не оказывает разрушающего действия на волокна коллагена и эластина. Отмечена очаговая или полная десквамация эндотелия (в зависимости от длительности воздействия ультразвуком) по сравнению с нативными необработанными образцами. Этот эффект можно связать с влиянием ультразвука, под воздействием которого происходит удаление поврежденных, разрушенных клеток, а также очень чувствительных к любым воздействиям эндотелиоцитов, при этом другие жизнеспособные клетки не повреждаются.

Предварительная обработка ультразвуком и этанолом незначительно повышает резистентность ткани к кальцификации, но результаты оказались статистически недостоверны по сравнению с препаратами без такой обработки. Вероятно, антикальциевый эффект данной обработки связан с более полным удалением мукополисахаридов, липидов, содержащихся в адвентиции, детрита и других элементов, способных служить ядрами кальцификации. Полученные результаты свидетельствуют о достаточно высокой антикальциевой эффективности как самих полиэпоксидных растворов, так и предлагаемого нами комплексного метода предварительной обработки.

Для усиления антиминерализационного эффекта эпоксидных соединений и повышения их стерилизующей активности, а также для очищения фиксируемой ткани от клеточного и жирового детрита предложен способ предстерилизационной обработки биоматериала этиловым эфиром и ультразвуком с частотой 28–40 кГц в 70%-ном растворе этанола. Стерильность обработанных таким образом тканей наступает немедленно. Гистологическими исследованиями было доказано, что ультразвук эффективно очищает коллагеновую строму от жировой ткани, клеточного детрита, неструктурных белков, способных вызывать антигенный ответ, полностью сохраняя при этом структуру коллагеновых и эластических волокон. При определении кальция в биоматериале получены весьма обнадеживающие и достоверные результаты: препараты, фиксированные классическим методом глютаральдегидом, накапливают кальций в среднем 74,5 ± 4,7 мг/г, тогда как содержание кальция в тканях, сшитых эпоксисоединениями, не превышает 7,4 ± 4,4 мг/г. К тому же замечено, что после дополнительного воздействия на протезы ультразвуком в 70%-ном этаноле количество кальция в материале минимально.

Это связано с несколькими факторами:

удалением детрита, некоторым разрыхлением коллагеновой структуры ткани, более равномерной и упорядоченной сшивкой волокон. По данным атомной абсорбционной спектрометрии отмечено снижение содержания кальция в имплантированном материале после обработки ультразвуком и этанолом. Пробы, подвергнутые предварительной обработке и фиксированные эпоксисоединениями, накапливали кальций в среднем на 3–5 мг/г меньше, чем материал без предстерилизационной очистки.

Дополнительная обработка ткани ДМФА, ультразвуком в этаноле, гепарином не оказывает повреждающего действия на ткань и способствует получению стерильного однородного по структуре препарата с отличными пластическими свойствами и сохранением коллагенового и эластического каркаса.

С помощью электронной микроскопии были выявлены особенности и различия структуры биологических материалов, фиксированных различными способами. Характер поверхности материалов заметно отличался в зависимости от типа химического реагента. Так, препараты, фиксированные ДЭЭ с ДМФА и обработанные ультразвуком, имели четкую, ровную, правильно упакованную, ярко выраженную гофрированную структуру.

После многочисленных экспериментов и испытаний были созданы биопротезы перикарда «Биокард» и сосудов «Белафлекс», которые можно использовать в качестве замещающего и пластического материала в хирургическом лечении приобретенных и врожденных пороков сердца, заболеваний сосудов.

Во время операций биологические заплаты «Биокард» демонстрируют отличные прочностные, пластические, антитромбогенные характеристики и высокую биосовместимость. По прочности они не уступают синтетическим материалам, по эластичности близки к нативному перикарду, удобны и легки в обращении, хорошо адаптируются по линиям швов с окружающими тканями. В отличие от синтетических материалов при использовании биопротезов отмечена высокая герметичность линий анастомозов и швов.

В госпитальном периоде и при наблюдении за больными в отдаленном периоде до 6 лет никаких побочных эффектов, связанных непосредственно с использованием биопротезов перикарда «Биокард», отмечено не было. В отдаленном периоде в зоне реконструкции не было выявлено образования аневризм, признаков кальциноза или деструкции заплат.

Таким образом, предварительная обработка биоматериала этиловым эфиром, ультразвуком в 70%-ном этаноле эффективно очищает ткань от жировых включений, клеточного и белкового детрита, потенцирует стерилизующий эффект, не вызывает повреждающего воздействия на коллагеновую строму биопротеза и обладает дополнительным антикальциевым эффектом.

Ткани, фиксированные по разработанной методике, обладают отличными биосовместимыми, тромборезистентными свойствами, устойчивы к воздействию ферментов, инфекции и кальциевой дегенерации, полностью сохраняют свою структуру при имплантации и вызывают значительно меньшую воспалительную реакцию со стороны организма реципиента по сравнению с контрольными образцами, обработанными глютаральдегидом.

3.10. Применение ультразвука в стоматологии Лечение ультразвуком применяется в стоматологической клинике при ряде заболеваний. Однако в последние годы наиболее эффективным считается использование ультразвука для препарирования зубов при кариесе (и его осложнениях) и протезировании.

Сконструированные для этой цели так называемые кавитронные ультразвуковые аппараты состоят из четырех основных частей: 1) ультразвукового генератора; 2) наконечника (рис. 3.27); 3) системы подачи охлаждающей жидкости; 4) ножной педали.

–  –  –

3.11. Вопросы биологической безопасности при использовании ультразвука в медицине Ультразвуковую терапию не рекомендуется проводить на области половых желез, беременной матки и на костных тканях в детском возрасте.

Противопоказаниями для ультразвуковой терапии являются также болезни сердца, поражения спинного мозга и наличие кровоизлияния в мозг.

Противопоказано облучение паренхиматозных органов, новообразований молодых костей, звездчатого нервного узла, тромбофлебитов, тромбозов при наличии варикозного расширения вен, при множественном склерозе, полиомиелите, сирингомиелии, прогрессивном параличе, ориникулярном миелите, спинной сухотке.

При лечении невралгии лица ультразвук надо применять осторожно во избежание действия на глаз и отслойки сетчатки.

Некоторые авторы считают, что ввиду увеличения случаев злокачественных опухолей подвергать их ультразвуковому облучению можно только в совершенно безнадежных случаях, для облегчения болей.

Проводились исследования разрушительного действия ультразвука на ткани животного и растительного происхождения. Установлено, что в случае облучения ультразвуком слишком большой интенсивности (свыше 4 Вт/см2) в тканях могут произойти следующие патологические изменения.

В коже развиваются гиперемия (патологическое скопление крови в сосудах), некротические изменения эпидермиса и самой кожи.

В поперечно-полосатой мышце наступает некроз и распад отдельных волокон. Это сопровождается пролиферативными явлениями со стороны соединительно-тканных элементов стенок кровеносных сосудов. В дальнейшем образуется рубец.

В мышце сердца развиваются гиперемия капилляров, кровоизлияние и диффузное жировое перерождение мышечных волокон; при более сильных дозах – очаговый некроз мышцы.

В легких возникают некротические очаги в альвеолах, окруженных зоной кровоизлияния.

В печени при больших дозах, чем в других органах, развивается интенсивный воспалительный процесс с гиперемией и разрушением капилляров, иногда – очаговый некроз характера инфарктов.

В желудке и кишечнике, которые весьма чувствительны к действию ультразвука, наблюдаются изъязвления, проникающие на большую глубину, которые напоминают язвенную болезнь. Впоследствии на местах язв образуются рубцы. В кишечнике наблюдаются некротические изменения стенок, приводящие в некоторых случаях к прободению.

Действие ультразвука на яички вызывает изолированное поражение эпителиальных клеток с последующим бесплодием.

При действии на кости молодых собак наблюдались спонтанные переломы, подвывихи, остеопороз (разрежение костной ткани) и резко выраженный процесс новообразования костей. В ядрах эпифизов (концевых отделах костей) приостанавливается рост.

При облучении центральной нервной системы ультразвук вызывал у животных паралич конечностей. В спинном мозгу происходят дегенеративные изменения и некроз нервных клеток.

При длительной работе ультразвуком, особенно при водном озвучивании, у врача может образоваться парез кисти предплечья. В качестве защиты предлагается использование двух пар перчаток из бумажной и резиновой ткани: образовавшийся между ними слой воздуха полностью отразит падающие на руки ультразвуковые волны.

Следует подчеркнуть, что при нормальных терапевтических дозах ультразвук не вызывает каких-либо поражений или осложнений.

Серьезные и необратимые поражения ультразвуком (вроде указанных выше) происходят главным образом из-за передозировки.

4. ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА

В РЕШЕНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

4.1. Общая характеристика применения Ультразвук находит применение для решения многих задач в области охраны окружающей среды (это прежде всего вопросы мониторинга загрязнений природной среды, расхода и перемещения агрессивных жидкостей и химических веществ), а также в решении технологических вопросов, связанных с удалением загрязнителей, очисткой деталей и элементов оборудования.

Технологические применения ультразвука в экологии основываются на рассмотренных в предыдущих главах физических эффектах, возникающих в средах при возбуждении в них ультразвуковых колебаний (прежде всего кавитации), и микропотоков в жидких средах, механических знакопеременных напряжений в твердых веществах. Мониторинговые задачи с применением ультразвука основываются на эффектах поглощения и отражения ультразвуковых колебаний, проявлением уже обсужденного эффекта Доплера.

4.2. Ультразвуковой контроль в химическом производстве Ультразвуковой метод контроля применяется в опасной химической промышленности для контроля концентрации плава аммиачной селитры и азотной кислоты при производстве минеральных удобрений (Гродненский химический комбинат имени С. О. Притыцкого).

Наиболее часто встречающимся видом азотных удобрений является аммиачная селитра, которая резко повышает урожайность сельскохозяйственных культур. Технология производства аммиачной селитры многоступенчатая и сложная, поэтому высокое качество выпускаемой продукции при минимальных затратах можно обеспечить только при автоматизации технологических процессов и методов контроля. Особенно необходим автоматический контроль там, где наблюдение за производственными процессами затруднительно, а лабораторные анализы качества выпускаемой продукции являются запоздалыми и теряют свою информативную ценность. С другой стороны, применение точного автоматического контроля создает возможность для комплексной автоматизации производственных процессов. Однако для осуществления контроля с минимальными погрешностями необходимо иметь устройства для получения исходной информации (датчики), выходные сигналы которых зависят от контролируемых параметров.

Гранулированная аммиачная селитра представляет собой сложное химическое соединение. Расплав ее непосредственно перед грануляцией имеет температуру до 473 К (обычно 453–463 К). Главное условие для получения высококачественной гранулированной аммиачной селитры – наименьшее количество влаги в ее плаве. Этим определяются сохраняемость, малая слеживаемость и способность аммиачной селитры не поглощать влагу из атмосферы. Следовательно, количество влаги в плаве аммиачной селитры определяет его качество.

Были проведены исследования акустических характеристик плава аммиачной селитры в предкристаллизационной области при температуре от 443 до 463 К. Получено семейство характеристик скорости ультразвука, такие как функция температуры при постоянной концентрации и функция концентрации при постоянной температуре. Из характеристик следует, что для автоматического контроля качества плава аммиачной селитры по скорости ультразвука в производственных условиях необходимо осуществить точную температурную компенсацию или термостабилизацию. Последнему методу отдается предпочтение, так как применение термокомпенсации усложняет измерительную схему и уменьшает точность измерений. Точность температурной стабилизации измерительной камеры для автоматического контроля должна составлять ± 0,1 С, что определяется по семейству характеристик.

При осуществлении ультразвукового метода контроля в производственных условиях мгновенно определяют величину концентрации плава аммиачной селитры как функцию скорости ультразвука с автоматической регистрацией результатов. Это позволяет перейти от автоматического контроля к автоматическому регулированию качества плава аммиачной селитры.

Принцип работы ультразвуковой установки для контроля состава жидких материалов в потоке отражен на рис. 4.1.

Создание постоянной скорости микропотока контролируемой среды достигается за счет переливки жидкого материала в газоотделителе, что обеспечивает постоянный столб давления, а следовательно, и постоянную скорость микропотока через термостат и измерительную камеру. Акустическая измерительная камера, детали термостата, трубопровода, газоотдувки конструктивно выполнены из устойчивых сортов стали типа IXI8Н9Т и фторопласта.

Теплообменником служит змеевик, вставленный в корпус термостата.

Электронная схема термостабилизатора выполнена по методу релейного регулирования на кремниевых транзисторах повышенной стабильности.

В качестве датчика температуры применен полупроводниковый терморезистор, помещенный внутрь тонкой стеклянной оболочки. Блок управления нагревом подключен к выходу электронной схемы термостабилизатора.

Точность автоматического контроля среды составила 0,1 %, что вполне достаточно для целей автоматического регулирования технологическими процессами производства удобрений.

Перспективным является применение ультразвука малых амплитуд в производстве калийных удобрений (ПО «Беларускалий»). В частности, использование реагентов в технологическом процессе флотации калийных удобрений ставит задачу контроля их Рис. 4.1. Схема ультразвуковой устаконцентрации, от которой зависят новки для контроля состава жидких качество флотации и расход дороматериалов в потоке: 1 – газоотделигостоящих реагентов.

тель; 2 – термостабилизатор;

На современном этапе конблок измерения температуры;

троль концентрации реагентов и 4 – блок управления нагревом;

солевых растворов проводится 5 – ультразвуковая измерительная кадискретно методом химического мера; 6 – блок измерения скорости анализа, что не позволяет автома- ультразвука; 7 – регистрирующее тизировать процесс дозировки устройство; 8 – блок питания флотореагентов. Установлено, что скорость распространения ультразвуковых колебаний в растворах солей и растворах полиакриламида линейно зависит от концентрации растворенных веществ. Изменение скорости распространения ультразвуковых колебаний на 1 % изменения концентрации солей в растворе составляет 10 м/с, а для растворов полиакриламида – 35 м/с. Зависимость скорости распространения колебаний в растворах тилозы от концентрации примерно линейно возрастает с ростом концентрации. Изменение скорости ультразвука на 1 % изменения концентрации составляет в среднем 19 м/с. Установленные зависимости позволяют сделать вывод, что ультразвуковой метод контроля с успехом может быть применен для непрерывного контроля концентрации флотореагентов (полиакриламидов и тилозы) и солевых растворов.

Наиболее приемлемыми материалами для измерения скорости ультразвука в жидкостях с резко выраженными химическими свойствами в настоящее время являются титанистые сплавы и нержавеющие стали, из которых изготавливаются волноводные системы. Акустические сопротивления этих материалов в несколько десятков раз превышают жидкостные сопротивления. Поэтому для сведения к минимуму реверберационных явлений и установления в акустической среде режима бегущей волны применяются скошенные волноводы с сохранением параллельности излучателя и приемника. Соотношение угла падения (a) ультразвуковой волны на границе раздела «волновод – жидкая среда» и угла преломления (g) выражается как C1 = sin a, sin g C2 (4.1) где С1 – скорость ультразвука в волноводе; С2 – скорость ультразвука в жидкости.

Угол a выбирается таким, чтобы отраженный от второго волновода сигнал не попадал на первый при всех изменениях скорости распространения исследуемой жидкости при данной акустической базе. Это достигается подстановкой в формулу (2.11) максимального С2.

Один из исследованных вариантов датчика с применением волноводов и охлаждением пьезопреобразователей воздухом или водой (в зависимости от диапазона рабочих температур) показан на рис. 4.2. Материалом для изготовления волноводов 3 выбрана сталь IXI8H9T, позволяющая производить измерения скорости ультразвука в химически активных жидкостях при широком диапазоне температур. Герметизация пьезопластин 9 производится фторопластовыми крышками 8 с защитными колпачками 4.

Акустическая развязка системы осуществляется через изоляционные шайбы 10 и 11. Испытания этих датчиков при разных температурных режимах в лабораторных и производственных условиях на плаве аммиачной селитры и жидких сред с более высокой температурой показали их надежную работу.

Но даже применение оптимально скошенных волноводов не уничтожает полностью остаточных реверберационных явлений. Наблюдается эффект изменения формы и фазы акустического сигнала как при импульсном, так и непрерывном излучении. Данное обстоятельство в значительной мере увеличивает погрешность измерений скорости ультразвука при повышенных температурах и требует применения ультраакустических методов, которые при изменении скорости ультразвука не меняли бы форму и величину сигнала. Это достигается обеспечением постоянства длины ультразвуковой волны l = const в колебательной системе. Тогда внутренние фазовые соотношения акустических сигналов в среде остаются строго постоянными при различных скоростях ультразвука. Это обстоятельство сохраняется как для импульсных, так и для непрерывных акустических сигналов, хотя с помощью непрерывных колебаний сравнительно легче осуществить циркуляцию гармонического колебания, а также постоянство внутренних фазовых соотношений. Погрешность измерений при этом получается минимальной с отсчетом скорости ультразвука как функции изменения частоты при строго постоянной длине ультразвуковой волны.

Рис. 4.2. Ультразвуковой измерительный датчик: 1 – флянец, 2 – корпус преобразователя, 3 – волноводы, 4 – защитный колпачок, 5 – штуцер, 6– предохранительный колпачок, 7 – уплотнитель, 8 – фторопластовая крышка, 9 – пьезопластина, 10,11 – изоляционные шайбы Применение ультраакустического метода, основанного на автоциркуляции непрерывных колебаний с амплитудной их модуляцией, в комплексе с предложенными датчиками для разных диапазонов температур со скошенными волноводами позволяет измерять скорость ультразвука как функцию частоты в различных жидких средах при повышенных температурах.

4.3. Ультразвуковой контроль скорости потока и расхода жидкости и газов Для измерения скорости потока и расхода жидких и газообразных сред используются ультразвуковые методы, основанные на создании автоциркуляции непрерывных синусоидальных колебаний, которые получены путем одновременного электроакустического самовозбуждения на разных по величине частотах по потоку и против потока в одноканальной схеме.

Одновременной автоциркуляцией достигается полная идентичность в измерении скорости ультразвука по противоположным направлениям, что позволяет получить более высокую точность в измерениях скорости потока среды по сравнению с другими методами. Систематические погрешности, например температурные, являются одинаковыми для направлений измерения по потоку и против потока и компенсируют друг друга, так как скорость потока определяется по величине разностной частоты сигналов автоциркуляции.

Представленный метод измерения скорости потока среды положен в основу работы ультразвукового расходомера, схема которого показана на рис. 4.3 и который содержит акустический преобразователь с пьезоэлементами П1 и П2, включенный в два замкнутых противоположных контура измерения скорости ультразвука через контролируемый поток среды. Оба контура содержат последовательно соединенные избирательные фильтры, широкополосные усилители с автоматической регулировкой усиления (АРУ) и акустических преобразователей.

Рис. 4.3. Блок-схема одноканального ультразвукового расходомера

–  –  –

4.4. Ультразвуковые технологии в нефтегазовом комплексе 4.4.1. Ультразвуковой способ предотвращения солеотложения на технологическом оборудовании и очистка нефти от солей В практике нефтедобычи установлено, что при эксплуатации скважинных насосов, трубопроводов и другого технического оборудования на отдельных поверхностях, находящихся в контакте с нефтью, происходит отложение солей. Особенно интенсивно процесс отложения происходит на элементах насоса, что выводит их из строя, причиняя тем самым большой материальный ущерб.

Физический механизм этого явления можно объяснить следующим образом. Металлические элементы представляют собой активную подложку для кристаллизации, так как они обладают высокой теплопроводностью. На металлической подложке (лопасти, трубопроводе и других деталях) происходит образование центров кристаллизации, которые являются началом процесса солеотложения.

Причиной интенсификации отложения солей на лопастях насоса является усиление тепломассопереноса. Дело в том, что вращение лопастей, большая скорость относительного движения системы «лопасть – нефть», турбулентное движение нефти в пограничном слое с лопастью создают условия для лучшего тепломассопереноса, а непрерывное обогащение солями порций нефти благоприятствует отложению солей на движущихся элементах (лопастях).

Анализ отложения солей на элементах скважинного насоса, трубопроводах и т. п. подтверждает высказанную точку зрения относительно физического механизма процесса солеотложения. Опыт говорит о том, что больше солей отлагается на лопастях насоса и меньше – на прямых участках трубопровода. Это объясняется тем, что, во-первых, на прямых участках трубопровода меньше скорость относительного движения системы «элемент трубопровода – нефть», во-вторых, на границе «нефть – трубопровод» происходит ламинарное течение нефти, а поэтому массообмен и теплообмен уменьшены.

Проблему предотвращения солеотложения и очистки нефти от солей можно решить следующими подходами.

Первый – локально интенсифицировать процесс кристаллизации и образовавшиеся кристаллы выносить с потоком. Для осуществления этого процесса необходимо в определенной области потока нефти до скважинного насоса создать искусственные условия, которые уменьшили бы работу образования зародыша. При этом необходимо иметь в виду, что возникшие в результате искусственной интенсификации процесса локальной кристаллизации твердые частицы соли необходимо надежно транспортировать через области, где особенно интенсивно происходят процессы тепломассопереноса.

Второй – в областях, где интенсивно происходит процесс солеотложения, нужно затормозить кристаллизацию за счет увеличения работы образования зародыша кристаллизации.

Третий подход представляет собой комбинацию второго и первого:

в области, где нежелательно солеотложение, вначале нужно затормозить кристаллизацию, а затем после ее прохода интенсифицировать процесс кристаллизации.

Четвертый – это подбор материалов, на которых затруднен процесс образования зародышей кристаллизации.

Воздействие ультразвукового поля на раствор вблизи температуры затвердевания внесет существенные изменения в молекулярнокинетические процессы, связанные с формированием структуры зарождающейся твердой фазы. Оно вызывает значительные изменения энергетического состояния системы, поэтому воздействие мощного ультразвукового поля в кавитационном режиме существенно уменьшает вероятность образования зародышей твердой фазы, изменяет коэффициенты вязкости и диффузии. Кавитационный пузырек, или кавитационная область, представляет собой своеобразный трансформатор мощности, в котором сравнительно медленно накапливается энергия, а освобождается в течение очень короткого времени, в результате чего мгновенная мощность во много раз превосходит среднюю вводимую излучателем в кавитационную область. Местные изменения температур и давлений за счет действия ультразвукового поля в режиме кавитации приводят к возрастанию флуктуаций плотности. При этом имеет место процесс возникновения дополнительных плотных комплексов, которые при оптимальных температурных условиях будут выполнять роль зародышей кристаллизации.

В ультразвуковом поле интенсифицируются процессы массопереноса, массообмена. При воздействии ультразвукового поля на гетерофазную систему происходит перераспределение микрозародышей новой фазы, тем самым вероятность самопроизвольного зарождения кристаллических центров уменьшается. Весьма существенно на распределение и возникновение зародышей влияют также эффекты второго порядка, имеющие место в жидкости при воздействии на нее мощного ультразвукового поля.

Воздействуя мощным ультразвуковым полем на расплав, можно уменьшить энергию активации, а следовательно, увеличить коэффициент диффузии и активизировать процесс зародышеобразования.

Как уже отмечалось, реальная нефтяная система представляет собой гетерогенную дисперсную твердогазожидкостную смесь. Кроме жидкой составляющей в такой системе присутствуют различной природы нерастворимые твердые частицы, пузырьки газа разной дисперсности.

Для полноты представлений о механизме влияния ультразвукового поля на реальную нефть в скважине рассмотрим физические процессы и явления в гетерогенных дисперсных системах. Известно, что примеси, газовые пузырьки, твердые частицы оказывают существенное влияние на процесс формирования твердого тела. Обычно в реальном растворе всегда присутствуют примеси различной степени дисперсности. Однако для активизации процесса формирования твердого тела необходимо, чтобы зародыши кристаллизации имели определенные размеры и были равномерно распределены в объеме раствора. Воздействие ультразвукового поля на дисперсную реальную систему вблизи температуры затвердевания создает благоприятные условия для формирования твердого тела.

Установлено, что если размер примеси меньше размера критического зародыша, работа образования устойчивого центра кристаллизации на ней должна подчиняться закону А = К (rк2 - rп2 ), (4.6) где rк и rп – радиусы критического зародыша и частицы примеси; К – постоянная.

Если rп rк, то образование зародыша на примеси маловероятно.

Если rп rк, то складываются неблагоприятные условия для возникновения зародыша кристаллизации. Вследствие воздействия ультразвукового поля на твердогазожидкостную систему с нерастворенными примесями происходит их диспергирование. В зависимости от интенсивности ультразвукового поля и времени обработки размеры дисперсных газовых и твердых частиц будут изменяться. При диспергировании они должны пройти барьер, при котором rп – rк = 0. (4.7) В начале ультразвуковой обработки число таких частиц должно расти пропорционально интенсивности ультразвукового поля и времени обработки. Затем при каких-то значениях интенсивности и времени эффективность обработки достигнет оптимальных величин и начнется спад.

В этом случае rп rк. Следовательно, на функциональных зависимостях «эффективность обработки – интенсивность поля» и «эффективность обработки – время действия поля» должен наблюдаться максимум.

В некоторых дисперсных системах в ультразвуковом поле при определенных характеристиках может наблюдаться эффект, диаметрально противоположный эффект диспергированию, – коагуляция. В этом случае можно ожидать уменьшения эффективности обработки ультразвуковым полем с возрастанием интенсивности и времени воздействия. Процесс зародышеобразования можно интенсифицировать за счет подачи дополнительного газа в нефтяную систему и его ультразвукового диспергирования.

При этом можно добиться стабильных размеров равномерно распределенных в определенной области газовых пузырьков, для которых будет выполняться условие (4.7). С помощью этого приема количество зародышей кристаллизации возрастает.

Образовавшееся за счет интенсификации процесса кристаллизации с помощью ультразвукового поля большое количество твердых частиц соли будет транспортироваться за счет потока жидкости и более крупных газовых пузырьков, присутствующих в большом количестве в реальной нефтяной системе. Кроме того, пузырьки-транспортеры можно создать искусственно путем ультразвукового диспергирования газа в реальную нефтяную систему.

Рассмотренная природа процесса солеотложения и воздействие на этот процесс внешних физических факторов дают основание предложить следующие способы предотвращения солеотложения на элементах скважинного насоса, трубопроводах и т. п. и чистки нефти от солей.

Первый способ. В нефтяную твердогазожидкостную систему подается дополнительно газ. Путем воздействия мощного ультразвукового поля газ в нефтяной системе диспергируют таким образом, что размеры газовых пузырьков оказываются одинаковыми и соответствуют размерам зародышей кристаллизации. Это приводит к принудительному зародышеобразованию на газовых пузырьках. За счет радиационного давления, макрои микропотоков, возникающих в ультразвуковом поле, газовые пузырьки равномерно распределяются в области, в которой необходимо интенсифицировать процесс кристаллизации, и таким образом способствуют объемной локальной кристаллизации. Кроме того, в ультразвуковом поле имеет место диспергирование и активация твердых нерастворимых частиц. При определенных режимах ультразвуковой обработки выполняется условие (4.7) и зародыши кристаллизации равномерно распределяются в объеме.

Таким образом, за счет действия ультразвукового поля наблюдается интенсификация процесса объемной локальной кристаллизации: на газовых и твердых частичках образуется большое количество маленьких взвешенных в системе кристалликов.

В твердогазожидкостной системе кроме пузырьков, на которых происходит интенсификация процессов кристаллизации, в большом количестве присутствуют свободные газовые пузырьки более крупных размеров. Эти пузырьки, двигаясь с потоком системы, адсорбируют зародившиеся кристаллики и таким образом выполняют роль транспортных средств. Кроме того, для интенсификации процесса удаления возникших кристалликов путем ультразвукового диспергирования газа создаются дополнительные, оптимальные по размерам газовые пузырьки для транспортировки кристалликов. Пройдя насос, систему трубопроводов и т. д., твердогазожидкостная система сообщается с атмосферой. При этом за счет архимедовых сил системы возможны концентрация кристалликов соли и их коагуляция. Превращаясь в более крупные агрегаты, они оседают на дно. В зависимости от условий задачи их можно удалять с поверхности или дна.

Второй способ. Путем изменения температуры элементов, на которых происходит солеотложение (например, элементов насоса), можно повысить работу образования зародышей кристаллизации.

Третий способ. Вначале путем изменения температуры элементов, на которых происходит солеотложение, повышается работа образования зародышей кристаллизации, а затем, после прохода твердогазожидкостной системой этих элементов, процессы кристаллизации и удаления возникших кристалликов интенсифицируются по первому способу.

Четвертый способ. Для устранения процесса солеотложения необходимо изготавливать или делать покрытия элементов насоса, трубопроводов и т. п. материалами, структура которых существенно отличается от структуры соли в твердом состоянии. В этом случае краевой угол становится большим, межфазная энергия – высокой, процесс зародышеобразования затруднен, солеотложения не происходит.

4.4.2. Применение ультразвука при хранении (консервации) газа Хранение газа является одной из важнейших проблем в нефтегазодобывающей промышленности. В настоящее время на нефтепромыслах в колоссальных количествах газ сжигается, чем наносится невосполнимый материальный ущерб экономике и природе. Эту проблему можно также решить с помощью ультразвука. Физическая основа предлагаемого способа заключается в следующем.

Известно, что содержание газа в жидкости пропорционально давлению. Например, в воде при атмосферном давлении содержится около десятых долей процента свободного газа. Если жидкость насыщать газом при повышенном гидростатическом давлении, то эту цифру можно существенно повысить.

Процессы насыщения жидкости газом можно интенсифицировать путем ультразвукового диспергирования газа в жидкость при повышенном гидростатическом давлении. Дробясь на мельчайшие пузырьки, газ быстро растворяется до насыщения, соответствующего гидростатическому давлению, под которым находится жидкость. Таким образом можно получить жидкости с избыточным количеством свободного газа. Проведенные исследования показывают: насыщая жидкость газом при повышенном гидростатическом давлении в мощных ультразвуковых полях, можно повысить содержание свободного газа в воде в сотни и тысячи раз по сравнению с содержанием его при атмосферном давлении. Перенасыщенная газом вода закачивается в емкости, например подземные, и в них хранится. Процесс газонасыщения может быть непрерывным в потоке и дискретным – в определенном стационарном объеме воды.

Для использования запаса газа из хранилища газожидкостную систему транспортируют в нужное место и производят дегазацию. Процесс дегазации осуществляется, например, термическим, ультразвуковым или комбинированным термоультразвуковым способами. Термический способ состоит в том, что газожидкостная система нагревается и при этом происходит обильное выделение газа из воды. Ультразвуковой способ дегазации состоит в том, что под действием ультразвукового поля происходят коалесценция газовых пузырьков и процесс односторонней диффузии растворенного газа в пузырьки. Кроме того, за счет макропотоков и радиационного давления интенсифицируется процесс всплытия газовых пузырьков. Термоультразвуковой способ состоит в одновременном действии нагрева и ультразвукового поля. Процесс разгазирования гидрожидкостной системы осуществляется непрерывно в потоке или дискретно – в стационарном объеме.

4.5. Глобальные экологические проблемы, связанные с электрическими, магнитными, акустическими полями и процессами в Земле и на Земле (гипотезы и реальность) В результате анализа современных представлений о строении Земли, физических и физико-химических процессах, происходящих внутри планеты, о постоянном и переменном потоках заряженных и незаряженных частиц высоких энергий, постоянном и переменном магнитных полях Земли и в околоземном пространстве, о радиационных поясах Земли в околоземном пространстве профессором А. С. Шиляевым предложена гипотеза о связи между физическими явлениями в околоземном пространстве, активностью Солнца и процессами, происходящими в Земле и на Земле.

Установленная связь позволяет объяснить не известную ранее акустическую природу вертикальных и горизонтальных колебаний Земли, тектонических и вулканических землетрясений, природу тепловой энергии Земли, земного магнетизма, причину смены магнитных полюсов Земли.

Причиной вертикальных колебательных движений Земли, приводящих к формированию рельефа, наступлениям и отступлениям моря, разрыву, переносу и переотложению горных пород, а также горизонтальных перемещений больших участков коры, являются физические и физикохимические процессы, происходящие в земной коре и в ядре Земли.

В составе земной коры содержится значительный процент ферромагнитных составляющих. Ядро Земли состоит из железа и железоникелевых сплавов. Основная масса ферромагнетиков в земной коре находится при температуре ниже точки Кюри. Очень возможно, что при тех физических условиях, при которых находятся железо и железоникелевые сплавы в ядре Земли, они восприимчивы к намагничиванию.

Постоянное магнитное поле вокруг Земли (рис. 4.4), создаваемое потоком заряженных частиц в околоземном пространстве, намагничивает ферромагнетики внутри Земли. Намагниченные ферромагнетики плюс постоянное магнитное поле, образованное потоком заряженных частиц, создают постоянное магнитное поле Земли (см. рис. 4.4.). Вокруг Земли кроме постоянного магнитного поля еще существует суперпозиция переменных магнитных полей. Таким образом, намагниченные ферромагнетики находятся в переменном магнитном поле. В этом случае при одном направлении поля вследствие явления магнитострикции происходит увеличение линейных размеров ферромагнетиков, при другом – уменьшение. При изменении линейных размеров ферромагнетиков шар может превратиться в эллипсоид вращения, вытянутый по полярной оси. При противоположном направлении поля земной шар сплющивается. По мере изменения магнитного поля по величине и по направлению возникают вертикальные колебательные движения и горизонтальные перемещения Земли.

Причиной тектонических и вулканических землетрясений являются процессы, происходящие внутри Земли, порождаемые за счет акустичеРис. 4.4. Магнитное поле Земли, ских колебаний широкого спектра часобразованное намагничиванием тот вплоть до ультразвуковых.

ферромагнитных составляющих, Акустические колебания возсодержащихся в Земле никают за счет магнитострикционного эффекта, имеющего место в ферромагнитных составляющих Земли и переменных магнитных полей. Низкочастотные акустические колебания конечных амплитуд создают локальные деформации. Высокочастотные акустические колебания конечных амплитуд ультразвукового диапазона за счет эффектов второго порядка, имеющих место в многофазных системах, приводят к необратимым процессам, оказывающим разрушительное действие на горные породы.

Особое место среди эффектов второго порядка при распространении ультразвука в многофазной твердогазожидкостной системе занимает явление кавитации, которая вызывает появление в недрах Земли больших давлений. Кавитация порождает также процесс перехода растворенных газов в свободное состояние.

Большую роль в рассматриваемых процессах играет звукокапиллярный эффект, который, как отмечалось в предыдущих главах, состоит в том, что под действием высокочастотных колебаний конечных амплитуд увеличиваются скорость и высота подъема жидкости в капиллярных и капиллярно-пористых системах. В результате воздействия возникающих в толще Земли ультразвуковых колебаний на подземные жидкостные резервуары (водные, металлические и неметаллические), находящиеся под высоким давлением, идет интенсивный процесс перехода растворенных газов в свободное состояние. Образуются колоссальные давления подземных газов, которые достигают таких значений, что породы, образующие земную кору, не выдерживают и происходит их разрушение. Так возникают тектонические и вулканические землетрясения (рис. 4.5). В образовавшиеся щели, каналы, пустоты за счет высоких давлений и звукокапиллярного эффекта устремляется содержимое подземных резервуаров (вода, жидкий металл, лава, камни, газы, пепел и т. д.).

При акустическом воздействии в режиме кавитации на жидкость, в которой находятся растворенные газы, происходит переход растворенных газов в свободное состояние. В объеме, занимаемом жидкостью, возникают очень высокие давления, вследствие чего земная кора деформируется и происходит ее разрушение. Выделившиеся и скопившиеся в огромных количествах под большим давлением газы выбрасываются в атмосферу через щели, образовавшиеся в земной коре. По щелевым каналам вследствие акустического капиллярного эффекта ускоряется движение жидкой фазы.

Так образуются тектонические и вулканические землетрясения.

Как уже отмечалось, в составе Земли содержится значительный процент ферромагнитных и парамагнитных токопроводящих металлических материалов. Локальные и региональные магнитные аномалии объясняются неравномерным распределением в земной коре пород, богатых ферромагнитными и другими металлосодержащими минералами. Ядро Земли состоит из железа и железоникелевых сплавов.

В результате деятельности Солнца, особенно в периоды его активности, Рис. 4.5. Предполагаемый наряду с постоянными потоками частиц механизм возникновения возникают переменные высокоэнергеземлетрясения тические потоки заряженных частиц, которые образуют вокруг Земли переменные магнитные поля. Кроме заряженных частиц к Земле двигается нейтральный поток. Взаимодействие переменного нейтрального потока с магнитным полем Земли порождает вокруг нее интенсивный кольцевой электрический ток на расстоянии 3–5 радиусов Земли. Это доказано исследованиями, проведенными с помощью спутников и ракет.

Наличие нестационарного потока электронов за внешним радиационным поясом Земли, совершающего сложное колебательное движение по спиральной траектории вдоль силовых линий магнитного поля Земли, создает дополнительно меняющееся во времени магнитное поле вокруг Земли.

Таким образом, возникает ситуация, в которой Земля находится в апериодических нестационарных магнитных полях. Возможно, что при этих условиях возникает суперпозиция магнитных полей.

В результате воздействия переменного магнитного поля на Землю в ее металлических составляющих создаются индукционные токи (токи Фуко), которые нагревают металлическую составляющую земной коры, вызывают плавление железа и железоникелевого сплава в ядре.

Если изложенное гипотетическое представление о тепловой природе Земли имеет место, то есть основания предположить, что в период солнечной активности температура Земли будет повышаться, а процессы внутри нее интенсифицироваться. Нагретая таким образом Земля (за счет токов Фуко) будет инициировать все внутренние физико-химические и физические процессы, а также на ее поверхности.

При дальнейшем развитии этих представлений необходимо провести энергетическую оценку, зная температуру Земли на различных глубинах в различных регионах и ядре, массу вещества в земной коре в различных регионах, в ядре и теплоемкость веществ. Эти расчеты дадут возможность оценить ту энергию, которая содержится в переменных магнитных полях, являющихся «нагревателями» Земли.

Итак, что касается источников тепла, поступающего из недр Земли, то наряду с другими значительный вклад может вносить нагрев металлических составляющих Земли за счет индукционных токов (токов Фуко), а следовательно, и всей Земли.

На наш взгляд, индукционный нагрев Земли являлся основным источником тепла в далеком прошлом – на стадии ее формирования, когда планета представляла собой раскаленный шар. Индукционный нагрев может являться основным источником тепла Земли и в настоящее время. Индукционные токи, возникающие внутри Земли, – также первопричина многих происходящих внутри нее процессов.

Исследования магнитных свойств горных пород, образованных в прошлые геологические эпохи (палеомагнетизм), показали, что направления магнитной оси Земли не всегда были одинаковы. Учеными сделаны предположения, что направления магнитной оси менялись на прямо противоположные, т. е. менялся знак геомагнитного поля.

Можно предположить, что такое возможно в двух случаях:

– если изменяется направление потока корпускулярных высокоэнергетических заряженных, нейтральных частиц и электронов в околоземном пространстве;

– если Земля повернется в пространстве на 180°.

Первый случай возможен тогда, когда поменяется в пространстве на противоположное направление источник корпускулярного и электронного излучений.

Второй случай возможен в случае, когда в силу каких-то космических катаклизмов произойдет изменение положения Земли.

Конечно же, изложенная гипотеза требует глубокого теоретического осмысливания, оценочных энергетических расчетов, воспроизведения опытов на моделях в лабораторных условиях и проведения систематических экспериментальных исследований по имитации физических и физико-химических процессов. Только комплексные теоретические и экспериментальные исследования могут дать исчерпывающий ответ о влиянии околоземного потока заряженных и незаряженных частиц, радиационных зон, деятельности Солнца на физические и физико-химические процессы и явления внутри Земли.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шиляев, А. С. Ультразвук в науке, технике и технологии / А. С. Шиляев. – Гомель : Институт радиологии, 2007. – 412 с.

2. Митьковская, Н. П. Эхокардиография в клинике внутренних болезней : учеб.-метод. пособие / Н. П. Митьковская, Е. В. Стольник, Сатоши Кибира. – Минск : МГМИ, 1999. – 65 с.

3. Щупакова, А. Н. Клиническая ультразвуковая диагностика : учеб.

пособие / А. Н. Щупакова, А. М. Литвяков. – Минск : Кн. дом, 2004. – 366 с.

4. Волков, Н. В. Основы ультразвуковой диагностики : учеб.-метод.

пособие / Н. В. Волков. – Гродно : ГрГМУ, 2005. – 46 с.

5. Медицинские информационные технологии и системы / С. Абламейко [и др.]. – Минск : ОИПИ НАН Беларуси, 2007. – 176 с.

6. Агранат, Б. А., Основы физики и техники ультразвука / Б. А. Агранат [и др.]. – М. : Высшая школа, 1987. – 352 с.

7. Ильич, Г. К. Медицинская и биологическая физика. Колебания и волны, акустика, гемодинамика : учеб. пособие / Г. К. Ильич. – М. :

МГМИ, 2000. – 91 с.

8. Акопян, В. Б. Лечит ультразвук / В. Б. Акопян. – М. : Колос, 1983.

9. Маленькая энциклопедия «Ультразвук» / под ред.

И. П. Голяминой. – М. : Сов. энциклопедия, 1979. – 400 с.

10. Дергачев, А. И. Ультразвуковая диагностика заболеваний внутренних органов : справ. пособие / А. И. Дергачев. – М. : Изд-во Рос. ун-та дружбы народов, 1995. – 334 с.

11. Ультразвуковая диагностика в абдоминальной и сосудистой хирургии / Г. И. Кунцевич [и др.]. – Минск : Кавалер Паблишерс, 1999. – 252 с.

12. Ультразвуковая терапия как метод, способствующий повышению эффективности лечения и реабилитации больных хроническими обструктивными заболеваниями легких : метод. рекомендации. – Витебск :

ВМИ, 1996. – 13 с.

13. Брюховецкий, Ю. А. Практическое руководство по ультразвуковой диагностике. Общая ультразвуковая диагностика / Ю. А. Брюховецкий. – М. : Видар-М, 2006. – 698 с.

14. Бойков, И. В. Лучевая диагностика заболеваний молочных желез / И. В. Бойков. – СПб. : ЭЛБИ-СПБ, 2006. – 231 с.

15. Кушнеров, А. И. Ультразвуковая диагностика воспалительных и опухолевых заболеваний ободочной и прямой кишок / А. И. Кушнеров, В. С. Пручанский, Б. А. Минько. – Минск : БелМАПО, 2006. – 352 с.

–  –  –

Основные характеристики:

– 17-дюймовый жидкокристаллический плоский монитор с широким диапазоном позиционирования;

– 3 активных и 2 паркинговых порта;

– модуль параллельной/квадрантной обработки сигнала – PSP/QSP;

– импульсно-волновой/постоянно-волновой допплер PWD/CWD;

– цветовое допплеровское картирование – CDI;

– энергетический допплер/направленный энергетический допплер – CA/DCA;

– улучшенный динамический поток – ADF;

– тканевой допплер – TDI;

– тканевая гармоника – THI;

– субтракция импульса – PS;

– сложное сканирование в реальном времени – Aplipure;

– оптимизация 2D-изображения по акустическим свойствам тканей – QuickScan;

– панорамное изображение – Panoramic View;

– модуль трапециевидного изображения – Trapezoid Imaging;

– модуль синхронизации ЭКГ;

– модуль стресс-эхо;

– автоматическое измерение сердечного выброса – А-АСМ;

– модули эхографии с контрастным усилением – CHI/FEI/TIC;

– трехмерная реконструкция – Fusion 3D;

– трехмерная реконструкция в реальном времени (4D) с использованием специализированных датчиков;

– модуль дистанционного управления iASSIST;

– интегрированная рабочая станция с поддержкой формата DICOM 3.0;

– пишущий DVD-/CD-RW-дисковод.

В состав системы входит большой набор ультразвуковых датчиков:

линейные, конвексные, микроконвексные, секторые, биплановые (конвекс/конвекс), мультиплановые транспищеводные, биопсийные линейные и конвексные с прямым биопсийным каналом, интраоперационные (вертикального, горизонтального и пальчикового типа), карандашные.

П2. Оборудование фирмы GE Medical System Ultrasound and Primary Care Diagnostic LLS, принадлежащей компании General Electric Ультразвуковая система экспертного класса LOGIQ 9 (рис. П2) позволяет легко получать и анализировать объемные изображения в режиме реального времени и оценивать их в любой проекции, изучая мельчайшие детали с высокой четкостью. Специально разработанный новый плоский монитор и удобная для работы цветная сенсорная панель управления позволяют оценить достоинства технологии SonoErgonomics™ на практике.

–  –  –

П3. Портативная ультразвуковая USB-система фирмы Direct Medical Syatens Основывается на использовании ультразвуковых USB датчиков и персонального компьютера со специализированным программным обеспечением (рис. П5), что обеспечивает мобильность и более простую эксплуатацию в сравнении с обычными ультразвуковыми системами.

Минимальные требования к компьютеру:

– операционная система Windows ХР;

– процессор – от 800 МГц;

– оперативная память – от 512 Мб RAM;

– один (1) USB 2.0 порт;

Рис. П5. Общий вид портативной

– дисплей с разрешением экрана ультразвуковой USB-системы 1280x768 и качеством цветопередачи 32 бит;

– поддержка технологии XBRITE™ и графической системы NVidia® GeForce™.

П4. Многофункциональные ультразвуковые аппараты «MyLabl5» и «MyLab20»

фирмы Esaote (Италия) Аппараты (рис. П1.6) разработаны для проведения:

– кардиологических исследований;

– абдоминальных исследований;

– акушерских и педиатрических исследований;

– исследования периферических сосудов;

– сканирования поверхностных органов;

– гинекологических и урологических исследований;

– интраоперационных исследований.

Отличительные особенности:

– высокая частота кадров, широкополосные многочастотные датчики, имеющие 192 приемопередающих элемента и частотный диапазон от 1,0 до 17 МГц, позволяет получить изображение высокой Рис. П6. Общий вид ультразвуковой степени детализации при исдиагностической системы MyLab15 следовании;

– высокая чувствительность цветового (CFM) Доплера, CW/PW-Доплера с режимом HPRF, позволяет выявлять и оценивать кровотоки по скорости и направлению движения, получать характеристики потоков в цифровом выражении в каждой конкретно выбранной точке сосудистого потока.

П5. Стационарная цифровая цветная универсальная ультразвуковая система SSI-500plus фирмы SonoScape (Китай) Система представляет собой результат дальнейшего развития линейки цветных сканеров SonoScape (рис. П7). Созданный на платформе SSIон обладает современным эргономичным дизайном и предоставляет пользователю расширенные возможности по управлению периферией.

Основные характеристики:

– имеет большой медицинский цветной ЖК дисплей с диагональю 15"/17";

– простой, интуитивно понятный интерфейс пользователя на русском языке;

– все режимы сканирования, включая поддержку секторных фазированных датчиков;

– триплексный/дуплексный режимы;

– цветной, энергетический, направленный энергетический, импульсноволновой, постоянно-волновой, тканевой допплеры;

– тканевая гармоника;

– Compound Imaging (режим раскачки УЗ-луча);

– Micro-Scan технология подавления шума на изображениях;

– модуль FreeHand 3D, поверхностная трехмерная реконструкция;

– 3 порта для подключения датчиков;

– мультичастотные широкополостРис. П7. Общий вид ные датчики высокой плотности ультразвуковой системы (см. рис. П7);

SSI-500plus фирмы

– CD-RW для записи полученной диSonoScape агностической информации;

– жесткий диск, USB 2.0, Ethernet, DICOM 3.0, ведение базы данных пациентов.

Фирма SonoScape разработала и производит ряд современных мультичастотных ультразвуковых датчиков высокой плотности (имеющих до 192 физических элементов), в которых используются технологии и материалы последнего поколения, позволяющие дополнительно расширить частотный диапазон (от 1 до 15 МГц) и достичь значительного улучшения пространственного разрешения (рис. П8).

–  –  –

Издатель и полиграфическое исполнение учреждение образования «Международный государственный экологический университет имени А. Д. Сахарова»

ЛИ № 02330/0131580 от 28.07.2005 г.

Республика Беларусь, 220070, г. Минск, ул. Долгобродская, 23

–  –  –



Pages:     | 1 ||
Похожие работы:

«Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского Биология, химия. Том 2 (68). 2016. № 3. С. 28–35. УДК 581.14:661.162.66(635.656) ДЕЙСТВИЕ ПРЕПАРАТА ЦИРКОН НА РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ КУКУРУЗЫ В УСЛОВИЯХ ОСМОТИЧЕСКОГО СТРЕССА Собчук Н. А., Чмелева С. И....»

«Пояснительная записка к рабочей программе по биологии для 9 класса Программа разработана на основе Федерального компонента государственного стандарта основного общего образования и Федерального базисного учебного плана, в соответствии с которым на изучение биологии в 9 классе выделено 68. (2 ч. в неделю). Она состав...»

«ЛИСТ СОГЛАСОВАНИЯ от 19.01.2017 Рег. номер: 2883-1 (21.12.2016) Дисциплина: Водно-технические изыскания при обустройстве нефте-газовых комплексов 05.04.06 Экология и природопользование:...»

«Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского Серия "Биология, химия". Том 1 (67). 2015. № 3. С. 49–55. УДК 579.64:581.14(653.63) ВЛИЯНИЕ МИКРОБНОГО ПРЕПАРАТА "ЭМБИКО" НА ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН ОГУРЦОВ (CUCUMIS SATIVUS L.) СОРТОВ КОНКУРЕНТ И ФЕНИКС Татаренко Я....»

«Динозавры: назад в прошлое, предсказывая будущее. Тема урока: Назад в прошлое, предсказывая будущее"Цели урока: Образовательные формировать представления детей о далеком прошлом Земли;пополнить знания учащих...»

«OPENGOST.RU www.OpenGost.ru Портал нормативных документов info@opengost.ru 3.1.2. ПРОФИЛАКТИКА ИНФЕКЦИОННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ. ИНФЕКЦИИ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ Профилактика дифтерии Санитарно-эпидемиологические правила СП 3.1.2.1108-02 1. Разработаны: Московским научно-исследовательским и...»








 
2017 www.kn.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.