Los nuevos ecógrafos tendrán un artículo en la historia. Aplicación de ultrasonido. Efecto biológico del ultrasonido.
Frecuencias 16 - 18000 Hz que puede percibir audífono a una persona se le suele llamar sonido, por ejemplo, el chirrido de un mosquito »10 kHz. Pero el aire, las profundidades de los mares y las entrañas de la tierra están llenos de sonidos que se encuentran por debajo y por encima de este rango: infrarrojos y ultrasonidos. En la naturaleza, los ultrasonidos se encuentran como componente de muchos ruidos naturales: en el ruido del viento, las cascadas, la lluvia, los guijarros marinos rodados por las olas y en las tormentas eléctricas. Muchos mamíferos, como perros y gatos, tienen la capacidad de percibir ultrasonidos con una frecuencia de hasta 100 kHz y capacidad de localización. murciélagos, los insectos nocturnos y los animales marinos son bien conocidos por todos. La existencia de sonidos inaudibles se descubrió con el desarrollo de la acústica a finales del siglo XIX. Al mismo tiempo, comenzaron los primeros estudios sobre la ecografía, pero las bases de su uso no se sentaron hasta el primer tercio del siglo XX.
El límite inferior del rango ultrasónico se llama vibraciones elásticas frecuencia desde 18 kHz. El límite superior del ultrasonido está determinado por la naturaleza de las ondas elásticas, que sólo pueden propagarse si la longitud de onda es significativamente mayor que el camino libre de las moléculas (en gases) o las distancias interatómicas (en líquidos y gases). en gases límite superior es »106 kHz, en líquidos y sólidos »1010 kHz. Como regla general, las frecuencias de hasta 106 kHz se denominan ultrasonidos. Las frecuencias más altas comúnmente se denominan hipersonidos.
Las ondas ultrasónicas no son diferentes en naturaleza de las ondas. rango audible y obedecer lo mismo leyes fisicas. Pero el ultrasonido tiene características específicas que han determinado su uso generalizado en ciencia y tecnología. Aquí están los principales:
- Longitud de onda corta. Para el rango ultrasónico más bajo, la longitud de onda no supera varios centímetros en la mayoría de los medios. La longitud de onda corta determina la naturaleza del rayo de propagación de las ondas ultrasónicas. Cerca del emisor, el ultrasonido se propaga en forma de haces de tamaño similar al tamaño del emisor. Cuando encuentra faltas de homogeneidad en el medio, el haz ultrasónico se comporta como un haz de luz, experimentando reflexión, refracción y dispersión, lo que permite formar imágenes sonoras en medios ópticamente opacos utilizando efectos puramente ópticos (enfoque, difracción, etc.)
- Un corto período de oscilación, que permite emitir ultrasonidos en forma de pulsos y realizar una selección temporal precisa de las señales que se propagan en el medio.
- Posibilidad de obtener valores altos energía de vibración a baja amplitud, porque la energía de vibración es proporcional al cuadrado de la frecuencia. Esto le permite crear haces y campos ultrasónicos con alto nivel energía sin necesidad de equipos de gran tamaño.
- En el campo ultrasónico se desarrollan importantes corrientes acústicas. Por tanto, el impacto de los ultrasonidos en el medio ambiente da lugar a efectos específicos: físicos, químicos, biológicos y médicos. Como cavitación, efecto capilar sónico, dispersión, emulsificación, desgasificación, desinfección, calentamiento local y muchos otros.
- El ultrasonido es inaudible y no genera molestias al personal operativo.
Historia de la ecografía. ¿Quién descubrió la ecografía?
La atención a la acústica fue causada por las necesidades de la marina de las principales potencias: Inglaterra y Francia, porque La acústica es el único tipo de señal que puede viajar lejos en el agua. En 1826 Colladon, científico francés. determinó la velocidad del sonido en el agua. El experimento de Colladon se considera el nacimiento de la hidroacústica moderna. La campana submarina del lago Lemán fue golpeada con la ignición simultánea de pólvora. Colladon observó el destello de la pólvora a una distancia de 10 millas. También escuchó el sonido de la campana utilizando un tubo auditivo submarino. Al medir el intervalo de tiempo entre estos dos eventos, Colladon calculó que la velocidad del sonido era de 1435 m/seg. La diferencia con los cálculos modernos es de sólo 3 m/seg.
En 1838, en Estados Unidos, se utilizó por primera vez el sonido para determinar el perfil del fondo marino con el fin de tender un cable telegráfico. La fuente del sonido, como en el experimento de Colladon, era una campana que sonaba bajo el agua y el receptor era grande. tubos auditivos, cayendo por la borda del barco. Los resultados del experimento fueron decepcionantes. El sonido de la campana (como también la explosión de los cartuchos de pólvora en el agua) produjo un eco demasiado débil, casi inaudible entre los demás sonidos del mar. Era necesario ir a la región de frecuencias más altas, permitiendo la creación de haces de sonido dirigidos.
Primer generador de ultrasonidos hecho en 1883 por un inglés francisco galton. El ultrasonido se creó como un silbido en el filo de un cuchillo cuando se soplaba. El papel de tal punta en el silbato de Galton lo desempeñaba un cilindro con bordes afilados. El aire u otro gas que salía bajo presión a través de una boquilla anular con un diámetro igual al borde del cilindro corría hacia el borde y se producían oscilaciones de alta frecuencia. Al hacer sonar el silbato con hidrógeno, fue posible obtener oscilaciones de hasta 170 kHz.
En 1880 Pierre y Jacques Curie hizo un descubrimiento que fue decisivo para la tecnología de ultrasonido. Los hermanos Curie notaron que cuando se aplicaba presión a los cristales de cuarzo, se generaba una carga eléctrica que era directamente proporcional a la fuerza aplicada al cristal. Este fenómeno se llamó "piezoelectricidad" de la palabra griega que significa "presionar". También demostraron el efecto piezoeléctrico inverso, que se producía cuando se aplicaba al cristal un potencial eléctrico que cambiaba rápidamente, haciéndolo vibrar. A partir de ahora es técnicamente posible fabricar emisores y receptores de ultrasonidos de pequeño tamaño.
La muerte del Titanic por una colisión con un iceberg y la necesidad de combatir nuevas armas, los submarinos, requirieron el rápido desarrollo de la hidroacústica ultrasónica. En 1914, el físico francés Paul Langevin Junto con el talentoso científico emigrante ruso Konstantin Vasilyevich Shilovsky, desarrollaron por primera vez un sonar que consta de un emisor de ultrasonido y un hidrófono, un receptor de vibraciones ultrasónicas basado en el efecto piezoeléctrico. Sonar Langevin-Shilovsky, fue el primer dispositivo ultrasónico., utilizado en la práctica. Al mismo tiempo, el científico ruso S.Ya Sokolov desarrolló los fundamentos de la detección de defectos por ultrasonidos en la industria. En 1937, el psiquiatra alemán Karl Dussick, junto con su hermano, el físico Friedrich, utilizaron por primera vez la ecografía para detectar tumores cerebrales, pero los resultados que obtuvieron resultaron poco fiables. EN practica medica El ultrasonido comenzó a utilizarse por primera vez en los años 50 del siglo XX en los EE. UU.
Recibir ultrasonido.
Los emisores de ultrasonidos se pueden dividir en dos grandes grupos:
1) Las oscilaciones son provocadas por obstáculos en el camino de una corriente de gas o líquido, o por la interrupción de una corriente de gas o líquido. Se utilizan de forma limitada, principalmente para obtener ultrasonidos potentes en un entorno gaseoso.
2) Las oscilaciones se excitan mediante la transformación en oscilaciones mecánicas de corriente o voltaje. La mayoría de los dispositivos ultrasónicos utilizan emisores de este grupo: transductores piezoeléctricos y magnetoestrictivos.
Además de los transductores basados en el efecto piezoeléctrico, se utilizan transductores magnetoestrictivos para generar un potente haz ultrasónico. La magnetoestricción es un cambio en el tamaño de los cuerpos cuando cambia su estado magnético. Un núcleo de material magnetoestrictivo colocado en un devanado conductor cambia su longitud de acuerdo con la forma de la señal de corriente que pasa a través del devanado. este fenómeno, descubierto en 1842 por James Joule, es característico de los ferromagnetos y ferritas. Los materiales magnetoestrictivos más utilizados son las aleaciones a base de níquel, cobalto, hierro y aluminio. La mayor intensidad de radiación ultrasónica se puede lograr con la aleación permendur (49% Co, 2% V, el resto Fe), que se utiliza en potentes emisores ultrasónicos. En particular, los producidos por nuestra empresa.
Aplicación de ultrasonido.
Las diversas aplicaciones de la ecografía se pueden dividir en tres áreas:
- obtener información sobre una sustancia
- efecto sobre la sustancia
- procesamiento y transmisión de señales
La dependencia de la velocidad de propagación y atenuación de las ondas acústicas de las propiedades de la materia y los procesos que ocurren en ellas se utiliza en los siguientes estudios:
- estudio de procesos moleculares en gases, líquidos y polímeros
- estudio de la estructura de cristales y otros sólidos
- control de reacciones químicas, transiciones de fase, polimerización, etc.
- determinación de la concentración de la solución
- determinación de las características de resistencia y composición de los materiales.
- determinación de la presencia de impurezas
- determinación del caudal de líquido y gas
La medición de la velocidad del sonido en sólidos permite determinar las características elásticas y de resistencia de los materiales estructurales. Este método indirecto para determinar la resistencia es conveniente debido a su simplicidad y la posibilidad de uso en condiciones reales.
Los analizadores de gases ultrasónicos controlan la acumulación de impurezas peligrosas. La dependencia de la velocidad ultrasónica de la temperatura se utiliza para la termometría sin contacto de gases y líquidos.
Los caudalímetros ultrasónicos que funcionan con el efecto Doppler se basan en la medición de la velocidad del sonido en líquidos y gases en movimiento, incluidos los no homogéneos (emulsiones, suspensiones, pulpas). Se utiliza equipo similar para determinar la velocidad y el flujo de sangre en estudios clínicos.
Un gran grupo de métodos de medición se basan en la reflexión y dispersión de ondas ultrasónicas en los límites entre medios. Estos métodos le permiten determinar con precisión la ubicación de cuerpos extraños en el medio ambiente y se utilizan en áreas tales como:
- sonar
- pruebas no destructivas y detección de fallas
- diagnostico medico
- determinación de niveles de líquidos y sólidos friables en contenedores cerrados
- determinar los tamaños del producto
- visualización de campos sonoros: visión sonora y holografía acústica.
La reflexión, la refracción y la capacidad de enfocar ultrasonidos se utilizan en la detección de defectos por ultrasonidos, en microscopios acústicos ultrasónicos, en diagnostico medico, para estudiar macroinhomogeneidades de la materia. La presencia de heterogeneidades y sus coordenadas están determinadas por las señales reflejadas o por la estructura de la sombra.
Los métodos de medición basados en la dependencia de los parámetros de un sistema oscilante resonante de las propiedades del medio que lo carga (impedancia) se utilizan para la medición continua de la viscosidad y la densidad de líquidos, así como para medir el espesor de piezas a las que solo se puede acceder. desde un lado. El mismo principio subyace a los durómetros, medidores de nivel e interruptores de nivel por ultrasonidos. Ventajas de los métodos de prueba ultrasónicos: corto tiempo de medición, capacidad de controlar ambientes explosivos, agresivos y tóxicos, ningún impacto del instrumento en el ambiente y los procesos controlados.
El efecto del ultrasonido sobre una sustancia.
El efecto del ultrasonido sobre una sustancia que conduce a cambios irreversibles en él, es ampliamente utilizado en la industria. Al mismo tiempo, los mecanismos de acción de los ultrasonidos son diferentes para los diferentes entornos. En los gases el principal factor activo Son corrientes acústicas que aceleran los procesos de transferencia de calor y masa. Además, la eficiencia de la mezcla ultrasónica es significativamente mayor que la de la mezcla hidrodinámica convencional, porque la capa límite tiene un espesor menor y, como resultado, un mayor gradiente de temperatura o concentración. Este efecto se utiliza en procesos como:
- secado ultrasónico
- combustión en un campo ultrasónico
- coagulación por aerosoles
En el procesamiento ultrasónico de líquidos, el principal factor operativo es cavitación . Los siguientes procesos tecnológicos se basan en el efecto de cavitación:
- limpieza ultrasónica
- metalización y soldadura
- Efecto capilar del sonido: penetración de líquidos en los poros y grietas más pequeños. Se utiliza para la impregnación de materiales porosos y se produce durante cualquier procesamiento ultrasónico de sólidos en líquidos.
- cristalización
- intensificación de procesos electroquímicos
- obtención de aerosoles
- Destrucción de microorganismos y esterilización ultrasónica de instrumentos.
Corrientes acústicas- uno de los principales mecanismos del efecto de los ultrasonidos sobre la materia. Se produce por la absorción de energía ultrasónica en la sustancia y en la capa límite. Los flujos acústicos se diferencian de los hidrodinámicos. espesor fino capa límite y la posibilidad de su adelgazamiento al aumentar la frecuencia de vibración. Esto conduce a una disminución en el espesor de la capa límite de temperatura o concentración y a un aumento en los gradientes de temperatura o concentración que determinan la velocidad de transferencia de calor o masa. Esto ayuda a acelerar los procesos de combustión, secado, mezcla, destilación, difusión, extracción, impregnación, sorción, cristalización, disolución, desgasificación de líquidos y fundidos. En un flujo de alta energía, la influencia de la onda acústica se lleva a cabo debido a la energía del propio flujo, cambiando su turbulencia. En este caso, la energía acústica puede ser sólo una fracción de un porcentaje de la energía del flujo.
Cuando una onda sonora de alta intensidad atraviesa un líquido, se produce el llamado cavitación acústica . En una onda sonora intensa, durante los semiperíodos de rarefacción, aparecen burbujas de cavitación, que colapsan bruscamente al pasar a una zona de alta presión. En la zona de cavitación se producen potentes perturbaciones hidrodinámicas en forma de microondas de choque y microflujos. Además, el colapso de las burbujas se acompaña de un fuerte calentamiento local de la sustancia y la liberación de gas. Esta exposición conduce a la destrucción incluso de sustancias tan duraderas como el acero y el cuarzo. Este efecto se utiliza para dispersar sólidos, producir finas emulsiones de líquidos inmiscibles, excitar y acelerar reacciones químicas, destruir microorganismos, extraer de animales y células vegetales enzimas. La cavitación también produce efectos como el débil resplandor de un líquido bajo la influencia de los ultrasonidos. sonoluminiscencia y penetración anormalmente profunda de líquido en los capilares - efecto sonocapilar .
La dispersión por cavitación de cristales de carbonato de calcio (incrustaciones) es la base de los dispositivos antical acústicos. Bajo la influencia del ultrasonido, las partículas en el agua se dividen, su tamaño promedio disminuye de 10 a 1 micrón, su número y la superficie total de las partículas aumentan. Esto conduce a la transferencia de la formación de incrustaciones desde la superficie de intercambio de calor directamente al líquido. El ultrasonido también afecta la capa de incrustaciones formada, formando microfisuras en ella que contribuyen a la rotura de trozos de incrustaciones de la superficie de intercambio de calor.
En las instalaciones de limpieza por ultrasonidos, con la ayuda de la cavitación y los microflujos que genera, se eliminan tanto los contaminantes adheridos a la superficie, como incrustaciones, incrustaciones, rebabas, como los contaminantes blandos, como películas de grasa, suciedad, etc. El mismo efecto se utiliza para intensificar los procesos electrolíticos.
Bajo la influencia de los ultrasonidos, se produce un efecto tan curioso como la coagulación acústica, es decir. convergencia y agrandamiento de partículas suspendidas en líquidos y gases. El mecanismo físico de este fenómeno aún no está del todo claro. La coagulación acústica se utiliza para la deposición de polvos, humos y nieblas industriales a frecuencias bajas para ultrasonidos, hasta 20 kHz. Es posible que efecto beneficioso El repique de las campanas de las iglesias se basa en este efecto.
El procesamiento mecánico de sólidos mediante ultrasonidos se basa en los siguientes efectos:
- Reducción de la fricción entre superficies durante las vibraciones ultrasónicas de una de ellas.
- Disminución del límite elástico o deformación plástica bajo la influencia del ultrasonido.
- Fortalecimiento y reducción de tensiones residuales en metales bajo el impacto de una herramienta con frecuencia ultrasónica.
- Los efectos combinados de la compresión estática y las vibraciones ultrasónicas se utilizan en la soldadura ultrasónica.
Existen cuatro tipos de mecanizado mediante ultrasonidos:
- Procesamiento dimensional de piezas hechas de materiales duros y quebradizos.
- corte de materiales difíciles de cortar con aplicación ultrasónica en la herramienta de corte
- desbarbado en baño de ultrasonidos
- molienda materiales viscosos con limpieza ultrasónica de la muela abrasiva
Efectos de los ultrasonidos sobre objetos biológicos. Causa una variedad de efectos y reacciones en los tejidos del cuerpo, que se usa ampliamente en terapia de ultrasonido y cirugía. El ultrasonido es un catalizador que acelera el establecimiento de un estado de equilibrio, desde un punto de vista fisiológico, del cuerpo, es decir. condición saludable. El ultrasonido tiene un efecto mucho mayor en los tejidos enfermos que en los sanos. También se utiliza la pulverización ultrasónica. medicamentos durante la inhalación. La cirugía ultrasónica se basa en los siguientes efectos: destrucción de tejido mediante el propio ultrasonido enfocado y la aplicación de vibraciones ultrasónicas a un instrumento quirúrgico cortante.
Los dispositivos ultrasónicos se utilizan para la conversión y el procesamiento analógico de señales electrónicas y para el control de señales luminosas en óptica y optoelectrónica. El ultrasonido de baja velocidad se utiliza en líneas de retardo. El control de las señales ópticas se basa en la difracción de la luz mediante ultrasonidos. Uno de los tipos de difracción de este tipo, la llamada difracción de Bragg, depende de la longitud de onda del ultrasonido, lo que permite distinguirla de amplia gama Intervalo de frecuencia estrecho de radiación luminosa, es decir. filtro de luz.
La ecografía es algo sumamente interesante y se puede suponer que muchas de sus posibilidades aplicación práctica todavía son desconocidos para la humanidad. Amamos y conocemos el ultrasonido y estaremos encantados de discutir cualquier idea relacionada con su aplicación.
¿Dónde se utiliza la ecografía? Tabla resumen
Nuestra empresa, LLC Koltso-Energo, se dedica a la producción e instalación de dispositivos acústicos antical "Acoustic-T". Los dispositivos producidos por nuestra empresa se distinguen por un nivel excepcionalmente alto de señal ultrasónica, lo que les permite funcionar en calderas sin tratamiento de agua y calderas de vapor-agua con agua artesiana. Pero prevenir las incrustaciones es muy pequeña parte¿Qué puede hacer el ultrasonido? Este asombroso instrumento natural tiene enormes posibilidades y queremos hablarte de ellas. Los empleados de nuestra empresa trabajan desde hace muchos años en las principales empresas rusas dedicadas a la acústica. Sabemos mucho sobre ultrasonido. Y si de repente surge la necesidad de utilizar ultrasonido en tu tecnología,
Además, el uso de ondas sonoras se considera el método de investigación más informativo y seguro. La humanidad sospecha desde hace mucho tiempo que existen ondas sonoras en el planeta de una frecuencia que no es percibida por los órganos auditivos humanos, y en ellas se basan los métodos modernos de ultrasonido.
En 1974, el científico italiano Lazzaro Spallanzani logró descubrir experimentalmente una radiación invisible que ayuda a muchos representantes del mundo animal del planeta a navegar en el espacio y formó la base. métodos modernos Diagnóstico por ultrasonido. El experimento se llevó a cabo en un murciélago al que simplemente se le taparon los oídos, lo que provocó la desorientación del animal.
En el siglo XIX, los científicos comenzaron a realizar investigación científica Propiedades de los rayos encontrados. Así, en 1822, un físico suizo, Daniel Colladen, hizo cálculos precisos de la velocidad del sonido en el agua, utilizando una campana submarina como fuente de sonido y el lago Lemán como depósito de agua. Así nació la hidroacústica.
Poco más de medio siglo después, en 1880, los físicos franceses Pierre y Jacques Curie descubrieron la existencia del efecto piezoeléctrico, que surge como resultado de la acción mecánica en un cristal de cuarzo. Y después de un par de años, fue posible generar el efecto piezoeléctrico inverso, que luego se utilizó para desarrollar un convertidor de ondas ultrasónicas. Este diseño de cristal de cuarzo piezoeléctrico para transducción de ultrasonido es un elemento básico de los equipos de ultrasonido modernos.
A principios del siglo XX, a partir de la información disponible sobre las ondas ultrasónicas, se desarrolló una nueva rama de la ciencia: la hidroecolocación, que es la búsqueda de objetos en el medio acuático mediante el sonido reflejado en ellos (eco) utilizando dispositivo especial, llamado ecosonda. El desarrollo de tales dispositivos fue realizado por científicos de diferentes países: Inglaterra, Austria, Estados Unidos. Los sonares se utilizaban para detectar barcos enemigos en la Primera Guerra Mundial. Actualmente se utilizan en navegación y exploración. profundidades del mar, incluso para la búsqueda de barcos hundidos.
En los años 30 del siglo XX surgió la idea de buscar defectos en estructuras metalicas Al mismo tiempo se crearon los primeros detectores de defectos. La dirección misma del diagnóstico ultrasónico de estructuras metálicas se llama detección de metales. Es ampliamente utilizado en la industria.
Los avances en el uso del ultrasonido en el sonar y la detección de metales han llevado a los científicos a considerar la posibilidad de su uso en organismos vivos, en particular en medicina.
En los mismos años 30, las ondas ultrasónicas comenzaron a utilizarse con fines fisioterapéuticos en el tratamiento de determinadas enfermedades. Y la siguiente década estuvo marcada por el inicio de la investigación en términos del uso de la ecografía para el diagnóstico médico.
El fundador del diagnóstico por ultrasonido puede ser considerado el psiconeurólogo austriaco Karl Theodor Dussick, quien en la segunda mitad de los años 40 desarrolló el método de hipersonografía, que permite detectar un tumor en el cerebro basándose en mediciones de la intensidad de la onda ultrasónica que ingresa. y dejando el cráneo.
Un mayor desarrollo y mejora del diagnóstico por ultrasonido condujo al surgimiento de métodos de investigación que solo una madre podría imaginar en medicina. El diagnóstico por ultrasonido tridimensional le permite obtener una imagen tridimensional desde cualquier ángulo. El ecocontraste (cuando se inyectan en una vena sustancias especiales con burbujas de gas) es uno de los métodos más métodos precisos diagnóstico La sonoelastografía es una combinación de ultrasonido y presión para determinar la naturaleza de la contracción del tejido, lo que ayuda a identificar diversas patologías.
La tomografía ultrasónica permite obtener una imagen por computadora de órganos humanos en tres planos sin causar ningún daño. al cuerpo humano. La ecografía tridimensional es la capacidad de viajar dentro de los vasos sanguíneos humanos, detectando los más mínimos cambios.
Hasta el día de hoy, la ecografía sirve fielmente a las personas, permitiéndoles reconocer a tiempo neoplasias malignas, salvando la vida de muchos pacientes y también brindando oportunidad única no sólo controlar el desarrollo del niño en el útero, sino incluso determinar el sexo y características externas bebé.
En oncología, la ecografía se utiliza no sólo como método seguro diagnóstico, sino también como método de tratamiento. tumores cancerosos en las primeras etapas de su desarrollo. No es ningún secreto que la ciencia no se detiene y que están surgiendo métodos de investigación nuevos y modernizados.
Se sabe que para los animales cuya vida activa se desarrolla principalmente de noche, ojos grandes Y visión aguda, pero los murciélagos, por el contrario, tienen ojos pequeños y orejas muy grandes. Esto le dio al científico italiano Ballanzani hace 200 años la idea de realizar un estudio para estudiar las posibilidades de orientación de los murciélagos en el espacio. Estiró finos hilos equipados con cascabeles por la habitación, la oscureció y dejó entrar a los murciélagos. A pesar de completa oscuridad, ni un solo murciélago cruzó los hilos estirados. Cuando las orejas de los ratones estuvieron tapadas, comenzaron a tocar los hilos estirados e incluso a chocar contra las paredes. La investigación de Ballanzani sentó la primera piedra para comprender el proceso de orientación de los murciélagos en el espacio. Ballanzani descubrió que estos animales navegan en el espacio utilizando ondas ultrasónicas.
En la industria, los ultrasonidos se utilizan desde hace muchos años, en particular para identificar bancos de peces en mares y océanos.
Gracias al descubrimiento en 1880 por los hermanos J. y P. Curie del llamado efecto piezoeléctrico, se generaron por primera vez ondas ultrasónicas. Los primeros experimentos en el uso de vibraciones ultrasónicas fueron realizados por von Sternbert, quien, después de la catástrofe del Titanic en 1912, utilizó una sonda ultrasónica y abrió el camino para un uso más generalizado de la ecolocalización.
Gracias al físico francés R. Langevin, se recibió la ecolocalización. mayor desarrollo Durante la Primera Guerra Mundial, comenzó a utilizarse para detectar submarinos.
En el campo técnico, el ultrasonido se ha utilizado durante mucho tiempo para indicar y localizar la ubicación de daños ambientales.
Investigación de ultrasonido en medicina.
En medicina, el diagnóstico por ultrasonido encontró aplicación por primera vez en el campo de la neurología gracias a la investigación del neuropatólogo K.Th. Dussig. Junto con su hermano, ingeniero de radio, hicieron los primeros intentos entre 1938 y 1942 para comprender mejor las alteraciones patológicas intracraneales. Sin embargo, estos intentos no condujeron a un gran avance en la tecnología de ultrasonido en medicina; la pausa en el desarrollo del ultrasonido de diagnóstico se prolongó. Y en 1954, tras la creación de J.G. La nueva generación de dispositivos ultrasónicos con colchón de agua de Holmes inició una nueva cuenta atrás en el desarrollo del diagnóstico médico por ultrasonido. Trabajos de los cardiólogos J. Edler y. SN Hertz obligó a los especialistas a escuchar los resultados de la ecografía del corazón y condujo a la creación de la ecocardiografía. El desarrollo posterior de la doctrina de la ecografía llevó al hecho de que J. Donald y T.E. Braun inventó un escáner con un sensor que funciona sin colchón de agua. Gracias a este invento, fue posible examinar las cavidades del cuerpo, el corazón y glándula tiroides en un espacio bidimensional. Una mayor cooperación estrecha entre médicos y tecnicos medicos contribuyó a acelerar las mejoras técnicas en los equipos de diagnóstico. Hoy en día es posible no sólo realizar una biopsia dirigida con aguja fina bajo control ecográfico, sino también utilizar la ecografía intraoperatoria.
Examen de ultrasonido para patologías del sistema musculoesquelético.
Inspirados por publicaciones y conversaciones directas con Kramps y Lenschow, R. Graf y sus colegas comenzaron en 1978 a intentar sistemáticamente utilizar la ecografía en el diagnóstico de patologías del sistema musculoesquelético. Los ecógrafos que se utilizaban en aquella época eran técnicamente sencillos y, por tanto, naturalmente, tenían oportunidades limitadas. Si la imagen de músculos y ligamentos se logró con relativa facilidad, en relación con los huesos, el uso de la ecolocalización debido a la reflexión total del ultrasonido desde la capa cortical parecía casi infructuoso. Sólo después de la introducción del primer escáner compuesto de alta resolución con sensores de 5 y 7,5 MHz (en aquel momento eran la excepción y no la regla) fue posible obtener por primera vez una imagen in vivo del menisco. A partir de estos resultados, se empezó a introducir en la práctica la ecografía.
Los datos obtenidos fueron muy poco informativos, ya que el cambio en las zonas de ecogenicidad y anecoicidad no pudo correlacionarse con el conocimiento de esa época sobre anatomía del ultrasonido articulación de la cadera de un recién nacido. Sin embargo, el interés profesional ha obligado a la disección de articulaciones en cadáveres y al suministro de estructuras anatómicas individuales con materiales reflectantes para su completa identificación durante el examen ecográfico. Gracias a la comparación constante de preparaciones cadavéricas, radiografías, artrogramas, cortes planos de las articulaciones de la cadera de cadáveres, diafanoscopia con ecografías, fue posible identificar mucho mejor las estructuras anatómicas en la imagen ecográfica. Series comparativas de ecografías de articulaciones de la cadera con y sin luxación de cadera mostraron una ecoestructura variada y, al mismo tiempo, un modelo ecográfico coherente de la articulación. A partir de ese momento desde evaluación radiográfica articulación de la cadera, los investigadores intentaron juzgar la posición de la cabeza femoral utilizando datos de ecografía. Utilizando un enfoque similar a los resultados de la ecografía, fue posible al menos establecer las diferencias entre “dislocación” y “no dislocación”. Un hito en diagnóstico por ultrasonido dislocaciones en articulación de la cadera debe considerarse un período en el que "tomar prestado" unos de otros máquina de ultrasonido, pago de materiales a expensas de fondos propios y la realización de investigaciones clasificadas como “hobby” fueron sustituidas por un programa oficial de la fundación austriaca destinado a resolver científicamente este problema.
Ultrasonido- el examen de ultrasonido es un método de diagnóstico, que hoy es una de las principales herramientas medicina moderna y se utiliza en casi todas sus áreas. Al ser un método bastante joven, el diagnóstico por ultrasonido ha supuesto una verdadera revolución, proporcionando a los médicos una herramienta potente, rápida, segura, informativa y fiable para examinar a los pacientes e identificar una amplia gama de enfermedades.
Pero, ¿cómo llegó la ecografía al arsenal de los médicos y qué la precedió? Esta breve reseña le informará sobre esto.
Descubrimiento de los ultrasonidos y la piezoeléctrica.
Desde la antigüedad, los investigadores en los campos de la física, las matemáticas, la ciencia de los materiales y, más tarde, la electrónica, han intentado trascender los límites de la materia.
Incluso Leonardo da Vinci en el siglo XV sumergió un tubo en líquido, tratando de determinar el movimiento y la velocidad de los barcos que se acercaban entre sí. Así, con el tiempo apareció la ecografía, que empezó a utilizarse en muchos campos, incluida la medicina, primero en el diagnóstico y luego en el tratamiento. ¿Qué es la ecografía? El ultrasonido son vibraciones elásticas con frecuencias superiores al rango de audibilidad humana (20 kHz), que se propagan como ondas en gases, líquidos y sólidos o forman ondas estacionarias en áreas limitadas de estos medios.
En el siglo XIX, la ecografía generó un verdadero auge entre los investigadores, aunando los esfuerzos de científicos de diversos campos. Por ejemplo, el físico suizo Jean-Daniel y el matemático Charles Sturm, trabajando en los problemas de la velocidad del sonido en el agua, hicieron una contribución significativa al desarrollo del sonar. El científico Calladon, como resultado de sus experimentos, pudo determinar la velocidad del sonido en el agua. Gracias a esto nació la hidroacústica.
A finales del siglo XIX, en 1877, John William Strutt desarrolló la teoría del sonido, que se convirtió en la base de la ciencia del ultrasonido. Tres años más tarde, el descubrimiento de los científicos Pierre y Jacques Curie condujo al desarrollo del transductor ultrasónico. Su descubrimiento de la piezoeléctrica se convirtió en la base de los modernos equipos de ultrasonido.
En el siglo XX continuaron las investigaciones en el campo de la ecografía. Gracias al "reflectoscopio supersónico", desarrollado en la primera mitad del siglo XX por los científicos Sproul, Firestone y Spear, fue posible detectar defectos en el metal, que encontró su aplicación en la industria.
En la segunda mitad del siglo XX, los investigadores Henry Hughes, Kelvin, Bottomley y Bayard produjeron un detector de defectos de metales, y Tom Brown e Ian Donald desarrollaron la primera máquina ultrasónica de contacto del mundo. Además, a Ian Donald se le atribuye la investigación de áreas clínicas de la ecografía.
hidrolocalización
Primero, debemos explicar qué es un sonar. Un sonar es un dispositivo que detecta objetos bajo el agua mediante ecos. La unidad de sonda tiene un receptor que recibe el eco e informa sobre objetos bajo el agua. Así, gracias a los científicos Elr Bem (Austria - 1912), Lewis Richardson (Inglaterra - 1912), Reginald Fessenden (EE.UU. - 1914), quienes crearon en diferentes tiempos y en diferentes paises ecosondas - sonares, fue posible detectar icebergs, lo que salvó a miles vidas humanas. Las instalaciones de sonar han encontrado su aplicación en la industria militar (por ejemplo, para detectar submarinos), en ríos y mares (para identificar posibles obstáculos, barcos hundidos), en la industria pesada (para buscar depósitos de petróleo), etc.
Un descubrimiento destacado realizado en 1928 en el campo del detector de defectos ultrasónico supuso el reconocimiento del científico ruso S. Ya.
Primeras experiencias de uso del ultrasonido en el campo de la medicina
La ecografía ha encontrado un uso generalizado en el campo de la medicina como método de diagnóstico: la ecografía. En palabras de Ian Donald en la década de 1970: “De repente, el sonar médico ha crecido y alcanzado la mayoría de edad; de hecho, su crecimiento acelerado en los últimos años ha sido casi explosivo". Y comenzó en los lejanos años cincuenta del siglo XX. Los estadounidenses Holmes y Howre, aprovechando los avances técnicos, fueron los primeros en escanear a una persona sumergiéndola en un tanque hecho con una torreta de un avión B29 con agua desgasificada, pasando ultrasonidos alrededor de un eje de 360 grados, lo que se convirtió en la primera tomografía. .
El descubrimiento de Jaffe llevó a Turner de Londres, Lexell de Suecia y Kasner de Alemania a utilizar ultrasonido para encefalografiar la línea media del cerebro para detectar hematomas resultantes de un trauma.
Inge Edler y Karl Hellmuth Hertz se convirtieron en pioneros en el campo de la ecocardiografía (cardiografía por ultrasonido).
En 1955, Ian Donald y el Dr. Barr llevaron a cabo los primeros estudios de tumores, sólidos y quísticos. Con el apoyo de Ian Donald, el ingeniero Tom Brown creó el dispositivo Mark 4, que diferenciaba entre tumores sólidos y quísticos, salvando así una vida humana.
El interés por la ecografía y la tecnología de ultrasonido crece constantemente, ya que penetra en todos los ámbitos de la actividad humana.
Sobre la existencia en la naturaleza de vibraciones ultrasónicas que están más allá de la audibilidad oído humano, se sabe desde hace mucho tiempo, estas oscilaciones se llaman ondas ultrasónicas. El descubrimiento de estas ondas está asociado con el nombre del científico italiano Lazzaro Spalanzani, quien sugirió que la capacidad de los murciélagos para volar en la oscuridad y no toparse con obstáculos no depende de la visión, sino de las vibraciones sonoras que los humanos no pueden oír. Esta brillante idea fue confirmada por Galambos (1942) y Griffin (1944) con sus investigaciones 250 años después.
El progreso en el uso de la naturaleza del ultrasonido fue facilitado por los descubrimientos de Galtona (1880), los hermanos Pierrl y Jagne, Curie, quienes describieron el fenómeno piezoeléctrico: la aparición de una carga libre en la superficie de algunos cristales durante su deformación mecánica. Este descubrimiento, un año después, fue fundamentado teóricamente por Lipman, quien descubrió que cuando se expone a una carga eléctrica en la superficie de un cristal, este se deforma. Estos descubrimientos sentaron las bases para la creación de dispositivos que generan ondas ultrasónicas. frecuencia alta. Durante muchos años Se prestó poca atención a estos descubrimientos. El interés ha aumentado debido al uso de la ecografía en medicina.
En 1940, George Ludwig, Douglas Howry y John Wild, de forma independiente, demostraron que las señales de ultrasonido enviadas al cuerpo regresan al mismo sensor, reflejándose en las superficies de las estructuras. diferentes densidades.
Aunque la ecografía se ha utilizado en medicina no hace mucho tiempo, ahora se utiliza con éxito en varias áreas con fines terapéuticos y de diagnóstico. Inicialmente, el ultrasonido se usaba principalmente en terapia debido a los efectos mecánicos que causaban movimientos de presión ultrasónica en los tejidos, y efecto térmico, que ocurre dentro de los tejidos, lo que lleva a acciones fisicas y quimicas. La terapia con ultrasonido ha demostrado ser particularmente efectiva en algunos condiciones patologicas(Enfermedad de Bechterew, neuralgia, neuritis, inflamación de las articulaciones y otros procesos inflamatorios).
Resultó que, además del efecto positivo, su uso está absolutamente contraindicado en el tratamiento de órganos parenquimatosos(hígado, bazo, riñones, pulmones, corazón, cerebro, glándula tiroides, etc.).
El uso dosificado de ultrasonido en terapia se explica por dos razones:
El campo de ultrasonido penetra el tejido de manera no uniforme durante el tratamiento,
La heterogeneidad del campo ultrasónico aumenta aún más debido a la heterogeneidad de los tejidos no irradiados.
La diferencia de tejidos separados por fascia y septo provoca numerosos reflejos no homogéneos que afectan la eficacia del campo ultrasónico. Estas características del campo ultrasónico y de los tejidos deben tenerse en cuenta a la hora de elegir la intensidad y el tiempo de irradiación ultrasónica para obtener el máximo efecto terapéutico. Límite de intensidad superior dosis terapéutica 3W/cm2.
Gran parte del crédito por el uso del ultrasonido en la terapia pertenece a Pohlmann (1939, 1951). También estudió los efectos biológicos de los ultrasonidos de media y alta intensidad. El uso principal de la ecografía con propósito terapéutico asociado con el uso de generadores de ultrasonido relativamente simples en la producción de equipos de ultrasonido terapéutico.
Los primeros intentos de utilizar la ecografía con fines diagnósticos están asociados al nombre del neurólogo vienés Karl Dussik (1937, 1941, 1948), quien, utilizando dos sensores situados uno frente al otro en la zona de la cabeza, logró localizar un tumor cerebral. A pesar de algunos éxitos, debido a la dificultad de interpretar los resultados, el método fue criticado y olvidado durante algún tiempo. En 1946, Denier intentó obtener imágenes del corazón, el hígado y el bazo mediante ecografía. Keidl (1950), utilizando un transductor de ultrasonido de 60 kHz, determinó el volumen del músculo cardíaco midiendo la absorción de ultrasonido en el músculo cardíaco y tejido pulmonar, sin embargo, los resultados no fueron concluyentes.
La etapa de introducción seria de la ecografía en el diagnóstico comienza con el desarrollo del método de ecografía de pulso y la obtención de una imagen unidimensional (método A). Y aunque los primeros informes sobre la posibilidad de obtener imágenes ecográficas unidimensionales aparecieron en 1940 (Gohr y Vederkind), el método comenzó a utilizarse en la práctica sólo 10 años después, cuando Ludwig y Strutners lograron identificar cálculos en la vesícula biliar y cuerpo extraño, cosido en el tejido muscular del perro. Sugirieron que con este método también se podrían detectar tumores. Wild y Reid (1952), al examinar las glándulas mamarias, encontraron que el tejido tumoral refleja más que el tejido sano, lo que demuestra la eficacia del método con fines de diagnóstico.
Estos datos alentadores sobre la eficacia del método contribuyeron a su adopción generalizada en varias áreas medicina clínica. Los científicos suecos Edler y C. Hertz (1954) son los fundadores de la ecocardiografía, aunque por mucho tiempo Debido a la imperfección del equipo y a la interpretación errónea de las estructuras cardíacas registradas, no se encontró el método. aplicación clínica. Las publicaciones de los científicos alemanes S. Tffert et al (1959) sobre el diagnóstico exitoso de tumores auriculares, luego de los científicos estadounidenses G. Joyner (1963), R. Gramiak (1969) y muchos otros mostraron que la información sobre un corazón sano y enfermo. obtenido sin sangre, no causa daño ni ansiedad a los pacientes.
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Leksell (1955) desarrolló los fundamentos de la ecoencefalografía y fue el primero que logró localizar un hematoma cerebral mediante el desplazamiento del eco medio. Esta técnica se desarrolló aún más en los trabajos de S. Lepsson (1961), C. Grossman (1966), W. Schifer et al. (1968), etc. El método de ultrasonido unidimensional en oftalmología fue utilizado por primera vez en 1956 por Mundt y Hughes, y un año después por Oksala y Lehting. El inicio de la introducción de este método en la práctica obstétrica y ginecológica se asocia con los nombres de los investigadores escoceses I. Donald, J. Mac Vicar y E. Brown (1961). Las primeras mediciones de la cabeza fetal mediante el método de ultrasonido las realizó I. Donald. También sentaron las bases para el uso del método bidimensional (método B) en obstetricia y ginecología. El desarrollo de un método bidimensional para la obtención de imágenes se ha convertido logro importante en el desarrollo y mejora de equipos de ultrasonido.
Ecocardiograma del corazón, que muestra las aurículas y los ventrículos. Foto: Wikipedia.org.rf
Por primera vez en un entorno clínico, Howry y Bills, Wild y Reid (1955-1956) utilizaron el método de forma independiente. Las posibilidades de utilizar la ecografía con fines diagnósticos en gastroenterología las dan G. Baum e I. Greenwood (1958) cuando describieron el método bidimensional (método B).
Una mayor mejora de los instrumentos de diagnóstico por ultrasonido está asociada con el trabajo de Kossoff y Garrett (1972, Australia), quienes obtuvieron una imagen en escala de grises. Luego mejoraron los instrumentos que operan en tiempo real. En 1942
Christian Doppler describió la propagación de ondas desde una fuente de oscilaciones en movimiento y la influencia de otros movimientos relativos en su frecuencia. Este efecto Doppler se utilizó en acústica y, a partir de él, posteriormente se fabricaron instrumentos capaces de registrar el movimiento del corazón.