11485

ВОЗДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДЫ

Лабораторная работа

Биология и генетика

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ВОЗДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДЫ Цель работы: Изучение механизмов взаимодействия ультразвуковых волн с биологическими объектами. Ультразвук находит широкое применив в современных медицинских приборах и аппаратах ...

Русский

2013-04-08

48.5 KB

12 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ВОЗДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДЫ

Цель работы: Изучение механизмов взаимодействия ультразвуковых волн с биологическими объектами.

Ультразвук находит широкое применив в современных медицинских приборах и аппаратах начиная с ультразвуковых диагностических сканеров и кончая устройствами терапевтического и хирургического назначения. Целенаправленная разработка и использование такого рода приборов невозможны без детального исследования возможных механизмов воздействия ультразвуковых колебаний на биологические среды, биологические ткани, отдельные органы и целостный организм. Наиболее исследованными являются следующие механизмы взаимодействия ультразвука с биосредой:

1. Неспецифическое тепловое воздействие, связанное с преобразованием поглощаемой биосредами акустической энергии в тепловую энергию хаотического молекулярного движения. В этом случае величина тепловыделения зависит от интенсивности ультразвуковой волны J, коэффициента поглощения ультразвука , определяющего уменьшение амплитуды А волны при еe распространении в безграничной среде, а также от соотношения характерных размеров биообъекта d      длины ультразвуковой волны. Для плоской ультразвуковой волны в случае d скорость повышения температуры биосреды /dT/dt/ можно оценить по формуле:

          (1)

где - плотность среды, Сm - удельная теплоемкость. Так как коэффициент поглощения ультразвука возрастает с частотой, максимальное влияние теплового эффекта следует ожидать в области достаточно высоких частот /более 1 МГц/.

2. Акустические течения - макроскопические потоки вещества, являющиеся следствием нелинейных эффектов при распространении ультразвуковой волны. Экспериментально акустические течения проявляются в интегральном переносе вещества и могут наблюдаться при воздействии на биосреду ультразвука достаточно высокой интенсивности. При этом, если средой является биологическая ткань, то акустические потоки могут возникать как в межклеточной среде, так и внутри клетки. Наличие акустических течений существенно влияет на обмен веществ между клеткой и окружающей средой, в частности они способны ускорять процессы диффузии лекарственных веществ в мышечную ткань, что широко используется в медицине /явления фонофореза/.

3. Кавитация - нарушение сплошности среды /возникновение кавитационных полостей/ под действием мощного ультразвука. Кавитация сопровождается появлением кавитационных пузырьков и шумовым эффектом /аналог - процесс кипения/. В области образования кавитационных пузырьков возникают значительные напряжения и ударные волны, способные оказывать разрушающее воздействие на клетки и биологические ткани. Данный эффект используют, например, в нейрохирургии. Кавитация является принципиально нелинейным эффектом и возникает при пороговых интенсивностях ультразвука In, зависящих от свойств среды (вязкости, плотности, коэффициента поверхностного натяжения, дисперсности), а также от внешних параметров (температуры и давления). Для многих жидкостей давление  Рn, соответствующее порогу кавитации можно рассчитать из следующей приближенной формулы:

         (2)

где   - коэффициент поверхностного натяжения,  Ргдавление газа,  k - постоянная Больцмана.

Для биологических сред, являющихся существенно гетерогенными, навигационные эффекты могут проявляться в разрушении пространственных образований (например, клеток) и возникновении мелкодисперсных эмульсий.

Целью работы является изучение нелинейных ультразвуковых эффектов, имеющих место при воздействии ультразвука на биологические среды.

Часть I. Определение параметров ультразвукового поля в биологической среде

Порядок выполнения работы:

  1.  Ознакомиться с инструкцией  к ультразвуковому терапевтическому прибору, используемому в качестве источника мощного ультразвука. Подготовить прибор к работе. ВНИМАНИЕ! Запрещается включать прибор без разрешения преподавателя.
  2.  Измерьте амплитуду ультразвуковых колебаний на частоте f=40 кГц.

Для этого:

  1.  Поместите торец концентратора в поле зрения микроскопа.
    1.  Включите тумблер "сеть" на панели прибора.
    2.  Включите магнитостриктор, нажав кнопку соответствувщего канала. ВНИМАНИЕ! Продолжительность включения магнитостриктора - не более 1 мин., после чего отключить его нажатием кнопки "СБРОС".
    3.  Определить размер размытой полосы, соответствующей области колебаний торца концентратора, полуширина этой волосы равна амплитуде ультразвуковых колебаний.
    4.  По полученным значениям амплитуды колебаний  рассчитать амплитуду колебательной скорости V0 =. Рассчитать амплитуду акустического давления Р0 вблизи поверхности концентратора по формуле:

        (3)

для воздуха и воды ( - плотность среды, С – скорость ультразвука).

  1.  Рассчитать значения интенсивности ультразвука до формуле:

        (4)

2.7. Определить общую мощность N, излучаемую концентратором в водную среду по известным значениям интенсивности звука и площади S излучающей поверхности концентратора (диаметр торца концентратора D = 3,6  мм).

Результаты расчета занести в таблицу 1.

Таблица 1.

А, мкм

V0, м/с

Р0, атм

I0, Вт/см2

N, Вт

Pn, атм

воздух     вода

воздух     вода

воздух     масло

Часть II. Изучение механизмов воздействия ультразвука на биосреду

Порядок выполнения работы:

  1.  Поместите излучающий торец концентратора в мензурку с водой на глубину 5 мм. Включите магнитостриктор и убедитесь, что в мензурке возникают макроскопические течения (акустические потоки) и кавитация.
  2.  Налейте в пробирку воду и немного масла. Попробуйте перемешать две жидкости, взболтав их. Обратите внимание на качество (дисперсность) полученной смеси. Опустите в пробирку торец концентратора и включите магнитостриктор. Оцените качество полученной дисперсии.
  3.  Рассчитайте во формуле (2) пороги кавитации по давлению для воды и масла. Занесите данные в таблицу 1 (значения коэффицитентов поверхностного натяжения для воды и масла составляют 0,07 и 0,03 Н/м).

Контрольные вопросы:

  1.  Чем объясняется возникновение кавитации при давлениях, существенно меньших теоретических пороговых значений (см. таблицу 1)?
  2.  Почему в данном случае для оценки теплового эффекта в мышечной ткани формула (1) применима лишь для крупных млекопитающих?

Литература:

Хилл К.Ф. Применение ультразвука в медицине. М: Мир, 1989 г.

PAGE  3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37856. Контроль загрязнения воздуха 100.75 KB
  елевая установка. Ознакомиться с понятием загрязнения атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны. Изучить методику контроля воздуха на рабочем месте с помощью универсального газоанализатора УГ-2, аспираторов сильфонных АМ-5 и АМ-0059. Усвоить принципы нормирования загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и в воздухе рабочей зоны. Знать условия качества воздуха.
37857. Исследование производственного шума и звукоизолирующей способности. Некоторых конструкций 293.5 KB
  Коэффициент пульсации критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока. где Еmx Еmin Еср максимальное минимальное и среднее значение освещенности за период колебаний лк; для газоразрядных ламп kn = 2565 для ламп накаливания kn= 7. К основным количественным показателям освещения относят величину освещенности люксы яркость светящихся поверхностей...
37859. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ 824 KB
  Ознакомиться с устройством принципом действия систем автоматической электрической пожарной сигнализации изучить основные типы датчиков пожарной опасности пожарных извещателей исследовать работу автоматического пожарного извещателя многоразового использования типа АТИМ3 проверить общую работоспособность электрической системы пожарной сигнализации. Материальное обеспечение: лабораторный стенд с макетом промышленного здания оборудованного системой автоматической пожарной сигнализации; образцы пожарных извещателей: ДТЛ ДИПУ АТП3м...
37860. Структура студентського наукового дослідження 91.94 KB
  Тому в педагогічній науці слід особливо ретельно підходити до організації навчальновиховної роботи на засадах системності. Сам процес навчання має свої компоненти: зміст мету форми методи научіння й учіння мотиви пізнавальної діяльності аналіз і оцінювання навчальної роботи студентів. Не варто думати що для здійснення науководослідної роботи студентів необхідно моделювати якусь окрему систему. Навпаки науководослідна робота є складовою навчальновиховної роботи професійної підготовки взагалі.
37861. РОЗВ’ЯЗАННЯ СИСТЕМ ЛІНІЙНИХ АЛГЕБРАЇЧНИХ РІВНЯНЬ 566 KB
  Множина чисел яка перетворює кожне з рівнянь системи на тотожність називається розвязком системи. Методи виключення Гаусса Методи виключення Гаусса послідовного виключення змінних ґрунтуються на ідеї еквівалентного перетворення зведення вихідної системи до трикутного вигляду прямий хід і подальшого її розвязання зворотний хід. Поділивши перше рівняння системи 3. Тоді поділивши на нього перше рівняння системи 3.
37862. ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ ГАЗОВ 223.5 KB
  Внутренняя энергия системы состоит из кинетической энергии молекул составляющих систему потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом внутримолекулярной энергии т. энергии взаимодействия атомов или ионов в молекулах энергии электронных оболочек атомов и ионов внутриядерной энергии и энергии электромагнитного излучения в системе. Система может обладать также и внешней энергией которая представляет собой сумму кинетической энергия движения системы как целого кинетической энергии центра масс системы и потенциальной энергии...
37863. Визначення оптимального асортименту продукції 310.5 KB
  Визначення оптимального асортименту продукції. Підприємство виготовляє два види продукції П1 і П2 яка надходить в оптовий продаж. Витрата сировини на одиницю продукції наведена у таблиці.1 Сировина Витрата сировини на одиницю продукції Запас сировини од.
37864. Основы статистической обработки информации с использованием EXCEL. Определение некоторых числовых характеристик экспериментальных статистических данных 618.5 KB
  Создать массив признаков интервалов и посчитать для них частоту. Для создания массива признаков сначала рассчитывают цену деления c= Rx k. откл 6765655 6821 6162 6168 6819 7062 эксцесс 0057761 ассиметрия 0385736 Для построения гистограммы и полигона частот используется функция Excel ЧАСТОТА массив_данных; массив_интервалов. Эта функция относится к классу статистических и производит операции над массивами.