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

38382. ПОЛІТОЛОГІЯ 689.5 KB
  Мета вивчення навчальної дисципліни “Політологія” - формування у студентів наукових уявлень, знань про світ політики, його основні феномени, закономірності, взаємозв’язки з іншими сферами суспільного життя. Разом з тим, навчальний курс зорієнтований на формування зрілої демократичної свідомості майбутніх фахівців з менеджменту ЗЕД, міжнародної економіки, міжнародного права, правознавства та ін.
38383. Основы социологии 381.5 KB
  Основные агенты социализации личности. Особенности концепции личности Фрейда. Понятие личности в социологической науке. Социолизация личности: сущность основные этапы.
38384. СТАТИСТИКА. Опорный конспект лекций 1.26 MB
  Сводка и группировка материалов статистического наблюдения. На первой стадии любого статистического исследования сбор первичных статистических данных происходит методом массового статистического наблюдения. Требованием массовости единиц наблюдения обуславливается тем что изучаемые статистикой закономерности в силу закона больших чисел проявляются в достаточно больших совокупностях в которых случайные отклонения от общей меры свойственные отдельным единицам взаимно погашаются. На второй стадии статистического исследования...
38385. Економіка праці та соціально-трудові відносини (в схемах, таблицях, рисунках) 6.48 MB
  Економіка праці та соціальнотрудові відносини. Від знання економічних законів функціонування ринку праці зайнятості організації оплати праці залежить ефективність використання ресурсів праці та успіх підприємця й рівень життя населення країни в цілому. Подальший розвиток техніки та технології обумовлює необхідність ефективного використання трудового потенціалу кожного працівника і суспільства в...
38387. ИНВЕСТИЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ 75.5 KB
  Основу прединвестиционной стадии цикла реального инвестирования составляет подготовка бизнесплана техникоэкономического обоснования инвестиционного проекта в котором в общепринятой последовательности разделов излагаются основные характеристики проекта и финансовые показатели связанные с его реализацией. В данной теме будет рассмотрено понятие инвестиционного проекта охарактеризованы его основные участники и особенности их деятельности дана классификация инвестиционных проектов по различным критериям и определены фазы и стадии...
38388. ФИНАНСОВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНВЕСТИЦИОННОГО ПРОЦЕССА 39 KB
  4 Виды бюджетов и их особенности Процесс бюджетирования является составляющей частью финансового планирования или процесса определения будущих действий по формированию и использованию финансовых ресурсов. Оперативные планы являются составляющей частью годового или квартального общего бюджета предприятия. Процесс бюджетирования на предприятии объединяет работу по составлению оперативного финансового и общего бюджетов управления и контроля за выполнением бюджетных показателей. Бюджет это количественное воплощение плана который...
38389. МЕНЕДЖМЕНТ ИНВЕСТИЦИЙ 86 KB
  Так в функции традиционной организации инвестиционного менеджмента входит подготовка информации по вопросам развития рынка прогноз развития экономики для выработки решений о вложении в те или иные виды ценных бумаг и т. В его задачи входит контроль и управление прохождением инвестиционного процесса принятие корректирующих воздействий при выявлении отклонений вплоть до разработки и внедрения альтернативных вариантов. При реализации цели менеджмента инвестиций могут решаться следующие задачи: обеспечение высокого темпа экономического...
38390. ОРГАНИЗАЦИОННО-ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УЧАСТНИКОВ ИНВЕСТИЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ 96.5 KB
  В развитых странах существует отработанная законодательная система защиты интересов частных инвесторов что в свою очередь стимулирует трансформацию информации об отдельных компаниях в стоимость их акций и это приводит к тому что цены на них изменяются свободно. Взаимоотношения между субъектами инвестиционной деятельности регулируются договором подряда правовым документом в соответствии с которым подрядчик обязан в установленные сроки выполнить для заказчика указанную в договоре работу оказать услуги применяя собственные...