Malgré le fait que l'étude des ondes ultrasonores a commencé il y a plus de cent ans, ce n'est qu'au cours du dernier demi-siècle qu'elles sont devenues largement utilisées dans divers domaines de l'activité humaine. Cela est dû au développement actif des sections quantique et non linéaire de l'acoustique, de l'électronique quantique et de la physique du solide. Aujourd'hui, l'échographie n'est pas seulement une désignation de la région à haute fréquence des ondes acoustiques, mais toute une direction scientifique de la physique et de la biologie modernes, qui est associée aux technologies industrielles, d'information et de mesure, ainsi qu'aux méthodes diagnostiques, chirurgicales et thérapeutiques de médecine moderne.
Qu'est-ce que c'est ?
Toutes les ondes sonores peuvent être divisées en celles qui sont audibles pour les humains - ce sont des fréquences de 16 à 18 000 Hz, et celles qui sont en dehors de la gamme de perception humaine - infrarouge et ultrasons. Les infrasons sont compris comme des ondes similaires au son, mais avec des fréquences inférieures à celles perçues par l'oreille humaine. La limite supérieure de la région infrasonique est de 16 Hz et la limite inférieure est de 0,001 Hz.
échographie- ce sont aussi des ondes sonores, mais seule leur fréquence est supérieure à ce que l'aide auditive humaine peut percevoir. En règle générale, il s'agit de fréquences comprises entre 20 et 106 kHz. Leur limite supérieure dépend du milieu dans lequel se propagent ces ondes. Ainsi, dans un milieu gazeux, la limite est de 106 kHz, et dans les solides et les liquides, elle atteint 1010 kHz. Il y a des composants ultrasonores dans le bruit de la pluie, du vent ou des chutes d'eau, les décharges de foudre et le bruissement des cailloux roulés par la vague de la mer. C'est grâce à la capacité de percevoir et d'analyser les ondes ultrasonores que baleines et dauphins, chauves-souris et insectes nocturnes s'orientent dans l'espace.
Un peu d'histoire
Les premières études sur les ultrasons (États-Unis) ont été menées au début du 19e siècle par le scientifique français F. Savart, qui cherchait à connaître la limite de fréquence supérieure d'audibilité de l'aide auditive humaine. À l'avenir, des scientifiques bien connus comme l'Allemand V. Vin, l'Anglais F. G alton, le Russe P. Lebedev et un groupe d'étudiants se sont engagés dans l'étude des ondes ultrasonores.
En 1916, le physicien français P. Langevin, en collaboration avec le scientifique émigré russe Konstantin Shilovsky, a pu utiliser le quartz pour recevoir et émettre des ultrasons pour des mesures marines et détecter des objets sous-marins, ce qui a permis aux chercheurs de créer le premier sonar, composé d'un émetteur et d'un récepteur d'ultrasons.
En 1925, l'Américain W. Pierce crée un appareil, aujourd'hui appelé l'interféromètre Pierce, qui mesure les vitesses et l'absorption avec une grande précisionUltrasons en milieu liquide et gazeux. En 1928, le scientifique soviétique S. Sokolov a été le premier à utiliser les ondes ultrasonores pour détecter divers défauts dans les solides, y compris les défauts métalliques.
Dans les années 50-60 d'après-guerre, sur la base des développements théoriques d'une équipe de scientifiques soviétiques dirigée par L. D. Rozenberg, les ultrasons ont commencé à être largement utilisés dans divers domaines industriels et technologiques. Dans le même temps, grâce aux travaux de scientifiques britanniques et américains, ainsi qu'aux recherches de chercheurs soviétiques tels que R. V. Khokhlova, V. A. Krasilnikov et bien d'autres, une discipline scientifique telle que l'acoustique non linéaire se développe rapidement.
À peu près à la même époque, les premières tentatives américaines d'utilisation des ultrasons en médecine ont été faites.
Le scientifique soviétique Sokolov à la fin des années quarante du siècle dernier a développé une description théorique d'un instrument conçu pour visualiser des objets opaques - un microscope "à ultrasons". Sur la base de ces travaux, au milieu des années 70, des experts de l'Université de Stanford ont créé un prototype de microscope acoustique à balayage.
Caractéristiques
De nature commune, les ondes du domaine audible, ainsi que les ondes ultrasonores, obéissent à des lois physiques. Mais l'échographie possède un certain nombre de caractéristiques qui lui permettent d'être largement utilisée dans divers domaines de la science, de la médecine et de la technologie:
1. Petite longueur d'onde. Pour la gamme ultrasonore la plus basse, elle ne dépasse pas quelques centimètres, ce qui entraîne la nature raie de la propagation du signal. Dans le même temps, la vaguefocalisé et propagé par des faisceaux linéaires.
2. Période d'oscillation insignifiante, en raison de laquelle les ultrasons peuvent être émis par impulsions.
3. Dans divers environnements, les vibrations ultrasonores d'une longueur d'onde ne dépassant pas 10 mm ont des propriétés similaires aux rayons lumineux, ce qui permet de focaliser les vibrations, de former un rayonnement dirigé, c'est-à-dire non seulement d'envoyer de l'énergie dans la bonne direction, mais aussi de la concentrer dans le volume requis.
4. Avec une faible amplitude, il est possible d'obtenir des valeurs élevées d'énergie de vibration, ce qui permet de créer des champs et des faisceaux ultrasonores à haute énergie sans utiliser de gros équipements.
5. Sous l'influence des ultrasons sur l'environnement, il existe de nombreux effets physiques, biologiques, chimiques et médicaux spécifiques, tels que:
- dispersion;
- cavitation;
- dégazage;
- chauffage local;
- désinfection et plus encore. autres
Vues
Toutes les fréquences ultrasonores sont divisées en trois types:
- ULF - faible, avec une plage de 20 à 100 kHz;
- MF - milieu de gamme - de 0,1 à 10 MHz;
- UZVCh - haute fréquence - de 10 à 1000 MHz.
Aujourd'hui, l'utilisation pratique des ultrasons est principalement l'utilisation d'ondes de faible intensité pour mesurer, contrôler et étudier la structure interne de divers matériaux et produits. Les hautes fréquences sont utilisées pour influencer activement diverses substances, ce qui vous permet de modifier leurs propriétéset structure. Le diagnostic et le traitement de nombreuses maladies par ultrasons (utilisant différentes fréquences) constituent un domaine distinct et en développement actif de la médecine moderne.
Où s'applique-t-il ?
Au cours des dernières décennies, non seulement les théoriciens scientifiques se sont intéressés aux ultrasons, mais aussi les praticiens qui les introduisent de plus en plus dans divers types d'activités humaines. Aujourd'hui, les appareils à ultrasons sont utilisés pour:
| Obtenir des informations sur les substances et les matériaux | Événements | Fréquence en kHz | ||
| depuis | à | |||
| Recherche sur la composition et les propriétés des substances | corps solides | 10 | 106 | |
| liquides | 103 | 105 | ||
| gaz | 10 | 103 | ||
| Tailles et niveaux de contrôle | 10 | 103 | ||
| Sonar | 1 | 100 | ||
| Défectoscopie | 100 | 105 | ||
| Diagnostic médical | 103 | 105 | ||
|
Impacts sur les substances |
Soudage et placage | 10 | 100 | |
| Soudure | 10 | 100 | ||
| Déformation plastique | 10 | 100 | ||
| Usinage | 10 | 100 | ||
| Émulsification | 10 | 104 | ||
| Cristallisation | 10 | 100 | ||
| Spray | 10-100 | 103-104 | ||
| Coagulation des aérosols | 1 | 100 | ||
| Dispersion | 10 | 100 | ||
| Nettoyage | 10 | 100 | ||
| Procédés chimiques | 10 | 100 | ||
| Influence sur la combustion | 1 | 100 | ||
| Chirurgie | 10 à 100 | 103 à 104 | ||
| Thérapie | 103 | 104 | ||
| Traitement et gestion du signal | Transducteurs acoustoélectroniques | 103 | 107 | |
| Filtres | 10 | 105 | ||
| Lignes à retard | 103 | 107 | ||
| Dispositifs acousto-optiques | 100 | 105 | ||
Dans le monde d'aujourd'hui, l'échographie est un outil technologique important dans des industries telles que:
- métallurgique;
- chimique;
- agricole;
- textile;
- nourriture;
- pharmacologique;
- fabrication de machines et d'instruments;
- pétrochimie, raffinage et autres.
De plus, les ultrasons sont de plus en plus utilisés en médecine. C'est ce dont nous parlerons dans la section suivante.
Usage médical
Dans la médecine pratique moderne, il existe trois principaux domaines d'utilisation des ultrasons de différentes fréquences:
1. Diagnostic.
2. Thérapeutique.
3. Chirurgical.
Regardons de plus près chacun de ces trois domaines.
Diagnostic
L'échographie est l'une des méthodes de diagnostic médical les plus modernes et les plus informatives. Ses avantages incontestables sont: un impact minimal sur les tissus humains et un contenu informatif élevé.
Comme déjà mentionné, les ultrasons sont des ondes sonores,se propageant dans un milieu homogène en ligne droite et à vitesse constante. S'il y a des zones avec des densités acoustiques différentes sur leur chemin, alors une partie des oscillations est réfléchie et l'autre partie est réfractée, tout en poursuivant son mouvement rectiligne. Ainsi, plus la différence de densité du milieu limite est grande, plus les vibrations ultrasonores sont réfléchies. Les méthodes modernes d'examen échographique peuvent être divisées en localisation et translucide.
Emplacement ultrasonique
Au cours d'une telle étude, les impulsions réfléchies par les limites des médias avec différentes densités acoustiques sont enregistrées. À l'aide d'un capteur mobile, vous pouvez définir la taille, l'emplacement et la forme de l'objet à étudier.
Translucide
Cette méthode est basée sur le fait que différents tissus du corps humain absorbent différemment les ultrasons. Lors de l'étude de tout organe interne, une onde d'une certaine intensité y est dirigée, après quoi le signal transmis est enregistré de l'autre côté avec un capteur spécial. L'image de l'objet numérisé est reproduite sur la base du changement d'intensité du signal à "l'entrée" et à la "sortie". Les informations reçues sont traitées et converties par un ordinateur sous la forme d'un échogramme (courbe) ou d'un sonogramme - une image bidimensionnelle.
Méthode Doppler
Il s'agit de la méthode de diagnostic qui se développe le plus activement, qui utilise à la fois des ultrasons pulsés et continus. La dopplerographie est largement utilisée en obstétrique, cardiologie et oncologie, car elle permetsuivre même les plus petits changements dans les capillaires et les petits vaisseaux sanguins.
Champs d'application des diagnostics
Aujourd'hui, l'imagerie par ultrasons et les méthodes de mesure sont les plus largement utilisées dans les domaines médicaux tels que:
- obstétrique;
- ophtalmologie;
- cardiologie;
- neurologie du nouveau-né et du nourrisson;
- examen des organes internes:
- échographie rénale;
- foie;
- vésicule biliaire et conduits;
- système reproducteur féminin;
diagnostic des organes externes et superficiels (thyroïde et glandes mammaires)
Utilisation en thérapie
Le principal effet thérapeutique des ultrasons est dû à sa capacité à pénétrer les tissus humains, à les réchauffer et à les réchauffer, et à effectuer des micromassages de zones individuelles. L'échographie peut être utilisée pour les effets directs et indirects sur le foyer de la douleur. De plus, dans certaines conditions, ces ondes ont un effet bactéricide, anti-inflammatoire, analgésique et antispasmodique. Les ultrasons utilisés à des fins thérapeutiques sont conditionnellement divisés en vibrations de haute et de basse intensité.
Ce sont les ondes de faible intensité qui sont les plus largement utilisées pour stimuler des réponses physiologiques ou un léger échauffement non dommageable. Le traitement par ultrasons a montré des résultats positifs dans des maladies telles que:
- arthrite;
- arthrite;
- myalgie;
- spondylarthrite;
- névralgie;
- ulcères variqueux et trophiques;
- Spondylarthrite ankylosante;
- endartérite oblitérante.
Des études sont en cours qui utilisent les ultrasons pour traiter la maladie de Ménière, l'emphysème, les ulcères duodénaux et gastriques, l'asthme, l'otospongiose.
Chirurgie par ultrasons
La chirurgie moderne utilisant les ondes ultrasonores se divise en deux domaines:
- destruction sélective des zones tissulaires avec des ondes ultrasonores spécialement contrôlées à haute intensité avec des fréquences de 106 à 107 Hz;
- à l'aide d'un instrument chirurgical avec des vibrations ultrasonores superposées de 20 à 75 kHz.
Un exemple de chirurgie sélective par ultrasons est l'écrasement de calculs par ultrasons dans les reins. Au cours d'une telle opération non invasive, une onde ultrasonore agit sur la pierre à travers la peau, c'est-à-dire à l'extérieur du corps humain.
Malheureusement, cette méthode chirurgicale a un certain nombre de limites. Ne pas utiliser le broyage à ultrasons dans les cas suivants:
- les femmes enceintes à tout moment;
- si le diamètre des pierres est supérieur à deux centimètres;
- pour toute maladie infectieuse;
- en présence de maladies qui perturbent la coagulation sanguine normale;
- en cas de lésions osseuses sévères.
Malgré le fait que l'élimination des calculs rénaux par ultrasons est effectuée sans opérationincisions, elle est assez douloureuse et se pratique sous anesthésie générale ou locale.
Les instruments chirurgicaux à ultrasons sont utilisés non seulement pour une dissection moins douloureuse des os et des tissus mous, mais aussi pour réduire la perte de sang.
Tournons notre attention vers la dentisterie. L'échographie enlève les calculs dentaires moins douloureusement et toutes les autres manipulations du médecin sont beaucoup plus faciles à supporter. De plus, dans la pratique de la traumatologie et de l'orthopédie, l'échographie est utilisée pour restaurer l'intégrité des os brisés. Au cours de telles opérations, l'espace entre les fragments d'os est rempli d'un composé spécial composé de copeaux d'os et d'un plastique liquide spécial, puis il est exposé aux ultrasons, grâce auxquels tous les composants sont fermement connectés. Ceux qui ont subi des interventions chirurgicales au cours desquelles des ultrasons ont été utilisés laissent différentes critiques - à la fois positives et négatives. Cependant, il convient de noter qu'il y a encore plus de patients satisfaits !
