แม้ว่าการศึกษาคลื่นอัลตราโซนิกจะเริ่มขึ้นเมื่อร้อยกว่าปีที่แล้ว แต่ในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมาเท่านั้นที่พวกเขาได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่าง ๆ ของกิจกรรมของมนุษย์ นี่เป็นเพราะการพัฒนาเชิงรุกของอะคูสติกทั้งควอนตัมและส่วนไม่เชิงเส้น อิเล็กทรอนิกส์ควอนตัมและฟิสิกส์โซลิดสเตต วันนี้อัลตราซาวนด์ไม่ได้เป็นเพียงการกำหนดพื้นที่ความถี่สูงของคลื่นอะคูสติก แต่เป็นทิศทางทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมดในฟิสิกส์และชีววิทยาสมัยใหม่ซึ่งเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีอุตสาหกรรมข้อมูลและการวัดตลอดจนวิธีการวินิจฉัยการผ่าตัดและการรักษาของ ยาแผนปัจจุบัน
นี่คืออะไร
คลื่นเสียงทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นคลื่นเสียงที่มนุษย์ได้ยิน - เหล่านี้คือความถี่ตั้งแต่ 16 ถึง 18,000 เฮิรตซ์ และคลื่นที่อยู่นอกขอบเขตการรับรู้ของมนุษย์ - อินฟราเรดและอัลตราซาวนด์ อินฟราซาวน์เป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นคลื่นที่คล้ายกับเสียง แต่มีความถี่ต่ำกว่าที่หูของมนุษย์รับรู้ ขีดจำกัดบนของขอบเขตอินฟราโซนิกคือ 16 Hz และขีดจำกัดล่างคือ 0.001 Hz.
อัลตราซาวนด์- สิ่งเหล่านี้เป็นคลื่นเสียงเช่นกัน แต่มีความถี่ที่สูงกว่าเครื่องช่วยฟังของมนุษย์เท่านั้นที่สามารถรับรู้ได้ ตามกฎแล้วหมายถึงความถี่ตั้งแต่ 20 ถึง 106 kHz ขีด จำกัด บนขึ้นอยู่กับตัวกลางที่คลื่นเหล่านี้แพร่กระจาย ดังนั้น ในตัวกลางที่เป็นแก๊ส ขีดจำกัดคือ 106 kHz และในของแข็งและของเหลวถึง 1,010 kHz มีส่วนประกอบล้ำเสียงในเสียงฝน ลม หรือน้ำตก ฟ้าผ่า และก้อนกรวดที่กลิ้งไปมาโดยคลื่นทะเล ต้องขอบคุณความสามารถในการรับรู้และวิเคราะห์คลื่นอัลตราโซนิกที่ปลาวาฬและโลมา ค้างคาว และแมลงออกหากินเวลากลางคืนปรับทิศทางตัวเองในอวกาศ
ประวัติศาสตร์เล็กน้อย
การศึกษาอัลตราซาวนด์ครั้งแรก (สหรัฐอเมริกา) ได้ดำเนินการเมื่อต้นศตวรรษที่ 19 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส F. Savart ผู้พยายามค้นหาขีดจำกัดความถี่สูงสุดของการได้ยินของเครื่องช่วยฟังของมนุษย์ ในอนาคต นักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงเช่น German V. Vin, Englishman F. G alton, Russian P. Lebedev และกลุ่มนักเรียนได้มีส่วนร่วมในการศึกษาคลื่นอัลตราโซนิก
ในปี 1916 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส P. Langevin ร่วมกับ Konstantin Shilovsky นักวิทยาศาสตร์ของ émigré รัสเซีย สามารถใช้ควอตซ์เพื่อรับและปล่อยอัลตราซาวนด์สำหรับการวัดทางทะเลและตรวจจับวัตถุใต้น้ำ ซึ่งทำให้นักวิจัยสามารถสร้างวัตถุใต้น้ำได้เป็นครั้งแรก โซนาร์ประกอบด้วยเครื่องส่งและเครื่องรับอัลตราซาวนด์
ในปี 1925 American W. Pierce ได้สร้างอุปกรณ์ซึ่งปัจจุบันเรียกว่า Pierce interferometer ซึ่งวัดความเร็วและการดูดกลืนด้วยความแม่นยำสูงอัลตราซาวนด์ในตัวกลางของเหลวและก๊าซ ในปี 1928 นักวิทยาศาสตร์โซเวียต S. Sokolov เป็นคนแรกที่ใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพื่อตรวจจับข้อบกพร่องต่างๆ ในของแข็ง รวมถึงส่วนที่เป็นโลหะ
ในช่วงหลังสงคราม 50-60s ตามการพัฒนาทางทฤษฎีของทีมนักวิทยาศาสตร์โซเวียตที่นำโดย L. D. Rozenberg อัลตราซาวนด์เริ่มใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีต่างๆ ในเวลาเดียวกัน ต้องขอบคุณผลงานของนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษและชาวอเมริกัน ตลอดจนการวิจัยของนักวิจัยโซเวียต เช่น R. V. Khokhlova, V. A. Krasilnikov และอื่นๆ อีกมากมาย วินัยทางวิทยาศาสตร์เช่นอะคูสติกแบบไม่เชิงเส้นกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว
ในช่วงเวลาเดียวกัน ชาวอเมริกันพยายามใช้อัลตราซาวนด์ในยาเป็นครั้งแรก
นักวิทยาศาสตร์โซเวียต Sokolov เมื่อปลายทศวรรษที่สี่สิบของศตวรรษที่ผ่านมาได้พัฒนาคำอธิบายเชิงทฤษฎีของเครื่องมือที่ออกแบบมาเพื่อแสดงภาพวัตถุทึบแสง - กล้องจุลทรรศน์ "อัลตราโซนิก" จากผลงานเหล่านี้ ในช่วงกลางทศวรรษที่ 70 ผู้เชี่ยวชาญจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดได้สร้างต้นแบบของกล้องจุลทรรศน์อะคูสติกสำหรับการสแกน
คุณสมบัติ
มีลักษณะทั่วไป คลื่นของช่วงที่ได้ยิน เช่นเดียวกับคลื่นอัลตราโซนิก ปฏิบัติตามกฎทางกายภาพ แต่อัลตราซาวนด์มีคุณสมบัติหลายอย่างที่ทำให้สามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิทยาศาสตร์ การแพทย์ และเทคโนโลยีต่างๆ:
1. ความยาวคลื่นขนาดเล็ก สำหรับช่วงอุลตร้าโซนิคต่ำสุดจะไม่เกินสองสามเซนติเมตร ทำให้เกิดลักษณะการแผ่รังสีของการแพร่กระจายสัญญาณ ในขณะเดียวกันคลื่นเน้นและขยายพันธุ์ด้วยลำแสงเชิงเส้น
2. ระยะเวลาการสั่นเล็กน้อยเนื่องจากอัลตราซาวนด์สามารถปล่อยออกมาเป็นพัลส์ได้
3. ในสภาพแวดล้อมต่างๆ การสั่นด้วยคลื่นอัลตราโซนิกที่มีความยาวคลื่นไม่เกิน 10 มม. มีคุณสมบัติคล้ายกับรังสีของแสง ซึ่งทำให้สามารถโฟกัสการสั่น เกิดรังสีโดยตรง กล่าวคือ ไม่เพียงแต่ส่งพลังงานไปในทิศทางที่ถูกต้องเท่านั้น แต่ยังมุ่งความสนใจไปที่ ปริมาณที่ต้องการ
4. ด้วยแอมพลิจูดที่น้อย สามารถรับพลังงานการสั่นสะเทือนที่มีค่าสูง ซึ่งทำให้สามารถสร้างสนามอัลตราโซนิกพลังงานสูงและคานโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ขนาดใหญ่
5. ภายใต้อิทธิพลของอัลตราซาวนด์ต่อสิ่งแวดล้อม มีผลทางกายภาพ ชีวภาพ เคมี และทางการแพทย์ที่เฉพาะเจาะจงมากมาย เช่น:
- กระจาย;
- cavitation;
- ไล่แก๊ส;
- เครื่องทำความร้อนในพื้นที่;
- ฆ่าเชื้อ และอื่นๆ อื่นๆ
ดู
ความถี่อัลตราโซนิกทั้งหมดแบ่งออกเป็นสามประเภท:
- ULF - ต่ำ พร้อมช่วง 20 ถึง 100 kHz;
- MF - ระดับกลาง - จาก 0.1 ถึง 10 MHz;
- UZVCh - ความถี่สูง - จาก 10 ถึง 1,000 MHz.
วันนี้ การใช้งานอัลตราซาวนด์ในทางปฏิบัติคือการใช้คลื่นความเข้มต่ำเป็นหลักในการวัด ควบคุม และศึกษาโครงสร้างภายในของวัสดุและผลิตภัณฑ์ต่างๆ ความถี่สูงใช้เพื่อโน้มน้าวสารต่างๆ อย่างแข็งขัน ซึ่งช่วยให้คุณสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติของสารได้และโครงสร้าง การวินิจฉัยและการรักษาโรคต่าง ๆ ด้วยอัลตราซาวนด์ (โดยใช้ความถี่ต่างกัน) เป็นสาขาการแพทย์แผนปัจจุบันที่แยกจากกันและกำลังพัฒนาอย่างแข็งขัน
ใช้ที่ไหน
ในทศวรรษที่ผ่านมา ไม่เพียงแต่นักทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์เท่านั้นที่สนใจในอัลตราซาวนด์ แต่ยังรวมถึงผู้ปฏิบัติงานที่เริ่มนำมันเข้าสู่กิจกรรมของมนุษย์ประเภทต่างๆ มากขึ้นด้วย วันนี้หน่วยอัลตราโซนิกใช้สำหรับ:
| การรับข้อมูลเกี่ยวกับสารและวัสดุ | กิจกรรม | ความถี่ใน kHz | ||
| จาก | to | |||
| วิจัยองค์ประกอบและคุณสมบัติของสาร | เนื้อแข็ง | 10 | 106 | |
| ของเหลว | 103 | 105 | ||
| แก๊ส | 10 | 103 | ||
| ควบคุมขนาดและระดับ | 10 | 103 | ||
| โซนาร์ | 1 | 100 | ||
| Defectoscopy | 100 | 105 | ||
| การวินิจฉัยทางการแพทย์ | 103 | 105 | ||
|
ผลกระทบ เกี่ยวกับสาร |
บัดกรีและชุบ | 10 | 100 | |
| งานเชื่อม | 10 | 100 | ||
| พลาสติกเสียรูป | 10 | 100 | ||
| เครื่องจักร | 10 | 100 | ||
| อิมัลซิฟิเคชั่น | 10 | 104 | ||
| ตกผลึก | 10 | 100 | ||
| สเปรย์ | 10-100 | 103-104 | ||
| การแข็งตัวของละอองลอย | 1 | 100 | ||
| กระจาย | 10 | 100 | ||
| ทำความสะอาด | 10 | 100 | ||
| กระบวนการทางเคมี | 10 | 100 | ||
| อิทธิพลต่อการเผาไหม้ | 1 | 100 | ||
| ศัลยกรรม | 10 ถึง 100 | 103 ถึง 104 | ||
| บำบัด | 103 | 104 | ||
| การประมวลผลและการจัดการสัญญาณ | อคูสติกทรานสดิวเซอร์ | 103 | 107 | |
| ตัวกรอง | 10 | 105 | ||
| เส้นล่าช้า | 103 | 107 | ||
| เครื่องเสียงออปติก | 100 | 105 | ||
ในโลกปัจจุบัน อัลตราซาวนด์เป็นเครื่องมือทางเทคโนโลยีที่สำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น:
- โลหะ;
- เคมี;
- เกษตรกรรม
- สิ่งทอ;
- อาหาร;
- เภสัชวิทยา;
- เครื่องทำและเครื่องมือ
- ปิโตรเคมี การกลั่น และอื่นๆ
อัลตราซาวนด์กำลังถูกใช้เป็นยามากขึ้น นั่นคือสิ่งที่เราจะพูดถึงในหัวข้อถัดไป
การใช้ทางการแพทย์
ในการแพทย์แผนปัจจุบัน มีสามส่วนหลักของการใช้อัลตราซาวนด์ในความถี่ต่างๆ:
1. การวินิจฉัย
2. การรักษา
3. ศัลยกรรม
เรามาดูแต่ละพื้นที่ทั้งสามนี้กันดีกว่า
การวินิจฉัย
วิธีการวินิจฉัยทางการแพทย์ที่ทันสมัยและให้ข้อมูลมากที่สุดวิธีหนึ่งคืออัลตราซาวนด์ ข้อดีที่ไม่ต้องสงสัยคือ: ส่งผลกระทบต่อเนื้อเยื่อของมนุษย์น้อยที่สุดและมีเนื้อหาข้อมูลสูง
ดังที่ได้กล่าวไปแล้วอัลตราซาวนด์คือคลื่นเสียงขยายพันธุ์ในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันในแนวเส้นตรงและด้วยความเร็วคงที่ หากมีบริเวณที่มีความหนาแน่นของเสียงต่างกันระหว่างทาง การสั่นบางส่วนจะสะท้อนออกมา และอีกส่วนหนึ่งจะหักเห ในขณะที่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรงต่อไป ดังนั้น ยิ่งความหนาแน่นของตัวกลางในขอบเขตแตกต่างกันมากเท่าใด การสั่นสะเทือนของอัลตราโซนิกก็จะยิ่งสะท้อนออกมามากขึ้น วิธีการตรวจอัลตราซาวนด์ที่ทันสมัยสามารถแบ่งออกเป็นตำแหน่งและโปร่งแสง
ตำแหน่งอัลตราโซนิก
ในกระบวนการศึกษาดังกล่าว จะมีการบันทึกพัลส์ที่สะท้อนจากขอบเขตของสื่อที่มีความหนาแน่นของเสียงต่างกัน ด้วยความช่วยเหลือของเซ็นเซอร์ที่เคลื่อนย้ายได้ คุณสามารถกำหนดขนาด ตำแหน่ง และรูปร่างของวัตถุที่กำลังศึกษาได้
โปร่งแสง
วิธีนี้ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าเนื้อเยื่อต่างๆ ของร่างกายมนุษย์ดูดซับอัลตราซาวนด์ต่างกัน ในระหว่างการศึกษาอวัยวะภายในใด ๆ คลื่นที่มีความเข้มบางอย่างจะถูกส่งเข้าไปหลังจากนั้นสัญญาณที่ส่งจะถูกบันทึกจากด้านหลังด้วยเซ็นเซอร์พิเศษ รูปภาพของวัตถุที่สแกนจะทำซ้ำตามการเปลี่ยนแปลงของความเข้มของสัญญาณที่ "อินพุต" และ "เอาต์พุต" ข้อมูลที่ได้รับจะถูกประมวลผลและแปลงโดยคอมพิวเตอร์ในรูปแบบของ echogram (เส้นโค้ง) หรือ sonogram - ภาพสองมิติ
วิธีดอปเปลอร์
นี่คือวิธีการวินิจฉัยที่พัฒนาอย่างแข็งขันที่สุด ซึ่งใช้อัลตราซาวนด์ทั้งแบบพัลซ์และต่อเนื่อง Dopplerography ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสูติศาสตร์ โรคหัวใจ และเนื้องอกวิทยา เนื่องจากจะช่วยให้ติดตามการเปลี่ยนแปลงที่เล็กที่สุดของเส้นเลือดฝอยและหลอดเลือดขนาดเล็ก
สาขาของโปรแกรมการวินิจฉัย
วันนี้วิธีการอัลตราซาวนด์และวิธีการวัดมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์เช่น:
- สูติศาสตร์;
- จักษุวิทยา;
- โรคหัวใจ;
- ประสาทวิทยาของทารกแรกเกิดและทารก;
- ตรวจอวัยวะภายใน:
- อัลตราซาวนด์ไต;
- ตับ;
- ถุงน้ำดีและท่อ;
- ระบบสืบพันธุ์เพศหญิง
การวินิจฉัยอวัยวะภายนอกและผิวเผิน (ต่อมไทรอยด์และเต้านม)
ใช้ในการบำบัด
ผลการรักษาหลักของอัลตราซาวนด์เกิดจากการที่อัลตราซาวนด์สามารถแทรกซึมเข้าไปในเนื้อเยื่อของมนุษย์ วอร์มอัพและวอร์มร่างกาย และนวดเฉพาะจุดแต่ละจุด อัลตราซาวนด์สามารถใช้ได้ทั้งทางตรงและทางอ้อมต่อความเจ็บปวด นอกจากนี้ ภายใต้เงื่อนไขบางประการ คลื่นเหล่านี้มีผลในการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย ต้านการอักเสบ ยาแก้ปวดและบรรเทาอาการกระสับกระส่าย อัลตราซาวนด์ที่ใช้เพื่อการรักษาแบ่งออกเป็นแบบมีเงื่อนไขคือแรงสั่นสะเทือนระดับสูงและต่ำ
เป็นคลื่นความเข้มต่ำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดเพื่อกระตุ้นการตอบสนองทางสรีรวิทยาหรือความร้อนเล็กน้อยที่ไม่สร้างความเสียหาย การรักษาด้วยอัลตราซาวนด์ได้แสดงผลในเชิงบวกในโรคต่างๆ เช่น:
- ข้ออักเสบ;
- ข้ออักเสบ;
- ปวดกล้ามเนื้อ;
- spondylitis;
- โรคประสาท;
- แผลพุพองและชั้นอาหาร;
- กระดูกสันหลังอักเสบยึดติด;
- ขจัด endarteritis
กำลังศึกษาโดยใช้อัลตราซาวนด์เพื่อรักษาโรคมีเนียร์, ถุงลมโป่งพอง, ลำไส้เล็กส่วนต้นและแผลในกระเพาะอาหาร, โรคหอบหืด, โรคหูน้ำหนวก
ศัลยกรรมอัลตราโซนิก
การผ่าตัดสมัยใหม่โดยใช้คลื่นอัลตราซาวนด์แบ่งเป็น 2 ส่วนคือ
- คัดเลือกทำลายบริเวณเนื้อเยื่อด้วยคลื่นอัลตราโซนิกความเข้มสูงที่มีการควบคุมพิเศษด้วยความถี่ตั้งแต่ 106 ถึง 107 Hz;
- การใช้เครื่องมือผ่าตัดที่มีการสั่นแบบอัลตราโซนิกซ้อนจาก 20 ถึง 75 kHz
ตัวอย่างการผ่าตัดอัลตราซาวนด์แบบเฉพาะเจาะจงคือการบดนิ่วด้วยอัลตราซาวนด์ในไต ในกระบวนการของการดำเนินการที่ไม่รุกรานดังกล่าว คลื่นอัลตราโซนิกจะกระทำกับหินผ่านผิวหนัง ซึ่งก็คือ ภายนอกร่างกายมนุษย์
น่าเสียดายที่วิธีการผ่าตัดนี้มีข้อจำกัดหลายประการ อย่าใช้การบดด้วยอัลตราโซนิกในกรณีต่อไปนี้:
- สตรีมีครรภ์ได้ตลอดเวลา;
- หากเส้นผ่านศูนย์กลางของหินมากกว่าสองเซนติเมตร
- สำหรับโรคติดเชื้อใด ๆ
- ในที่ที่มีโรคที่ขัดขวางการแข็งตัวของเลือดปกติ
- กรณีกระดูกพรุนขั้นรุนแรง
แม้ว่าการเอานิ่วในไตออกด้วยอัลตราซาวนด์จะทำได้โดยไม่ต้องผ่าตัดแผลจะค่อนข้างเจ็บปวดและดำเนินการภายใต้การดมยาสลบเฉพาะที่
เครื่องมืออัลตราโซนิกสำหรับการผ่าตัดไม่เพียงแต่ใช้ในการผ่ากระดูกและเนื้อเยื่ออ่อนที่เจ็บปวดน้อยลงเท่านั้น แต่ยังช่วยลดการสูญเสียเลือดด้วย
หันมาสนใจทันตกรรมกันดีกว่า อัลตราซาวนด์เอานิ่วในฟันออกอย่างเจ็บปวดน้อยลง และกิจวัตรของแพทย์อื่น ๆ ทั้งหมดก็ง่ายกว่าที่จะแบกรับ นอกจากนี้ในการบาดเจ็บและการปฏิบัติเกี่ยวกับศัลยกรรมกระดูก อัลตราซาวนด์ยังใช้เพื่อฟื้นฟูความสมบูรณ์ของกระดูกหัก ในระหว่างการดำเนินการดังกล่าว ช่องว่างระหว่างชิ้นส่วนกระดูกจะเต็มไปด้วยสารประกอบพิเศษที่ประกอบด้วยเศษกระดูกและพลาสติกเหลวชนิดพิเศษ จากนั้นจึงสัมผัสกับอัลตราซาวนด์เนื่องจากส่วนประกอบทั้งหมดเชื่อมต่ออย่างแน่นหนา ผู้ที่ได้รับการผ่าตัดในระหว่างที่ใช้อัลตราซาวนด์แสดงความคิดเห็นที่แตกต่างกัน - ทั้งบวกและลบ อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่ายังมีผู้ป่วยที่พึงพอใจมากกว่า!
