Приборы для измерения механических характеристик организма (продолжение).
Аудиометрия - метод измерения остроты слуха на пороге слышимости при различных частотах.
Кривые равной громкости
Аудиограммы: a – воздушное проведение норма; в – воздушное проведение при заболевании
Физические основы звуковых методов исследования в клинике Перкуссия Аускультация Фонокардиография Перкуссия Аускультация Фонокардиография
Различают : топографическую - определение границ органа; сравнительную- выявление изменения в органе. Позволяют выявить : воспаления лёгких плеврита эмфизема лёгких каверны, кисты скопление свободной жидкости в полости брюшины (асцит) скопление газов в кишечнике (метеоризм) и т.п. Перку́ссия (от лат. percussio, буквально — нанесение ударов, здесь — постукивание) заключается в постукивании отдельных участков тела и анализе звуковых явлений, возникающих при этом. Перкуссия
2. Аускультация Аускульта́ция (лат. auscultare слушать, выслушивать) метод исследования функции внутренних органов, основанный на выслушивании звуковых явлений, связанных с их деятельностью; относится к основным методам, применяемым при обследовании больного. Метод предложен Лаэннеком в 1816 г.; он же изобрел первый стетоскоп, описал и дал название основным аускультативным феноменам.
Стетоскоп – монауральный прибор более «древнее» изобретение, слуховая трубка. Фонендоскоп - бинауральный прибор, предполагает наличие мембраны, тонкой пленки, затягивающей раструб. Наиболее распространен стетофонендоскоп —стетоскопическая головка служит для выслушивания низко- и среднечастотных, а фонендоскопическая — средне- и высокочастотных звуков. Внешне он практически идентичн фонендоскопу, но раструб имеет две стороны (одна с мембраной, другая без). Поворачивая его, доктор может выбрать «режим прослушивания».
Фонокардиограмма ( a ) и электрокардиограмма ( б ) 3. Фонокардиография (ФКГ) Микрофон Усилитель Фильтры Регистратор Фонокардиография (от греч. phone – звук и кардиография), диагностический метод графической регистрации сердечных тонов и сердечных шумов.
(лат. spiro дышать + греч. metreō измерять) метод исследования функции внешнего дыхания, включающий в себя измерение объёмных и скоростных показателей дыхания. Виды спирометрических проб: спокойное дыхание; форсированный выдох; максимальная вентиляция лёгких; функциональные пробы (с бронходилата-торами, провокационные и т. п.).
измерение слабых потоков воздуха; преобразование измеряемой величины в электрический сигнал; минимальное сопротивление потоку; точность измерения скорости потока; износостойкость измерительной части датчика; возможность санитарной обработки.
Принцип измерения основан на законе Пуазейля. 1- воздушные каналы 2- точки, где измеряется давление 3- каналы передачи давления на датчики 4- нагревательный элемент Ламинарность течения воздуха обеспечивается движением в капиллярах. Разность давлений на концах капилляра пропорциональна скорости воздушного потока Датчик – кремниевый пьезорезистор
ДО (дыхательный объем, л) – объем, который вдыхается и выдыхается при спокойном дыхании ЖЕЛ (жизненная емкость легких, л) – объем воздуха, который выходит из легких при максимально глубоком выдохе после максимально глубокого вдоха. РО выд (резервный объем выдоха) – объем воздуха, который можно еще максимально выдохнуть после обычного выдоха. РО вд ( резервный объем вдоха) – объем воздуха, который можно еще вдохнуть при максимальном вдохе после обычного вдоха. ФОЕ (функциональная остаточная емкость) – объем воздуха в легких в состоянии покоя, когда закончен обычный выдох, а голосовая щель открыта. ЕВ (емкость вдоха) – сумма дыхательного объема и резервного объема вдоха. МОД (минутный объем дыхания) – объем воздуха, проходящий через легкие при обычном дыхании за одну минуту. Основные параметры спирограммы
ЖЕЛ = ДО+ РОвд + РО выд ФОЕ = РО выд + ОО ЕВ = РО вд + ДО МОД =ДО · ЧД
Ультразвук Ультразвук (УЗ) механические колебания и волны с частотой более 20 кГц. Верхний предел УЗ - частот Гц.
Особенности распространения УЗ в среде 1. УЗ - волна является продольной. 2. Лучевой характер распространения. 3. Проникновение в оптически непрозрачные среды. 4. Возможность фокусировки энергии луча в малом объеме. 5. Отсутствие дифракции на стенках внутренних органов человека. 6. Отражение от границы раздела сред, отличающихся волновым сопротивлением. 7. Способность поглощаться биологическими тканями.
а – чередование зон сжатия и разрежения б – изменение давления в зависимости от координаты Продольные акустические волны в упругой среде
Различные виды акустических волн ПЛОСКИЕ СФЕРИЧЕСКИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ
Основные явления при взаимодействии УЗ с веществом ОТРАЖЕНИЕ – изменение направления волны на границе двух сред с разными оптическими свойствами, в котором волновой фронт возвращается в среду, из которой он пришёл. ПРЕЛОМЛЕНИЕ - изменение направления распространения волн при переходе из одной среды в другую. РАССЕЯНИЕ – возникновение множественных изменений направления распространения, обусловленное мелкими неоднородностями среды, следовательно многочисленными отражениями и преломлениями. ПОГЛОЩЕНИЕ – переход энергии волны в другие виды энергии (в частности в тепло), обусловленный вязкостью среды.
Распространение и отражение УЗ Акустическая неоднородность
АКУСТИЧЕСКИЙ ИМПЕДАНС Z= c C – скорость распространения УЗ в данной среде - плотность среды КОЭЭФИЦИЕНТ ОТРАЖЕНИЯ
Скорости УЗ и акустические сопротивления сред
Коэффициент отражения УЗ на границе биологических сред
Распространение импульсного сигнала
Принцип метода эхолокации Метод эхолокации используется для определения внутренней структуры непрозрачных сред, местонахождения неоднородностей, их формы и размеров. Для этого, измеряя время t между излучением и приемом отраженного сигнала и зная среднюю скорость распространения УЗ-волны в изучаемой среде v, находят расстояние S до отразившего сигнал объекта по формуле 1- УЗ-зонд 2- граница сред 3- включение УЗ-зонд является сразу и источником, и приемником ультразвука. Для того чтобы разделить во времени прием и передачу УЗ-сигнала и избежать их наложения, а также для измерения времени распространения сигнала в объекте, эхоскопы работают в импульсном режиме При этом в промежутках времени между импульсами излучения УЗ-зонд работает на прием.
Схема получения двухмерного изображения
А -, В -, М – режимы УЗ исследования
А - режим А – режим – амплитудный режим. Зондирование осуществляется при неизменном направлении акустического луча. Интенсивность принятых эхосигналов представлена в виде электрических импульсов различной амплитуды.
В - режим В – режим ( brightness - яркость) – двумерный режим визуализации, при котором на экране получают изображение, состоящее из участков, интенсивность которых тем выше, чем больше амплитуда отраженного сигнала.
М - режим М – режим ( motion - движение) способ визуализации при котором на экране отображается временная развертка всех движущихся структур.
Пьезоэффект наблюдается в кварце, турмалине, сегнетовой соли, титанате бария, цинковой обманке и других веществах. Практическое использование человеком ультразвука начато после открытия в 1880 году братьями Жаком и Пьером Кюри пьезоэлектрического эффекта (« Пьезо » - по гречески «давить, сжимать»). Впервые этот эффект обнаружен у горного хрусталя (разновидности кварца).
Ультразвуковые преобразователи Прямой пьезоэффект - если деформировать пластину пьезоэлектрика, то на ее гранях появляются противоположные по знаку электрические заряды. Обратный пьезоэффект - если прикладывать к пластине переменное электрическое напряжение, то кристалл начинает сжиматься и расширяться (изменять геометрические размеры), с частотой прикладываемого напряжения.
Ультразвуковой преобразователь
Конфигурация пьезоэлементов в различных типах датчиков
Типы датчиков а,б- секторные механические в- линейный секторный г- конвексный д -микроконвексный е- фазированный секторный
Схема УЗ сканера
М- эхокардиограмма ЛЖ
Эффект Доплера и его использование в медико-биологических исследованиях Доплер Христиан (1803-1853) - австрийский физик, математик, астроном. Жил в Зальцбурге. Директор первого в мире физического института. Эффект Доплера заключается в изменении частоты колебаний, воспринимаемых наблюдателем, вследствие движения источника волн и наблюдателя относительно друг друга.
При сближении источника и наблюдателя – верхние знаки, при удалении – нижние знаки Классический пример этого феномена: Звук свистка от движущегося поезда.
Источник звука неподвижен Источник звука приближается к уху Источник звука удаляется от уха
Когда УЗ отражается от движущегося объекта, частота отраженного сигнала изменяется. Происходит сдвиг частоты. Доплеровский сдвиг ∆ ν - это разность между отраженной и переданной частотами.
Учет допплеровского угла между направлением движения отражателя и источник-приемником
Влияние угла на измерение допплеровского сдвига частоты
Эффект Доплера используется для определения: • скорости движения тела в среде, • скорости кровотока, • скорости движения клапанов и стенок сердца (доплеровская эхокардиография )
Параболическое распределение скоростей кровотока в сечение сосуда Диастола Систола
Спектр скоростей в сечении сосуда Систола Диастола
Спектр скоростей в сосудах а -широкий сосуд б- зона стеноза в- зона сильного стеноза
Формирование допплеровского спектра
Допплеровская спектрограмма ламинарного и турбулентного потоков А- нормальный ламинарный поток в аорте Б- стенозированный аортальный клапан
Схема непрерывно-волнового( CW ) и импульсно-волнового( PW ) режимов допплерографии
Преобразование допплеровского сигнала в допплеровский спектр
Принцип формирования цветового допплеровского изображения
Изображение в режиме энергетического допплера
Допплеровская визуализация в В- и М-режимах
Сканирование матричной фазированной решеткой
3 D- ЭхоКГ сердца
Окрашивание сегментированных структур щитовидной железы в 3 D изображении Желтый- правая доля, Красный- сонная артерия, Зеленый - яремная вена, Лиловый - узел на границе перешейка
Двухмерное цветовое доплеровское картирование при нарушении оттока из левого желудочка. Относительно низкая скорость выходного потока левого желудочка кодируется синим цветом. В области сужения скорость возрастает, возникает наложение спектров ( aliasing), и кодировка сигнала потока меняется на красную. На участке обструкции регистрируется относительно узкий турбулентный поток. LV – левый желудочек AO – аорта
