Помощь студентам в учебе
СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ УЗ ИССЛЕДОВАНИЯ КОСТНЫХ ТКАНЕЙ С ВНЕДРЕННЫМИ МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ УЧРЕЖДЕНИЙ ШИРОКОГО ПРОФИЛЯ
|
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. ПРИРОДА И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ 9
1.1 Методы генерирования ультразвуковых колебаний 13
1.2 Типы ультразвуковых волн и закономерности распространения их в
различных физических средах 16
1.3 Методы измерения скорости и коэффициента поглощения
ультразвука малых амплитуд 25
1.4 Ультразвуковые колебания конечных амплитуд 32
1.4.1 Особенности активного воздействия ультразвука на вещество . 32
1.5 Применение ультразвука в медицине 33
1.5.1 Физические основы ультразвуковой диагностики 33
1.5.2 Ультразвуковой эхометод, основанный на эффекте Доплера 34
1.6 Применение современных информационных технологий для
обработки результатов ультразвуковой диагностики 40
1.6.1 Общие сведения 40
1.7 Воздействие ультразвука на биологические клетки 42
1.8 Скорость и тепловые эффекты ультразвука 45
1.9 Затухание и поглощение ультразвука в биотканях 44
1.10 Особенности распространения ультразвука в биологической среде 45
1.11 Вопросы биологической безопасности при использовании
ультразвука в медицине 49
1.12 Использование ультразвука при изготовлении биологических
протезов для сердечно-сосудистой хирургии 51
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКОВОЙ
ВОЛНЫ В РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВАХ 55
2.1 Методика измерения значения скорости продольных волн 55
2.1.1 Резонансный метод 57
2.2 Зависимость скорости распространения ультразвука от дефектов
кристаллического строения 56
2.3 Схема экспериментальной установки, используемой для
определения скорости ультразвука в среде задержки 57
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКОВЫХ ВОЛН В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ 58
3.1 Методы измерения скорости и коэффициента поглощения
ультразвука малых амплитуд 61
3.2 Исследование распространения звуковой волны в дюралюминии . 62
3.3 Исследование распространения звуковой волны в кости 73
3.4 Исследование распространения звуковой волны в титане 77
3.5 Исследование распространения звуковой волны в стали 78
Заключение 82
Список использованных источников 80
ГЛАВА 1. ПРИРОДА И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ 9
1.1 Методы генерирования ультразвуковых колебаний 13
1.2 Типы ультразвуковых волн и закономерности распространения их в
различных физических средах 16
1.3 Методы измерения скорости и коэффициента поглощения
ультразвука малых амплитуд 25
1.4 Ультразвуковые колебания конечных амплитуд 32
1.4.1 Особенности активного воздействия ультразвука на вещество . 32
1.5 Применение ультразвука в медицине 33
1.5.1 Физические основы ультразвуковой диагностики 33
1.5.2 Ультразвуковой эхометод, основанный на эффекте Доплера 34
1.6 Применение современных информационных технологий для
обработки результатов ультразвуковой диагностики 40
1.6.1 Общие сведения 40
1.7 Воздействие ультразвука на биологические клетки 42
1.8 Скорость и тепловые эффекты ультразвука 45
1.9 Затухание и поглощение ультразвука в биотканях 44
1.10 Особенности распространения ультразвука в биологической среде 45
1.11 Вопросы биологической безопасности при использовании
ультразвука в медицине 49
1.12 Использование ультразвука при изготовлении биологических
протезов для сердечно-сосудистой хирургии 51
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКОВОЙ
ВОЛНЫ В РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВАХ 55
2.1 Методика измерения значения скорости продольных волн 55
2.1.1 Резонансный метод 57
2.2 Зависимость скорости распространения ультразвука от дефектов
кристаллического строения 56
2.3 Схема экспериментальной установки, используемой для
определения скорости ультразвука в среде задержки 57
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКОВЫХ ВОЛН В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ 58
3.1 Методы измерения скорости и коэффициента поглощения
ультразвука малых амплитуд 61
3.2 Исследование распространения звуковой волны в дюралюминии . 62
3.3 Исследование распространения звуковой волны в кости 73
3.4 Исследование распространения звуковой волны в титане 77
3.5 Исследование распространения звуковой волны в стали 78
Заключение 82
Список использованных источников 80
Физиотерапевтическая ультразвуковая техника успешно применяется при лечении различных заболеваний. УЗ-исследования костных тканей часто применяются в медицинских учреждениях широкого профиля
Разработка современного программно-аппаратного комплекса УЗ- диагностики, позволяющего производить широкий диапазон исследований является крайне актуальной задачей.
Ультразвук в настоящее время находит широкое применение во всех сферах деятельности человека, включая медицину и экологию. Биологическое действие ультразвуковых волн связывают с явлением кавитации, возникающим в жидких средах при распространении в них ультразвука. Известно, что в каждом месте среды, куда приходит звуковая волна, наблюдаются периодические сжатия и разрежения. Фаза сжатия сопровождается большими давлениями. В следующий за сжатием момент разрежения из-за больших скоростей движения частиц в жидкости возникают разрывы. В образующиеся пустоты и устремляются пузырьки воздуха, а вместе с ним и пары жидкости. Когда вновь наступает фаза сжатия, внутри жидкости развиваются большие давления. Этот процесс и называется кавитацией.
На протяжении ряда десятилетий широкое применение в медицинской диагностике находят методы ультразвуковой эхолокации для наблюдения в реальном режиме времени практически за всеми внутренними органами человека, что позволяет обнаружить деструктивные изменения на ранних стадиях развития болезней.
Ультразвуковые датчики (давление, скорость движения, расход и т. п.) находят применение и в решении задач мониторинга окружающей среды.
Такой широкий спектр применения ультразвука в медицине требует обязательного изучения физических основ ультразвуковой техники и перспективных направлений ее практического применения в медицинских исследованиях.
В проделанной работе планируется проанализировать существующие методы УЗ-диагностики, выбрать метод, оптимально реализуемый в условиях лабораторных исследований. В ходе проводимых исследований необходимо установить скорость распространения звуковых волн, имеющих разные частоты, на различных материалов биологического и технического происхождения (металлах, сплавах, костных тканях и т.д.). По величине изменения скорости звука можно судить о присутствии различных дефектах в исследуемых материалах, а также определять наличие костных повреждений в теле человека.
В первой главе даются основные понятия, историческая справка и физические основы ультразвуковых исследований биологических и иных объектов. Здесь же обсуждаются существующие методы и установки, которые разработаны на данный момент.
Во второй главе приведена практическая часть работы. Здесь приведены основные аспекты проектирования, разработки установки по ультразвуковым исследованиям.
В третьей главе приведены результаты проведенных исследований, включающие в себя измерения скорости звука в различных материалах, имеющих как искусственное, так и биологическое происхождение.
В заключительной части сделаны основные выводы и указаны возможности применения разработанного программно-аппаратного комплекса в диагностических целях.
Цель работы: создать аппаратный комплекс УЗ-диагностики,
протестировать УЗ установку на твердых объектах, в частности, на костных объектах животного происхождения, а также на металлах и получить результаты измерений скорости ультразвуковых волн в различных средах.
Методы исследования. В данной работе применяются такие общенаучные методы исследования как описание, сравнение, анализ, и некоторые другие.
Эмпирическую базу исследования рассмотрение и сравнивание существующих методов, проектирование схемы экспериментальной установки, снятие значений скорости звука, расчет частоты и амплитуды входного и выходного сигнала и других параметров установки.
Разработка современного программно-аппаратного комплекса УЗ- диагностики, позволяющего производить широкий диапазон исследований является крайне актуальной задачей.
Ультразвук в настоящее время находит широкое применение во всех сферах деятельности человека, включая медицину и экологию. Биологическое действие ультразвуковых волн связывают с явлением кавитации, возникающим в жидких средах при распространении в них ультразвука. Известно, что в каждом месте среды, куда приходит звуковая волна, наблюдаются периодические сжатия и разрежения. Фаза сжатия сопровождается большими давлениями. В следующий за сжатием момент разрежения из-за больших скоростей движения частиц в жидкости возникают разрывы. В образующиеся пустоты и устремляются пузырьки воздуха, а вместе с ним и пары жидкости. Когда вновь наступает фаза сжатия, внутри жидкости развиваются большие давления. Этот процесс и называется кавитацией.
На протяжении ряда десятилетий широкое применение в медицинской диагностике находят методы ультразвуковой эхолокации для наблюдения в реальном режиме времени практически за всеми внутренними органами человека, что позволяет обнаружить деструктивные изменения на ранних стадиях развития болезней.
Ультразвуковые датчики (давление, скорость движения, расход и т. п.) находят применение и в решении задач мониторинга окружающей среды.
Такой широкий спектр применения ультразвука в медицине требует обязательного изучения физических основ ультразвуковой техники и перспективных направлений ее практического применения в медицинских исследованиях.
В проделанной работе планируется проанализировать существующие методы УЗ-диагностики, выбрать метод, оптимально реализуемый в условиях лабораторных исследований. В ходе проводимых исследований необходимо установить скорость распространения звуковых волн, имеющих разные частоты, на различных материалов биологического и технического происхождения (металлах, сплавах, костных тканях и т.д.). По величине изменения скорости звука можно судить о присутствии различных дефектах в исследуемых материалах, а также определять наличие костных повреждений в теле человека.
В первой главе даются основные понятия, историческая справка и физические основы ультразвуковых исследований биологических и иных объектов. Здесь же обсуждаются существующие методы и установки, которые разработаны на данный момент.
Во второй главе приведена практическая часть работы. Здесь приведены основные аспекты проектирования, разработки установки по ультразвуковым исследованиям.
В третьей главе приведены результаты проведенных исследований, включающие в себя измерения скорости звука в различных материалах, имеющих как искусственное, так и биологическое происхождение.
В заключительной части сделаны основные выводы и указаны возможности применения разработанного программно-аппаратного комплекса в диагностических целях.
Цель работы: создать аппаратный комплекс УЗ-диагностики,
протестировать УЗ установку на твердых объектах, в частности, на костных объектах животного происхождения, а также на металлах и получить результаты измерений скорости ультразвуковых волн в различных средах.
Методы исследования. В данной работе применяются такие общенаучные методы исследования как описание, сравнение, анализ, и некоторые другие.
Эмпирическую базу исследования рассмотрение и сравнивание существующих методов, проектирование схемы экспериментальной установки, снятие значений скорости звука, расчет частоты и амплитуды входного и выходного сигнала и других параметров установки.
Проведен обзор существующих методов УЗ-диагностики, выбран метод, оптимально реализуемый в условиях лабораторных исследований. В качестве оптимального метода для исследования звуковых колебаний был выбран метод стоячей волны, использующий в своей работе генератор электрических колебаний, работающий на частотах 33-600 кГц. Данный метод, по данным литературных источников, показал высокую эффективность, точность измерений при одновременной простоте конструкции и отсутствием строгих требований к качеству подготовки образца.
На основе выбранного метода, спроектирован и разработан аппаратный комплекс УЗ-диагностики, реализующий в своей работе метод стоячей волны. Программно-аппаратный комплекс был протестирован на ряде образцов, представляющих из себя серию различных металлов (алюминиевые сплавы, сталь, титановые сплавы), а также серию костных объектах животного происхождения, как без металлических включений, так и с различными металлическими включениями. Полученные с помощью разработанного программно-аппаратного комплекса значения скорости звука показывают высокую степень сходства с данными литературных источников. По величине изменения скорости звука удалось сделать вывод о присутствии различных дефектов в исследуемых материалах, а также определять наличие трещин и переломов в костных тканях человека.
На основе выбранного метода, спроектирован и разработан аппаратный комплекс УЗ-диагностики, реализующий в своей работе метод стоячей волны. Программно-аппаратный комплекс был протестирован на ряде образцов, представляющих из себя серию различных металлов (алюминиевые сплавы, сталь, титановые сплавы), а также серию костных объектах животного происхождения, как без металлических включений, так и с различными металлическими включениями. Полученные с помощью разработанного программно-аппаратного комплекса значения скорости звука показывают высокую степень сходства с данными литературных источников. По величине изменения скорости звука удалось сделать вывод о присутствии различных дефектов в исследуемых материалах, а также определять наличие трещин и переломов в костных тканях человека.