Energia ultradźwięków

Energia ultradźwięków , znana po prostu jako ultradźwięki , jest rodzajem energii mechanicznej zwanej dźwiękiem charakteryzujący się wibrującymi lub poruszającymi się cząstkami w ośrodku. Ultradźwięki wyróżniają się wibracjami o częstotliwości większej niż 20 000 Hz, w porównaniu do dźwięków słyszalnych, które ludzie zwykle słyszą o częstotliwościach między 20 a 20 000 Hz. Energia ultradźwięków wymaga drgań materii lub ośrodka z cząstkami, aby przewodzić lub propagować swoją energię. Energia na ogół przechodzi przez większość ośrodków w postaci fali, w której cząstki są odkształcane lub przemieszczane przez energię, a następnie przywracane po przejściu energii. Rodzaje fal obejmują fale ścinające, powierzchniowe i podłużne, przy czym te ostatnie są jednymi z najczęściej używanych w zastosowaniach biologicznych. Charakterystyka przemieszczającej się energii ultradźwiękowej w dużym stopniu zależy od ośrodka, przez który przechodzi. Podczas gdy fale ultradźwiękowe rozchodzą się w ośrodku, amplituda fali jest stale zmniejszana lub osłabiana wraz z odległością, jaką pokonuje. Jest to znane jako tłumienie i jest spowodowane rozpraszaniem lub odchylaniem sygnałów energetycznych podczas rozchodzenia się fali i przekształcaniem części energii w energię cieplną w ośrodku. Ośrodek, który zmienia energię mechaniczną z drgań energii ultradźwięków na energię cieplną lub cieplną, nazywa się lepkosprężystym. Właściwości fal ultradźwiękowych przechodzących przez tkanki biologiczne były w ostatnich latach intensywnie badane i wdrażane w wielu ważnych narzędziach medycznych.

Typowe zastosowania medyczne energii ultradźwiękowej

Diagnostyka obrazowa

Jak wspomniano powyżej, właściwości energii ultradźwiękowej przemieszczającej się przez tkanki biologiczne były szeroko badane w ostatnich latach. Tłumienie spowodowane rozpraszaniem energii w różnych tkankach można zmierzyć za pomocą urządzenia zwanego przetwornikiem . Zarejestrowane informacje z przetworników, takie jak stosunek do miejsca pochodzenia i intensywność sygnału, można następnie połączyć w celu utworzenia obrazów tego, co znajduje się w docelowych tkankach. Fale ultradźwiękowe o wyższej częstotliwości generalnie dają obrazy o wyższej rozdzielczości, ale tłumienie również wzrasta wraz ze wzrostem częstotliwości, co ogranicza głębokość obrazowania. W związku z tym dla każdego rodzaju testu diagnostycznego i tkanki ciała określono najlepszą częstotliwość. Niektóre z bardziej powszechnych badań ultrasonograficznych obejmują skany A, skany M, skany B i techniki Dopplera. Testy te wytwarzają obrazy od obrazów jednowymiarowych do ruchomych obrazów dwuwymiarowych w czasie rzeczywistym, które często można natychmiast zobaczyć na ekranie.

Pojawienie się technologii ultradźwiękowej całkowicie zmieniło dziedzinę diagnostyki medycznej ze względu na jej nieinwazyjność. Lekarze mogą teraz obserwować tkanki w ciele bez konieczności fizycznego wchodzenia do ciała. Zmniejsza to ilość inwazyjnych i ryzykownych procedur diagnostycznych oraz zwiększa szanse na postawienie prawidłowej diagnozy. Niektóre typowe procedury obrazowania medycznego obejmują:

• Sonogram - Obrazy ultrasonograficzne nienarodzonego płodu służą do sprawdzenia prawidłowego rozwoju i innych cech.
• Diagnoza guza/raka — Obrazy mogą być użyte do zbadania podejrzanych guzów wewnątrz ciała i ustalenia, czy konieczne jest inne leczenie.
• Przepływ krwi — obrazy mogą być używane do badania przepływu krwi przez określone naczynia i sprawdzania, czy nie ma żadnych blokad lub nieprawidłowości.
• Narządy wewnętrzne — obrazy mogą służyć do oglądania fizycznego kształtu i ruchów narządów wewnętrznych, aby upewnić się, że działają one prawidłowo.

Leczenie onkologiczne

Jedną z wcześniej omówionych właściwości ultradźwięków jest tłumienie sygnału ultradźwiękowego, częściowo spowodowane konwersją energii fal mechanicznych na energię cieplną. Naukowcy i lekarze złożyli wnioski medyczne, aby wykorzystać tę konwersję ciepła i wykorzystać ją w skutecznych procedurach medycznych. Energia ultradźwiękowa jest formą terapii badaną jako leczenie przeciwnowotworowe. Zintensyfikowana energia ultradźwięków może być skierowana na komórki nowotworowe aby je ogrzać i zabić. Ostatnie testy wykazały, że ultradźwięki mogą zwiększyć skuteczność leczenia raka, takiego jak chemioterapia i radioterapia. Ta procedura jest znana jako terapia ciepłem lub hipertermią . Wykorzystując przekształconą energię cieplną dostarczaną przez ultradźwięki, określone chore tkanki można często podgrzać do temperatury około 41° do 45°C. Ten wzrost temperatury został powiązany z poprawą skuteczności leczenia raka z powodu rozszerzenia naczyń krwionośnych i zwiększonej obecności tlenu w dotkniętych tkankach.

Inny nowy zabieg zwany skoncentrowanym ultradźwiękiem o wysokiej intensywności ( HIFU ) wykorzystuje charakterystykę energii cieplnej ultradźwięków. HIFU wykorzystuje urządzenie ultradźwiękowe, które jest w stanie precyzyjnie skupić fale ultradźwiękowe na docelowej tkance lub określonej grupie komórek. W ognisku tej energii ultradźwiękowej temperatura może osiągnąć przekroczenie 80°C, co powoduje niemal samoistną martwicę skrzepową lub śmierć komórek bez uszkadzania sąsiednich komórek. Zabieg ten znacznie rozszerza możliwości lekarzy w zakresie nieinwazyjnego niszczenia komórek nowotworowych. Obecnie przeprowadza się wiele testów w celu określenia skuteczności zabiegu na różnych tkankach, ale testy wykazały już obiecujące wyniki w zakresie rak prostaty .

• „Heat Therapy” , American Cancer Society, Inc, 3 lipca 2011 r. Źródło: 14 listopada 2012 r.
• Hussey, Matthew, doktor „Fizyka ultradźwięków” w diagnostyce ultrasonograficznej . Nowy Jork: John Wiley and Sons, 1975. 12–46.
•   Kennedy'ego, JE; ter Haar, GR; Cranston, D (wrzesień 2003). „Skoncentrowane ultradźwięki o wysokiej intensywności: chirurgia przyszłości?”. Brytyjski Dziennik Radiologii . 76 (909): 590–599. doi : 10.1259/bjr/17150274 . PMID 14500272 .
•   Lutz, Harald T. (2006). „Podstawy ultradźwięków” . Podręcznik diagnostyki ultrasonograficznej w zakaźnych chorobach tropikalnych . s. 1–19. doi : 10.1007/3-540-29950-5_1 . ISBN 978-3-540-29950-9 - za pośrednictwem Książek Google.
• Moran, Michael J., Howard N. Shapiro, Daisie D. Boettner i Margaret B. Bailey. „Energia i pierwsza zasada termodynamiki” w: Fundamentals of Engineering Thermodynamic , wydanie 7, New York: Wiley, 2011, strona 55.
• Nave, Carl, „Audible Sound” , HyperPhysics , Georgia State University, 2012. Źródło: 14 listopada 2012 r.
• „Ultradźwięki” w Bronzino, Joseph D. (red.) Urządzenia i systemy medyczne , wyd. Boca Raton, Floryda: CRC/Taylor i Francis, 2006. 14-1-4-40. Podręcznik inżynierii biomedycznej .

Linki zewnętrzne

• Energia ultradźwięków w domenie publicznej NCI Dictionary of Cancer Terms

Ten artykuł zawiera materiały należące do domeny publicznej ze Słownika terminów związanych z rakiem . Amerykański Narodowy Instytut Raka .