Задания для самоконтроля знаний.

Задание 1. Вопросы для самоконтроля.

1. Каковы границы слышимого человеческим ухом диапазона звуковых частот?

2. Как связаны между собой объективные и субъективные характеристики звука (сформулируйте закон Вебера-Фехнера)?

3. Каковы свойства и возможности медицинского использования ультразвука и инфразвука?

4. В чем достоинства и недостатки методов аускультации и перкуссии?

5. Какой звуковой метод позволяет провести диагностику сердечной деятельности?

4. Что такое аудиометрия и как производится снятие аудиограммы пациента?

Задание 2. Тесты для самоконтроля.

Вставьте пропущенное слово:

1. К инфразвуковым относятся колебания, частота которых…… 16Гц.

2. По своей природе инфразвуковые колебания являются……..

3. Длина волны ультразвуковых колебаний ……. длины волны слышимого звука.

4. Для получения ультразвука используется ……. пьезоэффект.

5. Удельное акустическое сопротивление численно равно произведение скорости распространения звука (ультразвука) на ……. среды.

Найдите правильные ответы:

6. Субъективной характеристикой звука является

А. акустический спектр;

В. высота тона;

С. акустическое давление;

Д. частота звука

7. Интенсивность звуковой волны измеряется в СИ:

А. Вт; В. Вт/см²; С. Вт/м²; Д. Дж/м ² ∙с.

8. На применении законов акустики основаны все перечисленные методики, за исключением

А. фонокардиографии;

В. эхокардиографии;

С. аудиометрии;

Д. баллистокардиографии

9. При переходе звука из одной среды в другую изменяются:

А. длина волны;

В. частота;

С. скорость распространения;

Д. акустическое давление.

10. С помощью ультразвука можно производить

А. остеосинтез;

В. эхоэнцелографию;

С. эхокардиографию;

Д. фонофорез.

Ответы: 1-меньше ; 2-механическими; 3-меньше; 4-обратный; 5-плотность; 6-В; 7-С,Д; 8-Д; 9-А, С, Д; 10-А, В, С, Д.

Задание 3. Получите связь между единицами измерения:

1. удельной энергии кДж/см³ и Дж/м³;

2. потока энергии ультразвука мкДж/мин и Дж/с (Вт);

3. интенсивности звуковой волны мкВт/см² и Вт/м²

4. интенсивности ультразвуковой волны Вт/см² и Вт/м².

5. коэффициента поглощения ультразвука см^-1 и м^-1.

Задание 4. Задачи медико-биологического содержания.

Задача №1.

При диагностировании патологического изменения в тканях организма ультразвуковым методом отраженный сигнал был принят через 5∙10^-5с после излучения. На какой глубине в тканях была обнаружена неоднородность? Скорость ультразвука принять равной 1540 м/с.

Решение.

1. Запишем краткое условие задачи: t=5∙10^-5 с;v=1540 м/с

2. Определим глубину залегания опухоли по формуле: L=v∙t/2

3. Подставив соответствующие значения, подсчитаем численное значение

L=1540∙5∙10^-5 /2=3,85∙10^-2 м.

Ответ: неоднородность находится на глубине 3,85см.

Задача №2.

Определить скорость движения передней стенки желудочка сердца в сторону груди, если при эхолокации ультразвуком частотой 800кГц отраженный сигнал воспринимается на частоте 800,21кГц. Скорость ультразвука принять равной 1540 м/с.

Решение.

1. Запишем краткое условие задачи: _и=800кГц;=800,21кГц;V=1540м/с

2) Используя формулу (4.11) доплеровского сдвига частот,

определим скорость сдвига стенки желудочка сердца

, где

3) Подставим соответствующие числовые значения:

V₀=154∙ (800,21-800)/1600=0,2 м/с

Ответ: скорость сдвига стенки желудочка сердца равна 0,2м/с.

Задача №3.

Головка облучателя ультразвукового генератора имеет диаметр 6см. Определить энергию, излучаемую за 10 мин, если интенсивность ультразвука 1Вт/см². Генератор работает в импульсном режиме с частотой 50 имп/с и длительностью каждого импульса 10 мс.

Решение.

1. Запишем краткое условие задачи:

D=6 см=0,06 м;t=10 мин=600 с;I=1 Вт/см²=10⁴ Вт/м²;=50имп/с;=10мс=0,01с

2) Определим время процедуры по формуле t_п=t∙∙.Подставим полученное выражение в формулу энергии

W=I∙s∙t_п=I∙S∙t∙∙

Площадь головки УЗ облучателя определим по формуле S= D²/4

3) Подставим соответствующие числовые значения:

W=10⁴∙3,14∙36∙10^-4∙600∙50∙10^-2/4=8,5∙10³ Дж.

Ответ: Излучаемая энергия 8,5кДж.

Задача №4.

Для ультразвука частотой 800 кГц коэффициент поглощения мышечной ткани равен 0,19 см^-1. Определить толщину ткани, соответствующую уменьшению интенсивности ультразвука вдвое.

Решение.

1) Запишем краткое условие задачи: =800 кГц;=0,19 см^-1

2. Используя формулу зависимости интенсивности от толщины I=I_0∙e^-∙x, определим толщину ткани, соответствующую уменьшению интенсивности в 2 раза:

I/I₀=e^∙x, ln(I/I₀) =∙x; x=ln (I/I₀ ) /

3) Подставив соответствующие значения, подсчитаем численное значение:

x=ln 2 /0,19=3,6 см

Ответ: Толщина ткани 3,6см.

Задача №5

Определить интенсивность сердечных тонов у входа в воронку стетоскопа диаметром 6 см, если на барабанную перепонку площадью 70 мм²попадает 74% звуковой энергии при интенсивности 10^-15Вт/см².

Решение:

1. Запишем краткое условие задачи:

D=6 см=6∙10^-2 м;S₂ =70 мм²=7∙10^-5 м²;=74%;I₂=10^-15 Вт/см² =10^-11Вт/м².

2. Интенсивность сердечных тонов у входа в стетоскоп I₁и возле барабанной перепонкиI₂определим соответственно по формулам:

I₁=W/(S₁∙t); I₂=0,74W/(S₂∙t)

Из формулы I₁/I₂=W∙S₂∙t/(0,74∙W∙S₁∙t), получим выражение для интенсивности сердечных тонов у входа в воронку стетоскопа:

I₁=I₂S₂/(0,74∙S₁)=4I₂∙S₂/0,74∙∙D²

3) Подставив соответствующие числовые значения:

I₁=4∙10^-11∙7∙10^-5/(0,74∙3,14∙36∙10^-4)=3,3∙10^-13 (Вт/м²).

Ответ: 3,3∙10^-13 Вт/м².

Задача №6.

Площадь барабанной перепонки, которая находится в контакте с молоточком, составляет 0,55 см². Стремечко находится в контакте с овальным окном на площади 0,032 см². Учитывая, что механическая система косточек среднего уха без учета трения дает выигрыш в силе в 1,3 раза, определить, во сколько раз усиливается давление в ухе.

Решение:

1. Запишем краткое условие задачи: S₁ =0,55 см²;S₂ = 0,032 см²; k=1,3

2. Определим отношение давлений р₂/р₁, используя формулы:

р₂=F₂/S₂ и p₁=F₁/S₁

После подстановки получим следующее выражение:

р₂/р₁= (F₂/F₁)∙(S₁/ S₂)=k∙S₁/ S₂

3) Подставив соответствующие числовые значения:

р₂/р₁=1,3∙0,55/0,032=22

Ответ: 22раза.

Задача №7.

Определить силу, действующую на барабанную перепонку человека площадью 70 мм²при пороге слышимости звука частотой 1000 Гц. Среднее звуковое давление на пороге слышимости равно 2,1∙10^-5Па.

Решение:

1. Запишем краткое условие задачи, переведя все величины в систему СИ:

S=70 мм²=7∙10^-5 м²;=1000 Гц;p₀=2,1∙10^-5 Па.

2. Силу, действующую на барабанную перепонку, определим из формулы: F=p₀∙S.

3) Подставим соответствующие числовые значения:

F=2,1∙10^-5∙7∙10^-51,5∙10^-9 (Н).

Ответ: 1,5∙10^-9 Н.

Задача №8.

Для людей с нарушенной функцией среднего уха слуховые аппараты сконструированы так, чтобы передавать колебания непосредственно на кости черепа. Определить минимальную интенсивность звука, которую способен воспринимать человек с дефектом слуха, если для костной проводимости порог слухового восприятия на 40 дБ выше, чем для воздушной.

Решение:

1. Запишем краткое условие задачи: L=40 дБ=4 Б.

2). Используя соотношениеL=L₂-L₁=lgI/I₀₂-lgI/I₀₁=lgI₀₁/I_02,получим выражение для минимальной интенсивности звука, воспринимаемого человеком с дефектом слуха:

I₀₂=I₀₁/10^L

3) Подставим соответствующие числовые значения:

I₀₂=10^-12/10⁴=10^-6 (Вт/м²).

Ответ: 10^-6 Вт/м².

Задача №9.

Чем обусловлена верхняя граница ультразвука?

Ответ: Верхняя граница УЗ обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться в среде лишь при условии, что длина волны больше средней длины свободного пробега молекул в газах или межатомных расстояний в жидкостях и твердых телах. Поэтому в газах верхнюю границу УЗ определяют из приблизительного равенства длины звуковой волны и средней длины свободного пробега молекул газа (порядка 10^-6 м), что дает частоту порядка 10⁹ Гц.

Задача №10.

Почему при ультразвуковой терапии необходимо избегать воздушной прослойки между излучателем и облучаемыми участками тела?

Ответ: На границе воздух-ткань происходит практически полное отражение УЗ из-за того, что акустическое сопротивление биологических тканей в сотни раз превышает акустическое сопротивление воздуха. Это создает определенные трудности при УЗ терапии, т.к. слой воздуха всего в 0,01 мм между вибратором и кожей является непреодолимым препятствием для УЗ. В качестве контактных веществ обычно используют вазелиновое масло, глицерин, ланолин и даже воду. Эти вещества имеют акустические сопротивления близкие к акустическим сопротивлениям кожи и излучателя, обладают малым коэффициентом поглощения УЗ, имеют значительную вязкость и нетоксичны для организма.

Задание 5. Заполните таблицы:

Таблица № 1

Физическая Величина	Обозначение	Формула	Единицы измерения в СИ
Энергия гармонического колебания
Удельная энергия
Поток энергии
Интенсивность волны

Таблица № 2

Интенсивность звука частотой 1 кГц изме- няется (по отношению к порогу слышимости)	Уровень интенсивности звука изменяется
В 10 раз	на 1 Бел
В 100 раз
В 1000 раз
	на 50 дБ
	на 40 дБ

Таблица № 3

Интенсивность звука	Уровень интенсивности звука L=lg(I/I0); (I0=10-12Вт/м2)
Интенсивность сердечных тонов, воспринимаемых через стетоскоп, равна 10-9 мкВт/см2.	I=10–9 мкВт/см2=10-11 Вт/м2 ; L=lg (10-11/10-12)=lg10=1; L=1 Б=10 дБ.
Средняя интенсивность звуков нормального разговора равна 10-7 Вт/м2.
Интенсивность шума в большой аудитории во время перерыва в среднем составляет 10-4 Вт/м2.
Интенсивность звука автосирены равна 10-7 Вт/см2. С учетом допустимого предела уровня шума (70 дБ) объяснить, почему в городах запрещены автосирены.

Таблица № 4

Используя кривые равной громкости, определить уровень громкости звука.

Частота, Гц	Уровень силы звука, дБ	Уровень громкости звука, фон.
50	100	90
100	60
200	40
500	20

Задание 6. Заполните ориентировочную карту действия:

Основные задания	Указания	Ответы
В определенном диапазоне частот (700-800 Гц) барабанная перепонка работает почти как идеальный приемник звука, т.е. звуковые волны, поступающие в слуховые пути, от нее почти не отражаются. При каком условии возможно это явление?	Для ответа при-мените формулу волнового сопро-тивления.
Почему проще получить направленный пучок ультразвуковых волн, чем волн, воспринимаемых ухом человека?	Сравните частоту, длину волны и энергию звуко-вых и ультра-звуковых волн.
Голос человека можно слышать на большом расстоянии, но слова разобрать трудно. Чем это объяснить, если учесть, что скорость распространения звуков разной частоты одинакова?	Проанализируйте процесс погло-щения звуков разной частоты в одной и той же среде.
Произнесенный человеком звук плохо достигает его уха, т.к. оно находится в звуковой тени. Почему же ослабление слуха относительно собственного голоса происходит только на 5-10 фонов?	Сравните меха-низмы костной и воздушной про-водимости звука.