Учебные задачи

«Изучение аппарата УЗ терапии и определение скорости распространения УЗ волн в различных средах.

Приборы и принадлежности : аппарат УТП -1 (УТП-3), штатив с закрепленным на нем излучателем, кювета с раствором крахмала в воде (0,3 г крахмала на 10 мл воды), микроскоп.

Задание 1. Определить скорость ультразвуковых волн в воде.

1. Подготовить аппарат УТП-1 (УТП-3) к работе согласно инструкции для чего установить:

а) переключатель компенсации напряжения сети в положение «Выкл.»;

б) переключатель рода работ в положение «Непрерывно»;

в) переключатель интенсивности в положение «0».

G Внимание ! Во избежание разрушения кварцевой пластинки УЗ излучателя нельзя при работающем генераторе оставлять излучатель в воздухе ненагруженным , т.е. до включения прибора необходимо на смазанный вазелиновым маслом излучатель установить кювету.

г) Вставить вилку сетевого провода в штепсельную розетку, переключателем компенсации напряжения сети включить аппарат и установить стрелку индикатора напряжения в красном секторе. Дать прогреться аппарату 5 минут. Ручку процедурных часов повернуть по часовой стрелке до отказа, при этом должна загореться сигнальная лампочка.

д) Установить ручку переключателя интенсивности в положение

«0,6» - «0,8» для УТП -1

«0,3» - «0,4» для УТП - 3

2. Тщательно размешать смесь крахмала с водой в кювете, расположенной на излучателе.

3. Когда в растворе установится стоячая волна ( в растворе будут видны столбики, состоящие из светлых и темных полос), настроить микроскоп так, чтобы картина была хорошо видна.

4. Вращая винт микроскопа, совместить визирную линию окуляра с верхней пучностью (темная полоса) или узлом (светлая полоса). По шкале, расположенной на микроскопе, определить нулевое положение А₀ .

5. Перемещая винт микроскопа вниз отсчитать n (8 - 15) пучностей (узлов) и определить по шкале А_n значение, для последней n-ой пучности (узла). Измерение провести три раза, изменяя каждый раз начальное положение визирной линии и значение n_i. Данные занести в таблицу1.

6. Вычислить расстояние между двумя пучностями (узлами) для каждого измерения по формуле:

L_i = | A_ni - A_oi | / n_i

7. Вычислить длину волны: l_i = 2L_i.

8. Вычислить среднее значение длины волны l=( l₁ + l₂ + l₃ ) / 3, где i - число измерений.

9. Вычислить среднюю скорость распространения УЗ волны в воде

V = ln , где n = 880 кГц ; для УТП -1

n = 2640 кГц ; для УТП - 3

Таблица 1

i	Aoi (мм)	Ani (мм)	ni	Li (мм)	li (м)		Dli (м)	Vi	i (м/c)
1
2
3
					,(м)=	,(м)=		(м/c)=	(м/c)=

10. Вычислить абсолютную и относительную погрешности измерений

;

11. Записать окончательный результат в виде :

при

Задание 2. Изучить принцип работы эхокардиоскопа «Экран - 1» и определить скорость ультразвуковой волны в твердом теле»

Назначение «Экран - 1» и технические данные

Эхокардиоскоп «Экран-1» предназначен для исследования и диагностики в клинических условиях сердечно-сосудистой системы человека в норме и патологии посредством визуализации поперечных сечений сердца и окружающих его структур. Прибор может быть полезен при диагностике печени, поджелудочной железы и других внутренних органов.

Прибор обеспечивает получение изображения структур на расстоянии в пределах 2¸200 мм от рабочей поверхности эхозонда в плоскости, проходящей через его продольную ось.

Справа на выносной панели расположены девять излучателей УЗ-волн и параллельно девять датчиков, регистрирующих отраженную УЗ-волну. Регистрируемый сигнал отраженной УЗ-волны поступает на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки ( ЭЛТ ) и с помощью блока развертки по горизонтали образует две светящихся метки, расстояние между которыми пропорционально промежутку времени ( t ) между посылкой сигнала датчиком и приемом отраженной УЗ-волны.

Если толщину исследуемого образца обозначить L , то

2L = V t , (1)

где V - скорость УЗ-волны в данной среде, 2L - означает двойное расстояние «туда и обратно».

Если взять два разных образца одинаковой толщины (L_в = L_o), например, вода и оргстекло, то

2L_в = V_в t_в ;

2L_о = V_о t_о ;

Откуда V_о t_о = V_в t_в ; (2)

Учитывая, что расстояние между метками излучения и приема ультразвукового импульса на экране ЭЛТ пропорционально времени t прохождения двойного расстояния в образце (туда и обратно), можно написать, что l_в = t_в, и l_o = t_o (3)

где l_в и l_o - расстояние между светящимися метками на экране ЭЛТ для воды и оргстекла.

Из ( 2 ) и ( 3 ) получим :

(4)

Зная скорость УЗ-волны в воде ( G смотрите задание 1), измерив l_o и l_в на экране аппарата, можно определить скорость УЗ-волны в твердом теле относительным методом по формуле ( 4 ).

Задание 3. Определить зависимость скорости УЗ от свойств среды.

1. Ознакомиться с описанием.

2. Включить эхолокатор Экран - 1 в сеть и добиться появления устойчивого изображения на экране прибора.

3. Установить перед излучателем кювету с дистиллированной водой.

4. Измерить с помощью линейки расстояние между метками излучения и отражения УЗ-импульса (l_в). Данные записать в таблицу 2.

5. Заменить кювету с водой на кювету с глицерином и определить (l_г).

6. Подобные измерения сделать для образца из органического стекла (l_о).

7. Рассчитать скорость УЗ в глицерине и орг.стекле по формуле (4)

8. где: V_о - скорость УЗ в воде (взять из предыдущего задания);

Таблица 2.

№	Вода lв(мм)	Глицерин lг(мм)	Орг.стекло lо(мм)
1
2
3
среднее значение	lв =	lг=	lо=
скорость УЗ в среде (м/с)	Vв=	Vг=	Vo=

ПРИМЕЧАНИЕ:

Скорость продольной волны в орг.стекле можно определить по формуле;

, где;

r - плотность органического стекла ( 1,18×10³ кг/м³);

Е - модуль Юнга ( 5,25 ГПа);

m - коэффициент Пуассона (0,35).

Скорость продольной волны в жидкостях можно определить по формуле:

, где:

r - плотность вещества ( для воды 0,998×10³ кг/м³,

для глицерина 1,26×10³ кг/м³)

b - изотермическая сжимаемость ( для воды b= 47×10^-11 Па^-1, для глицерина b= 22,3×10^-11 Па^-1).

Задание 4. Выявить инородное тело в непрозрачной полости.

1. Ознакомиться с моделью непрозрачной полости, содержащей инородное тело.

2. Перемещая излучатель эхолокатора по исследуемому объекту проанализировать, как изменяется картина на экране ЭЛТ прибора, когда головка эхолокатора находится над инородным телом и когда среда под излучателем однородна (вода должна быть без пузырьков воздуха). Сделайте рисунок.

3. Определить расстояние до инородного тела, используя соотношение:

, где

х - расстояние до инородного тела.

d - длина (толщина) кюветы с водой;

l_в и l_x - расстояние между метками моментов излучения и приема УЗ-импульса на экране ЭЛТ аппарата. В случае свободной волны и при наличии инородного тела.

Сделать вывод в котором указать:

1.Как и почему зависит скорость ультразвука от параметров среды.

2. Какие особенности ультразвуковых волн позволяют применять его в медицине ?