7. Использование ультразвука в медицине:

• Ультразвук в медицине используют для

• диагностики

• терапевтических цедей

• ультразвуковой хирургии

• для применения в медицинской и лабораторной практике

Различают локационные методы с использованием импульсного излучения – эхоэецефалография, ультразвуковая кардиография, в офтальмологии; характер движения сердечных клапанов, скорость кровотока (эффект Доплера), плотности сросшихся или поврежденных костных тканей.

Методы ультразвуковой физиотерапии (ν=800 кГц, интенсивность 1 Вт/см²). Между излучателем и кожей – масляная прослойка. Первичный механизм ультразвуковой терапии – механическое и тепловое действие. Ультразвуковой скальпель (фокусировка), сваривание поврежденных костных тканей, стерилизиция.

Гидродинамика

1. Идеальная жидкость. Уравнение неразрывности струи. Уравнение Бернулли.

Линия тока – траектория движения любой частицы жидкости.

- линия, проведенная в движущейся жидкости так, что касательная к ней по направлению совпадает с направлением вектора скорости в этой точке. Трубка тока – часть жидкости, ограниченная линиями тока

- часть жидкости, ограниченная двумя линиями тока.

Идеальная жидкость - жидкость, в которой полностью отсутствуют силы внутреннего трения, либо силами внутреннего трения можно пренебречь по сравнению с другими силами, то есть абсолютно несжимаемая и абсолютно невязкая жидкость.

Стационарное – течение, при котором вектор скорости в любой точке постоянен.

υΔtS – объем жидкости, который пройдет через сечение S за время Δt.

υS – объем жидкости, который пройдет через сечение S за единицу времени.

За единицу времени через первое сечение пройдет объем жидкости υ₁S₁, через второе сечение υ₂S₂

υ₁S₁ = υ₂S₂

υS = const

Чем меньше сечение – тем выше скорость, жидкость приобретает ускорение, которое обусловлено непостоянством давления.

Уравнение Бернулли.

ΔV₁=ΔV₂=ΔV

ΔV→0

(1)

ΔE должно равняться работе, совершаемой над выделенными объемами силами давления. Работа сил давления на боковую поверхность равна 0.

(2)

(1)=(2)

- уравнение Бернулли Все слагаемые имеют размерность и смысл давления.

- динамическое давление, которое обусловлено движением жидкости и проявляется при торможении.

ρgh – гидростатическое (весовое)

P – статическое давление, не связано с движением жидкости.

При стационарном течении идеальной жидкости полное давление равно сумме динамического, гидростатического и статического давлений и остается постоянным в любом поперечном сечении потока.

Частные случаи:

1. S₁=S₂ => υ₁=υ₂ сечения одинаковы.

ΔP=ρgΔh давление обусловлено разностью весов жидкости.

3. Горизонтальная трубка h₁=h₂

Уменьшение давления в точках, где скорость потоков больше, положено в основу водоструйного насоса, ингалятора, пульверизатора.

3. Внутреннее трение жидкости. Формула Ньютона.

При течении реальной жидкости отдельные слои ее воздействуют друг на друга с силами, касательными к слоям. Это явление называют внутренним трением или вязкостью.

- уравнение Ньютона, где η – коэффициент вязкости, - градиент скорости.

Ньютоновские жидкости – коэффициент вязкости зависит от природы жидкости и температуры (вода, истинные растворы, расплавленные металлы).

Неньютоновские – коэффициент вязкости зависит от природы, температуры, давления и градиента скорости (растворы полимеров, суспензии, эмульсии, кровь).

Совокупность методов измерения вязкости называют вискозиметрией, а приборы, используемые для таких целей – вискозиметрами:

1. Капиллярный метод (измерение времени протекания через капилляр жидкости известной массы под действием силы тяжести при определенном перепаде давления). Измеряют вязкость от 10^-5 Па_*с, свойственных газам, до 10⁴ Па_*с, характерных для консистентных смазок.

2. Метод Стокса (метод падающего шарика). 6_*10⁴ – 250 Па_*с.

3. Вискозиметр Гесса (измерение относительной вязкости крови).

5.Течение вязкой жидкости по трубам. Число Рейнольдса. Формула Пуазейля.

Ламинарное и турбулентное течение жидкости.

Ламинарное – слои жидкости скользят друг относительно друга, не перемешиваясь между собой (стационарное).

Турбулентное – слои перемешиваются между собой.

υ=const, Re<Re_{критич.}

υ≠const, Re>Re_{критич.} энергетически невыгодно.

- число Рейнольдса, ρ – плотность, υ – скорость потока, D – диаметр, η – коэффициент вязкости.

Течение крови по сосудистой системе в норме ламинарное, небольшая турбулентность вблизи клапанов. При патологии, если η<нормы, то течение переходит из ламинарного в турбулентное, дополнительная нагрузка на сердце.

Физические основы гемодинамики.

Гемодинамика – раздел физики, в котором изучается движение крови по сосудистой системе, физическая основа – гидродинамика.

Течение вязкой жидкости в цилиндрических трубах.

Объем жидкости, проходящий через сечение за единицу времени.

Придадим приращение радиуса dr→0

dS=2πrdr

dQ=υdS – приращение объема.

- объем жидкости, проходящий через поперечное сечение за Δt. Формула Пуазейля.

- гидравлическое сопротивление жидкости.

Статическое давление вдоль всей трубы переменного сечения падает, причем более круто на участках меньшего сечения. В разветвленной трубе градиент давления зависит от общего сечения разветвленной части и в значительной мере от числа труб в разветвлении.

Общее гидравлическое сопротивление труб, соединенных последовательно равно:

X=X₁+X₂+…+X_n

Параллельно:

Статистическое давление вдоль трубы переменного сечения убывает пропорционально l; dp/dl=const

6. Особенности движения пульсирующего потока жидкости по трубам с эластичными стенками.

1-2 – аорта

2-3 – артерии

3-4 – артериолы

4-5 – капилляры

5-6 – венулы

6-7 – полая вена

Скорость распространения пульсовой волны 6-8 м/с.

h – высота над флебостатическим уровнем (на этом уровне давление в сердце = атмосферному – четвертое межреберье)

Сердечный цикл – 1 сек., систола – 0,3 сек., диастола – 0,7 сек.

Вся энергия – 100%, потенциальная – 30%, кинетическая – 70%.

Площадь сечения аорты в 600-800 раз меньше, чем в области капилляров.

υ_аорта=0,5 м/с

υ_{капилляр}=3_*10^-4 м/с

График изменения скоростей и давления в сосудистой системе.

8. Механическая работа и мощность сердца.

Ударный объем крови – объем крови, который выбрасывается сердцем в момент систолы. Работа сердца – преодоление сил давления и сообщение крови кинетической энергии.

Основная работа – левый желудочек, правый – 0,2 от левого.

A₁=Fl=PSl=PV_уд

Полная работа сердца при одном его сокращении.

A_c≈1 Дж

9. Физические основы клинического метода измерения давления крови.

Основная физическая идея метода Короткова: только при расслабленной мускулатуре давление воздуха внутри манжеты, состоящей из эластичных стенок, приблизительно равно давлению в мягких тканях, соприкасающихся с манжетой.