Уз исследования в медицине.

Одним из важных видов эхолокации являются ультразвуковые исследования внутренних органов человека, которые широко применяют в медицине. Скорость распространения УЗ волн в тканях человеческого тела составляет около 1540 м/с, т.е. близка к скорости в водной среде. Но из-за акустической неоднородности человеческого тела на границах раздела органов и тканей с разной плотностью и упругостью, происходит частичное отражение, рассеяние и преломление УЗ волн. Чем больше перепад плотности, тем выше амплитуда отраженной УЗ волны. Это и позволяет определять, а потом и воссоздавать в виде изображения пространственные границы между органами, тканями и разными структурными элементами тканей, их форму, размеры, взаимное расположение, локальные особенности. Применяя УЗ волны высокой частоты (1-15 МГц), удается достичь высокой разрешающей способности – до 0,1 мм. При отражении от подвижных объектов (дыхательные перемещения грудной клетки, диафрагмы, сокращения сердца, пульсация артерий, продвижение крови по сосудам и т.п.) изменяется частота отраженной УЗ волны (эффект Доплера). Измеряя величину изменения частоты, можно вычислить соответствующую скорость движения и визуально выделять участки внутренних органов, которые двигаются с разной скоростью, – даже довольно медленно (меньше 1 см/с).

Уз исследования для сейсморазведки

Известен метод спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП). Он состоит в том, что вертикально вглубь земли от мобильного ССП сенсора посылается импульсный акустический зондирующий сигнал. Затем "прослушивается" и записывается его растянутый во времени "отклик" – слабые вторичные акустические волны, возбужденные этим сигналом в земной коре. Они принимаются пьезоэлектрическим пленочным датчиком, который (это принципиально важно!) не имеет собственных резонансных частот. После усиления и фильтрации эхо-сигналов интеллектуальный сенсор выполняет их спектральный анализ. В спектре полученного сейсмического отклика слоям недр, которые находятся на большей глубине, соответствуют все более низкие частоты в спектре. Потом сенсор перемещают на определенное расстояние по горизонтали в заданном направлении "разреза", и повторяют измерения. Результаты многих последовательных измерений сводят вместе и строят "ССП-разрез" геологической структуры.

Вопросы и упражнения для самопроверки 4 Дать кратко письменные ответы:

1. Что такое "акустические волны"? Чем отличаются "звуки", "инфразвуки", "ультразвуки", "гиперзвуки"?

2. Назовите основные виды приёмников акустических сигналов.

3. Что такое "лазерный микрофон"? Как можно от него защититься?

4. Что такое "эхолокация", "эхолот"? Чем от них отличаются понятия "гидролокация" и "гидролокатор"?

5. Почему эхолокаторы, являются активными акустическими сенсорами ?

6. .Как проводятся УЗ исследования в медицине и сейсморазведки .?

Упражнение 4.1. Пользуясь формулами (4.3) – (4.8) и принимая скорость распространения УЗ волн в воздухе , рассчитайте:

Вариант 1. Расстояние до объекта, если отраженный от него импульс УЗ волн запаздывает на 0,17 мс.

Вариант 2. Времена запаздывания отраженных от объекта УЗ импульсов в УЗ сенсорах, рассчитанных на небольшие расстояния – от 15 до 200 мм.

Вариант 3. Точность, с которой надо измерять времена запаздывания, чтобы обеспечить точность определения расстояний до 0,2 мм.

Вариант 4. Максимальную длительность УЗ импульсов, если требуется определять расстояния, начиная от 15 мм.

Вариант 5.. Максимальную частоту зондирующих УЗ импульсов, если требуется определять расстояния до 20 см.

Вариант 6. Частоту генерируемых УЗ колебаний, если требуется выявлять объекты размерами от 5 мм.

Упражнение 4.2. Пользуясь формулами (4.1) – (4.8) и принимая скорость распространения УЗ волн в тканях человеческого тела , рассчитайте:

Вариант 1. Частоту генерируемых УЗ колебаний, если требуется выявлять объекты размерами от 0,1 мм.

Вариант 2. Длину волны в человеческом теле ультразвуковых акустических колебаний с частотой 15 МГц, используемых в аппарате для УЗИ.

Вариант 3. Доплеровский сдвиг частоты УЗ волн, отраженных от диафрагмы, двигающейся со скоростью 1 см/с, если исходная частота составляет 3,5 МГц.

Вариант 4. Время запаздывания отраженных УЗ сигналов при глубине сканирования человеческого тела от 1 до 30 см.