Сабақ. Биологиялық мембранының ҚҰрылысы және оның Қызметі. ЖАСАНДЫ Биологиялық мембрана. Сабақ жоспары Биологиялық физика пәні және оның басқа ғылымдармен байланысы
жүктеу/скачать 11,48 Mb.
|
1 -15 сабақтар МБФ 2018
- Бұл бет үшін навигация:
- Сабақтың мақсаты
- 1 – тапсырма.
- 2 – тапсырма.
| Сабақ жоспары
Ультрадыбыстың физикалық сапаттамалары. Ультрадыбысты алу жолдары. Ультрадыбыстың денемен әсері. Ультрадыбысты медицинада қолдану. Ультрадыбыстық зерттеу(УДЗ) аппараты. Ультрадыбыстық зерттеу аппаратының датчиктері. Сабақтың мақсаты: Ультрадыбыстың физикалық қасиетін және оны диагностикалық және терапиялық мақсатта қолданылуын қарастыру. Студенттерді ультрадыбысты пайдалануға негізделген «Алока SSD-630» диагностикалық аппаратпен таныстыру. Ультрадыбыс деп есту әсерін тудырмайтын, жиілігі 20 кГц-тен жоғары серпімді тербелістер мен толқындарды айтамыз. Көбіне мұндай тербелістерді электр тербеліс генераторы арқылы өндіріледі, ол магнитострикция немесе кері пьезоэлектрлік әсер құбылысына негізделген. Магнитострикция құбылысы – айнымалы магнит өрісінің әсерінен ферромагнитті өзекшенің созылу мен сығылуы, соның нәтижесінде оның айналысындағы ортада тербеліс пайда болады, бұл ультрадыбыс толқындары(1- сурет). 1 сурет
Ал кері пьезоэлектрлік әсер деп, айнымалы электр өрісінің әсерінен пьезоэлектр өзекшенің (пластиналарының) тербелуін айтамыз. Бұл кезде де оның айналасындағы ортада ультрадыбыс толқындары тарайды (2-сурет). 2 - сурет Екі жағдайда да металл өзекшеден немесе пьезo өзекшеден қоршаған ортаға көлденең ультрадыбысты толқындар тарайды, әсіресе ол резонансты жиіліктерде күшті(қатты) байқалады. Ультрадыбыстың таралу жылдамдығы дыбыс толқындарындай, бірақ толқын ұзындығы біршама кіші, сондықтан ультрадыбыс толқындары оңай фокусталады. Ультрадыбыс толқын интенсивтілігінің 1 сантиметр квадрат ауданға келетін қуаты ондаған ватт, ал фокусталғанда бірнеше жүздеген немесе мыңдаған ваттқа дейін жетеді. Ультрадыбысты медицинада терапиялық мақсатта пайдалану оның заттарға механикалық, физико-химиялық, биологиялық және жылулық әсер етуіне негізделген. УД-толқындарының механикалық әсері заттардың микроқұрылымының деформациясымен байланысты, яғни толқын әсерінен дене құрамындағы молекулалар тербеліске түседі. УД-толқындардың интенсивтілігі артқанда заттардың құрылымының бұзылуы байқалады. Бүйректегі тастарды майдалайтын УД-емдеу аппаратының жұмысы толқындардың осы қасиетіне негізделген. Ал сұйықтарда бұл кавитация тудырады, яғни сұйық ортада газ немесе сұйық буымен толтырылған микроқуыстар пайда болуы. Олар бір-біріне жақындандасып, біріккенде жарылыс тәрізді құбылыс орын алады. Бұл процесс ортаның иондануына, молекулалардың дисоциациялануына, сондай-ақ жылудың пайда болуына алып келеді. УД-толқындарының әсерімен вирустар, бактерияларды өлтіруге болады. Сондықтан оны стерилизациялауда пайдаланады. Ал УД-ның азға әсерінен жасуша мембранасының өтімділігі артады да, ұлпадағы зат алмасу процессі күшейеді. Медицинада 2–10 МГц аралығындағы УД-толқындары диагностикалық мақсаттарда қолданылады. УД толқындар өлшемі 1-3 мм болатын денелерді көруге мүмкіндік береді. Кез келген тығыз орта (оған түрлі ұлпалар мен ағзалар да кіреді) УД таралуына кедергі келтіреді, ортаның осындай қасиетін оның акустикалық кедергісі деп атайды. Ортаның акустикалық кедергісі ортаның тығыздығына және сол ортада тараған УД жылдамдығына тәуелді және бұл шамалар артқан сайын оның акустикалық кедергісі де артады. Ортаның акустикалық кедергісін «импеданс» деген терминмен сипаттайды. Ультрадыбыстық зерттеу (УДЗ) ультрадыбыстың тығыздықтағы түрлі ұлпалармен бөлініп тұрған шекарадан шағылу құбылысына негізделген. Акустикалық кедергісі екі түрлі ұлпа шекарасынан УД толқынның бір бөлігі кері шағылады, қалған бөлігі екінші ортада одан ары тарайды. УД толқынының ұлпа шекарасынан шағылу дәрежесі немесе шағылу коэффициенті, екі ортаның акустикалық кедергілерінің айырмашылығына тікелей тәуелді, айырмашылық көп болған сайын, шағылу дәрежесі де ұлғаяды, яғни дене мониторда жарық болып көрінеді, өйткені шағылған УД толқынының амплитудасы жоғары. Осы себепті УД толқыны ұлпа мен ауа шекарасыннан толық шағылады. Екі орта шекарасынан шағылған УД толқынның денеден шағылу уақытын өлшеу арқылы биообъектінің орналасу тереңдігін анықтауға, ал датчикті қозғалта отырып олардың пішінін көруге болады (3-сурет). 3- сурет УД қабылдаған датчиктен келген сигнал микропроцессорда өңделіп кескін түріне айналып, ПК мониторында көрінеді. Осы арқылы дәрігер ішкі мүше кескінін не бір бөлігін, мүшелердің пішінін (формасын) сондай-ақ ондағы жаңа пайда болған нәрселерді (ісік, тастар т.б.) көре алады. УД-толқындары сондай-ақ қан ағыны жылдамдығын өлшеуде де қолданылады. Бұл әдіс Доплер эффектісіне негізделген. Доплер эфффектісі деп – бір-біріне қатысты қозғалыс кезіндегі негізгі УД толқын мен оның шағылысқан толқыны арасындағы жиіліктің өзгеруін айтады. Жиілік айырмашылығы арқылы зерттелген дене қозғалысының жылдамдығын анықтауға болады. Мысалы, доплерография әдісінде датчиктен шыққан негізгі УД жиілігі қозғалыстағы эритроциттен шағылған ультрадыбыс жиілігінен өзгеше болады. Негізгі толқынмен салыстырғанда, шағылған ультрадыбыстың жиілігінің артуы немесе кемуі қан ағыны бағытына байланысты (датчикке-қарай немесе оған қарсы). Қан ағыны жылдамдығы қаншалықты үлкен болса, шағылған ультрадыбыс жиілігі соншалықты өзгереді. Осы мәліметтерді салыстыра отырып, УДЗ құралының микропроцессоры қан ағыны жылдамдығын есептейді. Осындай әдіспен анықталған дене жылдамдығынын мына өрнекпен есeптeуге болады: v = f vУД/2f0 , мұндағы v – өлшенетін дене жылдамдығы, f – түскен және шағылған УД жиіліктерінің айырымы, vУД - денеге бағытталған УД жылдамдығы, f0 – УД бастапқы жиілігі. Енді осы өрнекті қолданып мына мысалды қарастырайық: қан тамырындағы эритроциттің жылдамдығын Доплер әдісімен өлшеу кезінде қолданылған УД бастапқы жиілігі f0 = 100 000 Гц, жылдамдығы v=1500 м/с, жиіліктер айырымы f = 40 Гц тең болса, онда эритрициттің жылдадығы не тең болғаны ? v = f vУД/2f0 өрнегіне тиісті мәндерді қойсақ: v=401500/ 2100 000 = 0,3 м/с. Мына жайты ұмытпаңыз, УДЗ аппараты мұндай есептеулерді өзі жүргізеді, яғни дәрігерге соңғы дайын мәліметті мониторда көрсетеді. Қазіргі замаңғы УДЗ аппараты мынадай бөліктерден тұрады: CPU, процесссор - ол барлық есептеу жұмыстарын орындайды, яғни шағылып келген УД толқынды(сигналды) кескінге айналдырады, дененің түрлі өлшемдерін (уақытын, ұзындығын, ауданын, енін) анықтайды, т.б. функцияларды атқарады; УД датчик- ол ультра дыбысты шығарады және шағылысып келген УД қабылдайды, оны электр сигналына айналдырады; Дисплей(монитор)-УД зерттеу нәтижесінде анықталған дене кескін бақылауға арналған қондырғы; Датчикті басқару бөлігі- ол УД датчиктерге берілетін электрлік импульстардың сипатын өзгертеді; Қатты(hard) диск- зерттеу нәтижелерін сақтайтын орын. Курсор мен клавиатура- қажетті мәліметтерді енгізетін бөлік; Принтер- кескінді қағазға басып шығаратын қондырғы. Жалпы УДЗ құралы бірнеше күйде (режимде) жұмыс істейді, олар: «A, B, D, M, CFI, CWD, PW, TD» деп аталады. Енді осыларды талдайық. «А»(Аmplitude)- денеден шағылысып келген УД, амплитудасына сәйкес дисплейде кескін береді және барлық УДЗ аппараттар осы күйде жұмыс істейді. «А» күй офтальмологияда кең қолданылады. «B» (Brightness,2D) –шағылысып келген УД толқыны, амплитудасына сәйкес кескін 2D екі өлшемде және 256 реңкіде көрінеді. Бұл күй жүрек камераларын, клапындарын және қарыншаларды зерттеуде қолданылады. «D» - УДЗ аппараты Доплер эффектісін қосады, яғни қозғалыс жылдамдығын өлшейді. «CFI»(Color flow Doppler Imaging) –УДЗ аппаратында Доплер эффектісіне сәйкес пайда болатын кескін түрлі түсті болып келеді. Қан ағысының бағыттары әр түрлі түспен көрінеді, егер қан ағысы датчикке қарай бағытталса оның түсі мониторда - қызыл, кері бағытта ақса- көк түске боялады. Осы бағыттарға көлденең ақан қан ағысы -қара түсті болады. Ал қан ағысы турбулентті болса ол жасыл және ақ түсті болады. «CWD»(Continuous Wave Doppler) – тұрақты - толқындық доплер, датчик бір мезгілде УД толқынын шығарады және шағылғанды қабылдайды, осы арқылы жоғары жылдамдықтағы қан ағыстарын дәл анықтайды. Кемшілігі – шағылған толқынды толық қабылдай алмайды. «PW» (Pulsed Wabe Doppler) – импульсты - толқынды доплер, турбулентті және ламинарлы қан ағысын көруге мүмкіндік беретін күй(режим). Түрлі түсті Допрелге салыстырғанда қан ағысының бағыты мен жылдамдығын дәл өлшейді. Кемшілігі- үлкен жылдамдықтарды өлшеу мүмкіндігі төмен. «TD (Tissue Doppler) – ұлпа доплері, ұлпаның қозғалғыштық жылдамдығы мен миокардтың жиырылу қабілетін өлшейді. УДЗ аппаратында зерттелетін мүшенің орналасу тереңдігіне және өлшемдеріне байланысты мынадай датчиктер қолданылады: конвексті, секторлық және сызықтық (4-сурет). 1 2 3 4- сурет. Датчик түрлері: 1- конвексті, 2- секторлы, 3- сызықты датчиктер УД диагностикада негізінен жиілігі 2,5; 3,0; 3,5; 5,0; 7,5 МГц датчиктер қолданылады. Жиілігі 2,5 МГц УД-толқыны 24 сантиметрге дейін денеге енеді, 3-3,5 МГц – 16-18 сантиметрге дейін, 5 МГц – 9-12 см, 7,5 МГц – 4,5 сантиметрге дейін енеді. Датчиктің жиілігі аз болған сайын, сәуленің денеге ену тереңдігі жоғары болады. Бірақ бұл жағдайдағы ультрадыбыстың денені анық көру мұмкіндігі азаяды. УД-толқынының жиілігі жоғары болған сайын оның өте кішкентай нәрселерді анық байқау мүмкіндігі артады, бірақ денеге енуі тереңдігі төмендейді. Секторлық датчиктің корпусында бір пьезокерамикалық элемент орналасқан және ол 1,5 - 5 МГц жиіліктегі УД толқынды шығарады және қабылдайды ( 5- сурет). Секторлы датчиктің артықшылығы: бүкіл мүшені қамтиды, тереңдегі мен бақылау аймағының үлкендігі. Мысалы: бүйректі немесе шарананы толығымен көру; ультрадыбысқа арналған кішкене “мөлдір терезелер” арқылы көру. Мысалы, қабырға арасы арқылы жүректі түсіру, әйелдер мүшелерін зерттеу. Секторлы датчиктердің кемшіліктері: дене бетінен 3-4 см “көрінбейтін аймақтың” болуы (бұл аймақты секторлы датчикпен зерттеу мұмкін емес). датчиктің бір фокусты болуы. Фокустаудың мүмкіндік шекары үлкен болғандықтан секторлы датчиктер: ұзын фокусты (ішкі мүшелерді зерттеуде), орта фокусті (кардиологияда) және қысқа фокусті (балаларды зерттеуде, беткі мүшелерді зертетуде) болып бөлінеді. 5- сурет. Секторлы датчик Сызықты датчиктердің бақылау аймағының ені 5-8 см болады және ол 5- 15 МГц жиіліктегі УД толқынды шығарады және қаабылдайды. Сызықты датчиктің элементтері УДЗ аппаратының электронды блогы арқылы басқарылады. Сызықты датчиктің артықшылығы: “көрінбейтін аймақтың” аз болуы, беткі мүшелерді зерттеу мұмкіндігі; “динамикалық фокусировка” толқынның таралу бағыты бойынша бірнеше фокустың болуы, сол арқылы терең қабатты түсіруде жоғары айқындылықты қамтамасыз етеді. Сызықты датчиктің кемшіліктері: секторлы датчиктерге қарағанда терең қабаттарды бақылау аймағының тарлығы, яғни бүкіл мүшені толығымен бірден көрудің мүмкін болмауы; жүректі түсіру мүмкін еместігі және әйелдердің жыныс мүшелерін түсіру қиындығы. Сондықтан сызықты датчиктер абдоминальды мүшелерді (бауыр, бүйрек т.б.), акушерлікте шарананы зерттеуде ғана қолданылады. 6- сурет. Сызықты датчик Конвексті датчик 2-7,5 МГц УД толқынды шығарады және қабылдайды. УД денеге 25 см дейін ене алады. Сызықты датчиктер сияқты көптеген пьезокерамикалық элементтерден тұрады. Олар қисық (конвексті) бетімен орналасқан және сканердің электронды схемасымен қосылған. Конвексті датчиктердің де секторлы және сызықты датчиктер секілді артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Конвексті датчиктердің артықшылығы сызықтыға қарағанда дене бетіндегі зерттеу аймағы аз, ал терең қабатында көп. Сондықтан конвексті датчиктерді, сызықты датчиктермен көру мүмкін болмайтын аймақты зерттеуде қолдануға болады, мысалы: әйелдер жыныс мұшелерін. «Алока» фирмасы көлемдері шағын конвексті датчиктерді жасап шығарды. Олар қабырға аралық саңлау арқылы жүректі көруге мүмкіндік береді. Беткі мүшелерді зерттеуде сызықты датчиктерді қолданған дұрыс. Себебі конвекстіге қарағанда аз тереңдікте бақылау аймағы кең, «көрінбейтін аймақ» аз. Конвексті датчиктің тағы бір артықшылығы секторлыға (механикалық) салыстырғанда таза электронды, онда қозғалатын механикалық бөлік жоқ, динамикалық фокустауға ие, көрініс тереңдігінде бірнеше рет фокусталады, соған сәйкес жоғары сапалы ультрадыбыстық кескін алынады, яғни көру тереңдігінің мүмкіндік шекарасы артады. Конвексті датчиктердің дене бетіндегі бақылау аймағы секторлыға қарағанда кеңірек. Конвексті датчиктер әйелдер мүшелерін, абдоминальды мүшелерді зерттеуде, шарананы зерттеуде қолданылады. 7- сурет. Конвексты датчик «Алока» УДЗ аппараты құралы келесі мүшелерді ультрадыбыс арқылы көруге мүмкіндік береді: Жүректі. Ішкі мүшелерді (бауыр, бұйрек). Жыныс мүшелерін. Шарананы. Нәресте миын. Ерлер жыныс мұшелерін. Ұйқы және сүт бездерін. Ұйқы артериясын. Нәресте және үлкен адамдардың миын. Қан ағысының жылдамдығын. Дәрігер УДЗ нәтижесінде зертелінетін мүшенің біртектілігіне, олардың өлшемдеріне, тамырлардың күйіне және т.б. көрсеркіштерге басты назар аударады. Мысалы, қалыпты жағдайдағы адам бауырының УДЗ нәтижесі бойынша көрсеткіштері мынадай болуы тиіс: Бауырдың оң жақ бөлігінің алдыңғы – артқы өлшемі: 12,5 см дейін. Бауырдың сол жақ бөлігінің алдыңғы – артқы өлшемі: 7 см дейін. Қақпа венасының диаметрі: 3 мм дейін. Жалпы өт жолының өлшемі: 6-8 см дейін. Бауыр құрылымы: біртекті. Бауыр шеттері: тегіс. Ал жас балардың УЗД көрсеткіштері олардың жасына байланысты болады. Төмендегі суретте бауыр эхограмасы берілген. 8- сурет. Бауыр эхограммасы «Алока SSD-630» құралының негізгі басқару бөліктері: монитор, датчиктер, датчиктерді қосатын ұя. Ол құралдың оң жақ бүйірінде (бөлігінде) орналасқан. Сондай-ақ монитордағы кескінді принтер арқылы шығаратын бөлік және құралдың сол жақ бүйрінде (бөлігінде) оны жұмысқа қосатын «сеть» тумблері орналасқан. Негізгі басқару панелінде мыналар орналасқан (7 сурет): Суреттегі 1- курсорды жылжытып объектінің ауданын, сызықтық өлшемдерін анықтауға арналған шар(мышка-тышқан); 2- көрністі суретке түсіру тетігі; 3- көрінген кескіннің геометриялық өлшемдерін анықтауды таңдау(ауданын, ұзындығын, көлемін т.б.)тетігі. 4-алдын-ала программаланған тапсырмаларды орындауға арналған көп функционалды қосқыштар(акушерлік, кардио); 5-датчиктерді таңдау қосқыштары; 6-әріптік сандық мәтін жазуға арналған пернетақта (клавиатура); 7- монитор; 8-датчиктерді «М», «В» немесе «МВ» режимінде жұмысқа қосу қосқыштары; 9- режимді таңдау тетігі; 10- датчиктер тұтатын ұя; 11-монитордағы көрністің жарықтығын, анықтығын реттейтін тетіктер; 11- «+» және «Х» курсор белгілерін таңдау тетігі; 12- монитордағы кескінді тоқтату түймесі (стоп-кадр). 13- кескінді қалыңдығы (тереңдігі) бойынша анық көрсетуді реттегіш тетік; 7 сурет. Алока SSD-630» құралын басқару панель Енді мына тапсырмалады орындаййық: 1 – тапсырма. Аппараттың техникалық мүмкіндігімен танысып, қажетті мәліметтерді 1 кестеге ендіріңіз. 1 кесте
2. Аппараттың сыртқы көрінісін сызып, оның негізгі басқару тетіктерін белгіле. 2 – тапсырма. Аппаратты жұмысқа дайындау. а) аппараттың сол жағында орналасқан «сеть» тумблерін қосыңыз. б) зерттеуге қажет датчикте таңдаңыз және оны тиісті ұясына қосыңыз. в) зерттеуді бастаңыз(оқытушы немесе дәрігер көмегімен). г) принтер арқылы зертелген кескінді қағазға шығарыңыз д) нәтижесін оқытушыға көрсетіңіз. жүктеу/скачать 11,48 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||