سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في مختلف الوسائط. المبادئ الفيزيائية للتصوير بالموجات فوق الصوتية للأنسجة والأعضاء البشرية

تسمى الموجات فوق الصوتية الموجات الميكانيكية الطولية بترددات تذبذب أعلى من 20 كيلو هرتز. مثل الموجات الصوتية ، فإن الموجة فوق الصوتية هي تناوب في التكثيف وخلخلة الوسط. في كل وسيط ، تكون سرعة انتشار كل من الصوت والموجات فوق الصوتية هي نفسها. في ضوء ذلك ، يكون طول الموجات فوق الصوتية في الهواء أقل من 17 مم (V = λ * ν ؛ فير = 330 م / ث).

مصادر الموجات فوق الصوتية هي بواعث كهروميكانيكية خاصة. يعمل نوع واحد من بواعث على أساس ظاهرة التضيق المغناطيسي ، عندما تتغير أبعاد أجسام معينة (على سبيل المثال ، قضيب من النيكل) في مجال مغناطيسي متناوب. تتيح هذه المرسلات الحصول على تذبذبات بترددات من 20 إلى 80 كيلو هرتز. من مصدر تيار متناوب مع الترددات المشار إليها ، يتم تطبيق جهد على قضيب من النيكل ، ويتغير الحجم الطولي للقضيب مع تردد التيار المتردد ، وتنبعث موجة فوق صوتية من الوجوه الجانبية للعينة (الشكل. 4).

النوع الثاني من المشعات يعمل على أساس التأثير الكهروإجهادي ، عندما تتغير أبعاد أجسام معينة - مواد مصنوعة من الحديد الكهروضوئي - في مجال كهربائي متناوب. بالنسبة لهذا النوع من المشعات ، يمكن الحصول على تذبذبات تردد أعلى - حتى 500 ميجا هرتز. من مصدر التيار المتناوب ، يتم تطبيق الجهد أيضًا على الوجوه الجانبية للقضيب المصنوع من الحديد الكهروضوئي (الكوارتز ، التورمالين) ، بينما يتغير الحجم الطولي للقضيب مع تردد التيار المتردد ، وتنبعث موجة فوق صوتية من الوجوه الجانبية للعينة (الشكل 5). في كلتا الحالتين الأولى والثانية ، تنبعث الموجات فوق الصوتية بسبب اهتزازات الوجوه الجانبية للقضيب ؛ وفي الحالة الأخيرة ، يتم تعدين هذه الوجوه لتوفير التيار للعينة.

تعمل مستقبلات الموجات فوق الصوتية على مبدأ الظواهر العكسية للتضيق المغناطيسي والتأثير الكهروضغطي: تسبب الموجات فوق الصوتية تقلبات في الأبعاد الخطية للأجسام ، عندما تكون الأجسام في مجال الموجات فوق الصوتية ، فإن تقلبات الحجم مصحوبة بظهور إما مغناطيسي متناوب أو الحقول الكهربائية المتناوبة في المادة. يتم تسجيل هذه الحقول ، التي تظهر في المستشعر المقابل ، بواسطة بعض المؤشرات ، على سبيل المثال ، راسم الذبذبات. كلما زادت كثافة الموجات فوق الصوتية ، زادت السعة الاهتزازات الميكانيكيةالعينة - المستشعر وزاد اتساع المجالات المغناطيسية أو الكهربائية الناتجة.

ملامح الموجات فوق الصوتية.

كما ذكر أعلاه ، في كل وسيط ، تكون سرعة انتشار كل من الصوت والموجات فوق الصوتية هي نفسها. أهم ما يميز الموجات فوق الصوتية هو ضيق شعاع الموجات فوق الصوتية الذي يسمح لك بالتأثير على أي جسم. محليا. في الوسائط غير المتجانسة ذات عدم التجانس الصغير ، عندما تكون أحجام الشوائب مساوية تقريبًا لطول الموجة (L ≈ λ) ولكنها أكبر منها ، تحدث ظاهرة الانعراج. إذا كانت أبعاد الشوائب أكبر بكثير من الطول الموجي (L >>) ، فإن انتشار الموجات فوق الصوتية يكون مستقيمًا. في هذه الحالة ، من الممكن الحصول على ظلال فوق صوتية من هذه الادراج ، والتي تستخدم عندما أنواع مختلفةالتشخيصات - الفنية والطبية. نقطة نظرية مهمة في استخدام الموجات فوق الصوتية هي مرور الموجات فوق الصوتية من وسط إلى آخر. لا تتغير خاصية الموجات مثل التردد في هذه الحالة. على العكس من ذلك ، يمكن أن تتغير السرعة والطول الموجي في هذه الحالة. إذن في الماء تكون سرعة الموجات الصوتية 1400 م / ث ، بينما في الهواء 330 م / ث. يتميز تغلغل الموجات فوق الصوتية في وسط آخر بمعامل الاختراق (β). يتم تعريفه على أنه نسبة شدة الموجة التي تدخل الوسيط الثاني إلى شدة الموجة الساقطة: β = أنا 2 / أنا 1- الشكل 6. يعتمد هذا المعامل على نسبة الممانعات الصوتية للوسيطتين. المعاوقة الصوتية هي نتاج كثافة الوسيط وسرعة انتشار الموجة في وسط معين: Z 1 \ u003d ρ 1 * V 1 ، Z 2 \ u003d ρ 2 * V 2.معامل الاختراق هو الأكبر - قريب من الوحدة ، إذا كانت الممانعات الصوتية للوسيطتين متساوية تقريبًا: ρ 1 * V 1 ،≈ ρ 2 * V 2. إذا كانت مقاومة الوسيط الثاني أكبر بكثير من الأولى ، فإن معامل الاختراق لا يكاد يذكر. في الحالة العامة ، يتم حساب المعامل β بالصيغة:

لانتقال الموجات فوق الصوتية من الهواء إلى جلد الإنسان β = 0.08٪ ، للانتقال من الجلسرين إلى الجلد β = 99.7٪.

امتصاص الموجات فوق الصوتية في مختلف الوسائط.

في الوسائط المتجانسة ، يتم امتصاص الموجات فوق الصوتية ، مثل أي نوع من الإشعاع - وفقًا للقانون دالة أسية:

قيمة L '- تسمى طبقة نصف الامتصاص - هي المسافة التي تنخفض عندها كثافة الموجة إلى النصف. تعتمد طبقة نصف الامتصاص على تردد الموجات فوق الصوتية والأنسجة نفسها - الجسم. مع زيادة التردد ، تنخفض قيمة L 1/2. بالنسبة لأنسجة الجسم المختلفة ، تحدث القيم التالية لدرجة امتصاص الموجات فوق الصوتية:

مستوى	ماء	الدم	غضروف	عظم
L '	300 سم	2-8 سم	0.24 سم	0.05 سم

تأثير الموجات فوق الصوتية على أنسجة الجسم.

هناك ثلاثة أنواع من عمل الموجات فوق الصوتية:

ميكانيكي،

حراري

المواد الكيميائية.

يتم تحديد درجة تأثير نوع أو آخر من خلال الشدة. في هذا الصدد ، في الطب ، هناك ثلاثة مستويات من شدة الموجات فوق الصوتية:

المستوى الأول - حتى 1.5 واط / سم 2 ،

المستوى 2 - من 1.5 إلى 3 واط / سم 2 ،

المستوى 3 - من 3 إلى 10 واط / سم 2.

ترتبط جميع أنواع تأثير الموجات فوق الصوتية الثلاثة على الأنسجة بظاهرة التجويف - وهي قصيرة المدى (نصف فترات تذبذب جزيئات الوسط) ظهور تجاويف مجهرية في الأماكن التي يتخلخل فيها الوسط. تمتلئ هذه التجاويف بالبخار السائل وفي المرحلة ضغط دم مرتفع(النصف الآخر من فترة تذبذب جزيئات الوسط) ، تنهار التجاويف المتكونة. عند شدة الموجات العالية ، يمكن أن يؤدي انهيار التجاويف التي تحتوي على أبخرة سائلة فيها إلى تأثير ميكانيكي مدمر. بطبيعة الحال ، يصاحب انهيار الفجوات الصغيرة تأثير حراري. ترتبط عملية انهيار التجاويف الصغيرة أيضًا بالعمل الكيميائي للموجات فوق الصوتية ، حيث تصل جزيئات الوسط في هذه الحالة إلى سرعات عالية من الحركة الانتقالية ، مما قد يتسبب في حدوث ظاهرة التأين والتمزق. روابط كيميائية، تشكيل الراديكاليين. يمكن أن تتفاعل الجذور الناتجة مع البروتينات ، اللمبيدات ، احماض نوويةوتسبب تأثيرات غير مرغوب فيها ذات طبيعة كيميائية.

6. ملامح تدفق الدم من خلال الأوعية الكبيرة ، والأوعية المتوسطة والصغيرة ، والشعيرات الدموية.
تدفق الدم أثناء تضيق الأوعية ، المؤثرات الصوتية.

يختلف معدل تدفق الدم في الأوعية المختلفة. يتم عرض القيم التقريبية لهذه السرعة في الجدول. 2.1.

الجدول 2.1. سرعة وضغط الدم في الأوعية المختلفة

للوهلة الأولى ، يبدو أن القيم المعطاة تتعارض مع معادلة الاستمرارية - في الشعيرات الدموية الرقيقة ، تكون سرعة تدفق الدم أقل مما هي عليه في الشرايين. ومع ذلك ، فإن هذا التناقض واضح. النقطة المهمة هي أن الجدول يوضح الشكل 2.1 قطر وعاء واحد ، ولكن مع تفرع الأوعية ، تقل مساحة كل منها ، وتزداد مساحة التفرع الكلية. وبالتالي ، فإن المساحة الإجمالية لجميع الشعيرات الدموية (حوالي 2000 سم 2) أكبر بمئات المرات من مساحة الشريان الأورطي - وهذا ما يفسر انخفاض سرعة الدم في الشعيرات الدموية (500-600 مرة أقل من الشريان الأورطي ).

في المستقبل ، عندما تندمج الشعيرات الدموية في الأوردة ، في الأوردة ، حتى الوريد الأجوف ، ينخفض ​​إجمالي تجويف الأوعية مرة أخرى ويزداد معدل تدفق الدم مرة أخرى. ومع ذلك ، وبسبب عدد من الأسباب ، فإن سرعة تدفق الدم عند دخول الوريد الأجوف إلى القلب لا تزيد إلى القيمة الأولية ، بل تصل تقريبًا إلى منها (الشكل 2.7).

الأوردة الشرايين الشرايين الشعيرات الدموية الأوردة الأوردة الوريد الأجوف

أرز. 2.7. توزيع سرعات تدفق الدم في الأقسام المختلفة

من نظام القلب والأوعية الدموية

في الشعيرات الدموية والأوردة ، يكون تدفق الدم ثابتًا ؛ في أجزاء أخرى من نظام القلب والأوعية الدموية ، موجات النبض.

تسمى موجة الضغط المتزايد التي تنتشر عبر الأبهر والشرايين ، والناجمة عن خروج الدم من البطين الأيسر للقلب أثناء الانقباض ، بموجة النبض.

عندما تنقبض عضلة القلب (الانقباض) ، يتم إخراج الدم من القلب إلى الشريان الأورطي والشرايين الممتدة منه. إذا كانت جدران هذه الأوعية صلبة ، فإن الضغط الناشئ في الدم عند مخرج القلب سينتقل إلى المحيط بسرعة الصوت. ومع ذلك ، فإن مرونة جدران الأوعية تؤدي إلى حقيقة أنه خلال الانقباض ، فإن الدم الذي يدفعه القلب للخارج يمتد الأبهر والشرايين والشرايين. ترى الأوعية الكبيرة خلال الانقباض دمًا أكثر مما يتدفق إلى المحيط. عادة ما يكون الضغط الانقباضي (P C) للشخص حوالي 16 كيلو باسكال. أثناء استرخاء القلب (الانبساط) ، تهدأ الأوعية الدموية المنتفخة وتتحول الطاقة الكامنة التي يرسلها القلب إليها من خلال الدم إلى الطاقة الحركية لتدفق الدم ، مع الحفاظ على ضغط انبساطي (D) يقارب 11 كيلو باسكال.

R ، Pa R ، Pa

1 - في الشريان الأورطي 2 - في الشرايين

أرز. 2.8. تقلبات الضغط في الأوعية أثناء مرور الموجات النبضية

اتساع الموجة النبضية P 0 (x) (ضغط النبض) هو الفرق بين قيم الضغط القصوى والدنيا عند نقطة معينة من الوعاء (x). في بداية الشريان الأبهر ، سعة الموجة Р 0 ، max تساوي الفرق بين الضغط الانقباضي (Р С) والضغط الانبساطي (Р D): Р 0 ، max = Р С - Р D. يمكن تمثيل سعة موجة النبض أثناء انتشارها على طول الأوعية من خلال الاعتماد:

حيث β هو معامل التوهين الذي يزداد مع تناقص نصف قطر الوعاء.

إن سرعة انتشار الموجة النبضية المقاسة تجريبياً هي »6 - 8 م / ث ، أي 20 - 30 مرة أكبر من سرعة حركة جزيئات الدم = 0.3 - 0.5 م / ث. خلال وقت طرد الدم من البطينين (زمن الانقباض) t s \ u003d 0.3 s ، يكون لموجة النبض الوقت للانتشار إلى مسافة

L p \ u003d t s "2 م ،

أي لتغطية جميع الأوعية الكبيرة - الشريان الأورطي والشرايين. هذا يعني أن مقدمة موجة النبض ستصل إلى الأطراف قبل أن يبدأ انخفاض الضغط في الشريان الأورطي.

التحديد التجريبي لسرعة موجة النبض هو الأساس لتشخيص حالة الأوعية الدموية. مع تقدم العمر ، تزداد مرونة الأوعية الدموية بمقدار 2-3 مرات ، وبالتالي تزداد سرعة موجة النبض أيضًا.

كما يتضح من التجارب والأفكار العامة حول عمل القلب ، فإن موجة النبض ليست جيبية.

(متناسق) (الشكل 2.9).

1- الشريان بعد اجتيازه 2- يمر عبر الشريان

موجة النبض أمام موجة النبض

3- موجة نبضية في الشريان 4- انخفاض في ضغط الدم المرتفع

أرز. 2.9 لمحة عن شريان أثناء مرور موجة نبضية.

تعتمد سرعة الموجة النبضية في السفن الكبيرة على معلماتها على النحو التالي (صيغة Moens-Korteweg):

، حيث E هو معامل المرونة (معامل يونج) ؛ ρ هي كثافة مادة الوعاء ؛ ح هو سمك جدار الوعاء الدموي ؛ د هو قطر الوعاء.

من المثير للاهتمام مقارنة هذه الصيغة بالتعبير عن سرعة انتشار الصوت في قضيب رفيع:

، E - معامل يونغ ؛ ρ - كثافة مادة القضيب

في البشر ، مع تقدم العمر ، يزداد معامل مرونة الأوعية الدموية ، وبالتالي تزداد سرعة موجة النبض أيضًا.

إلى جانب الموجة النبضية في نظام "الأوعية الدموية" ، يمكن أيضًا أن تنتشر الموجات الصوتية ، وسرعتها عالية جدًا مقارنة بسرعة حركة جزيئات الدم وسرعة الموجة النبضية. وبالتالي ، في نظام الأوعية الدموية ، يمكن التمييز بين ثلاث عمليات رئيسية للحركة:

1) حركة جزيئات الدم (= 0.5 م / ث) ؛

2) انتشار موجة النبض (~ 10 م / ث) ؛

3) انتشار الموجات الصوتية (1500 م / ث).

عادةً ما يكون تدفق الدم في الشرايين صفحيًا ، مع حدوث اضطراب طفيف بالقرب من الصمامات. في علم الأمراض ، عندما تكون اللزوجة أقل من الطبيعي ، قد يتجاوز رقم رينولد القيمة الحرجة وستصبح الحركة مضطربة. يرتبط التدفق المضطرب باستهلاك إضافي للطاقة أثناء حركة السوائل ، مما يؤدي في حالة الدم إلى عمل إضافي للقلب.

يمكن استخدام الضوضاء الناتجة عن تدفق الدم المضطرب لتشخيص الأمراض. تسمع هذه الضوضاء على الشريان العضدي عند قياس ضغط الدم باستخدام طريقة صوت كوروتكوف.

عادة ما يكون تدفق الهواء في التجويف الأنفي رقائقيًا. ومع ذلك ، مع الالتهاب أو أي خلل آخر ، يمكن أن يصبح مضطربًا ، مما يستلزم عملًا إضافيًا لعضلات الجهاز التنفسي.

لا يحدث الانتقال من التدفق الصفحي إلى التدفق المضطرب فقط مع التدفق في الأنبوب (القناة) ، ولكنه يتميز تقريبًا بجميع تدفقات المائع اللزج. على وجه الخصوص ، يتدفق السائل حول المظهر الجانبي للسفينة أو الغواصة ، كما يتميز جسم السمكة أو جناح طائرة أو طائر بانتقال صفيحي مضطرب ، في حين أن الحجم المميز للجسم الانسيابي وثابت اعتمادًا على شكل الجسم يجب استبداله في الصيغة.

معلومات مماثلة.

تتراوح سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الخرسانة من 2800 إلى 4800 م / ث ، اعتمادًا على هيكلها وقوتها (الجدول 2.2.2).

الجدول 2.2.2

مواد	ρ ، جم / سم 3	الخامسص ص ، م / ث
صلب	7.8
دورالومين	2.7
نحاس	8.9
شبكي	1.18
زجاج	3.2
هواء	1.29 × 10-3
ماء	1.00
زيت نقل	0.895
البارافين	0.9
ممحاة	0.9
جرانيت	2.7
رخام	2.6
الخرسانة (أكثر من 30 يومًا)	2.3-2.45	2800-4800
قالب طوب:
سيليكات	1.6-2.5	1480-3000
طين	1.2-2.4	1320-2800
المحلول:
يبني	1.8-2.2	1930-3000
جير	1.5-2.1	1870-2300

يعد قياس مثل هذه السرعة في مناطق صغيرة نسبيًا (في المتوسط ​​0.1-1 م) مشكلة فنية معقدة نسبيًا لا يمكن حلها إلا بمستوى عالٍ من تطوير الإلكترونيات الراديوية. من بين جميع الطرق الموجودة لقياس سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية من حيث امكانية تطبيقها للاختبار مواد بناءيمكن تمييز ما يلي:

طريقة مقياس التداخل الصوتي ؛

طريقة الرنين

طريقة موجة السفر

طريقة الاندفاع.

لقياس سرعة الموجات فوق الصوتية في الخرسانة ، يتم استخدام طريقة النبض على نطاق واسع. يعتمد على الإرسال المتكرر لنبضات الموجات فوق الصوتية القصيرة بمعدل تكرار 30-60 هرتز إلى الخرسانة وقياس وقت انتشار هذه النبضات على مسافة معينة ، تسمى قاعدة السبر ، أي

لذلك ، من أجل تحديد سرعة الموجات فوق الصوتية ، من الضروري قياس المسافة التي تقطعها النبضة (قاعدة السبر) ، والوقت الذي تستغرقه الموجات فوق الصوتية للانتشار من مكان البث إلى الاستقبال. يمكن قياس قاعدة الصوت بأي جهاز بدقة 0.1 مم. يتم قياس وقت انتشار الموجات فوق الصوتية في معظم الأجهزة الحديثة عن طريق ملء البوابات الإلكترونية بنبضات عد عالية التردد (تصل إلى 10 ميجاهرتز) ، والتي تتوافق بدايتها مع لحظة انبعاث النبض ، وتتوافق النهاية مع لحظة وصولها في المتلقي. يظهر مخطط وظيفي مبسط لمثل هذا الجهاز في الشكل. 2.2.49.

المخطط يعمل على النحو التالي. يولد المذبذب الرئيسي 1 نبضات كهربائية بتردد من 30 إلى 50 هرتز ، اعتمادًا على تصميم الجهاز ، ويبدأ مولدًا عالي الجهد 2 ، والذي يولد نبضات كهربائية قصيرة بسعة 100 فولت. تدخل هذه النبضات إلى الباعث ، حيث يتم تحويلها ، باستخدام التأثير الكهروإجهادي ، إلى حزمة (من 5 إلى 15 قطعة) من الاهتزازات الميكانيكية بتردد 60-100 كيلو هرتز ويتم إدخالها من خلال التزييت الصوتي في المنتج الخاضع للرقابة. في الوقت نفسه ، تفتح البوابة الإلكترونية المليئة بنبضات العد ، ويتم تشغيل الماسح الضوئي ، وتبدأ حركة شعاع الإلكترون على طول شاشة أنبوب أشعة الكاثود (CRT).

أرز. 2.2.49. مخطط وظيفي مبسط لجهاز الموجات فوق الصوتية:

1 - المولد الرئيسي ؛ 2 - مولد النبضات الكهربائية ذات الجهد العالي ؛ 3 - باعث النبضات فوق الصوتية. 4 - عنصر خاضع للرقابة ؛ 5 - المتلقي ؛ 6 - مكبر للصوت 7 - مولد تشكيل البوابة ؛ 8 - مولد نبضات العد ؛ 9 - ماسح ضوئي 10 - مؤشر 11 - معالج 12 - كتلة إدخال المعامل ؛ 13- مؤشر رقمي للقيم ر ، ف ، ص

موجة الرأس لحزمة من التذبذبات الميكانيكية فوق الصوتية ، بعد أن مرت عبر المنتج المتحكم فيه بطول L ، أثناء قضاء الوقت t ، تدخل جهاز الاستقبال 5 ، حيث يتم تحويلها إلى حزمة من النبضات الكهربائية.

يتم تضخيم الدفقة الواردة من النبضات في مكبر الصوت 6 وتدخل الماسح الرأسي للتحكم البصري على شاشة CRT ، وتغلق النبضة الأولى لهذه الدفعة البوابة ، مما يوقف وصول نبضات العد. وهكذا ، كانت البوابات الإلكترونية مفتوحة لعد النبضات من لحظة انبعاث الاهتزازات فوق الصوتية حتى لحظة وصولها إلى جهاز الاستقبال ، أي. الوقت ر. بعد ذلك ، يقوم العداد بحساب عدد نبضات العد التي ملأت البوابة ، ويتم عرض النتيجة على المؤشر 13.

تحتوي بعض الأجهزة الحديثة ، مثل "Pulsar-1.1" ، على معالج ووحدة إدخال معامل ، وبمساعدتها يتم حل المعادلة التحليلية لاعتماد "قوة السرعة" ، والوقت t ، والسرعة V ، وقوة الخرسانة R يتم عرضها على الشاشة الرقمية.

لقياس سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الخرسانة ومواد البناء الأخرى في الثمانينيات ، تم إنتاج أجهزة الموجات فوق الصوتية UKB-1M و UK-10P و UK-10PM و UK-10PMS و UK-12P و UF-90PTs و Beton-5 بكميات كبيرة ، والتي هي نفسها موصى بها جيدًا.

على التين. يظهر الشكل 2.2.50 نظرة عامة على الجهاز UK-10PMS.

أرز. 2.2.50. جهاز الموجات فوق الصوتية UK-10PMS

العوامل المؤثرة في سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الخرسانة

يمكن تقسيم جميع المواد في الطبيعة إلى مجموعتين كبيرتين ، متجانسة نسبيًا ودرجة كبيرة من عدم التجانس أو عدم التجانس. تشمل المواد المتجانسة نسبيًا مواد مثل الزجاج والماء المقطر ومواد أخرى ذات كثافة ثابتة في ظل الظروف العادية وغياب شوائب الهواء. بالنسبة لهم ، فإن سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في ظل الظروف العادية ثابتة تقريبًا. في المواد غير المتجانسة ، والتي تشمل معظم مواد البناء ، بما في ذلك الخرسانة ، والبنية الداخلية ، وتفاعل الجسيمات الدقيقة والعناصر المكونة الكبيرة ليس ثابتًا في الحجم والوقت. يشتمل هيكلها على مسام متناهية الصغر وشقوق كبيرة يمكن أن تكون جافة أو مملوءة بالماء.

الترتيب المتبادل للجزيئات الكبيرة والصغيرة أيضًا غير مستقر. كل هذا يؤدي إلى حقيقة أن كثافة وسرعة انتشار الموجات فوق الصوتية فيها ليست ثابتة وتتقلب على نطاق واسع. في الجدول. يوضح الشكل 2.2.2 قيم الكثافة ρ وسرعة انتشار الموجات فوق الصوتية V لبعض المواد.

بعد ذلك ، سننظر في كيفية تأثير التغييرات في معلمات الخرسانة مثل القوة والتركيب ونوع الركام الخشن وكمية الأسمنت والرطوبة ودرجة الحرارة ووجود التعزيز على سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الخرسانة. هذه المعرفة ضرورية لإجراء تقييم موضوعي لإمكانية اختبار قوة الخرسانة بطريقة الموجات فوق الصوتية ، وكذلك لإزالة عدد من الأخطاء في التحكم المرتبطة بتغيير في هذه العوامل.

تأثير قوة الخرسانة

تظهر الدراسات التجريبية أنه مع زيادة قوة الخرسانة ، تزداد سرعة الموجات فوق الصوتية.

ويفسر ذلك حقيقة أن قيمة السرعة ، وكذلك قيمة القوة ، تعتمد على حالة روابط البنية التحتية.

كما يتضح من الرسم البياني (الشكل 2.2.51) ، فإن الاعتماد على "قوة السرعة" للخرسانة ذات التركيبات المختلفة ليس ثابتًا ، ويترتب على ذلك أن العوامل الأخرى ، بالإضافة إلى القوة ، تؤثر أيضًا على هذا الاعتماد.

أرز. 2.2.51. العلاقة بين سرعة الموجات فوق الصوتية V والقوة R c للخرسانة من التراكيب المختلفة

ولسوء الحظ فإن بعض العوامل تؤثر على سرعة الموجات فوق الصوتية أكثر من قوتها ، وهو ما يعد من العيوب الخطيرة لطريقة الموجات فوق الصوتية.

إذا أخذنا الخرسانة ذات التكوين الثابت ، وقمنا بتغيير القوة من خلال اعتماد W / C مختلفة ، فسيكون تأثير العوامل الأخرى ثابتًا ، وسوف تتغير سرعة الموجات فوق الصوتية فقط من قوة الخرسانة. في هذه الحالة ، سيصبح الاعتماد على "قوة السرعة" أكثر تحديدًا (الشكل 2.2.52).

أرز. 2.2.52. الاعتماد على "قوة السرعة" لتكوين ثابت للخرسانة ، تم الحصول عليها في مصنع السلع الخرسانية رقم 1 في سامراء

تأثير نوع الاسمنت وعلامته التجارية

بمقارنة نتائج اختبار الخرسانة على الأسمنت البورتلاندي العادي وعلى أنواع الأسمنت الأخرى ، يمكن استنتاج أن التركيب المعدني له تأثير ضئيل على الاعتماد على "قوة السرعة". التأثير الرئيسي هو محتوى سيليكات ثلاثي الكالسيوم ودقة طحن الأسمنت. العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على علاقة "قوة السرعة" هو استهلاك الأسمنت لكل 1 م 3 من الخرسانة ، أي جرعته. مع زيادة كمية الأسمنت في الخرسانة ، تزداد سرعة الموجات فوق الصوتية بشكل أبطأ من القوة الميكانيكية للخرسانة.

يفسر ذلك من خلال حقيقة أنه عند المرور عبر الخرسانة ، تنتشر الموجات فوق الصوتية في كل من الركام الخشن وفي جزء الملاط الذي يربط الحبيبات الكلية ، وتعتمد سرعتها إلى حد كبير على سرعة الانتشار في الركام الخشن. ومع ذلك ، فإن قوة الخرسانة تعتمد بشكل أساسي على قوة مكون الملاط. يظهر تأثير كمية الأسمنت على قوة الخرسانة وسرعة الموجات فوق الصوتية في الشكل. 2.2.53.

أرز. 2.2.53. تأثير جرعة الأسمنت على التبعية

"قوة السرعة"

1-400 كجم / م 3 ؛ 2-350 كجم / م 3 ؛ 3 - 300 كجم / م 3 ؛ 4 - 250 كجم / م 3 ؛ 5 - 200 كجم / م 3

تأثير نسبة الماء إلى الأسمنت

مع انخفاض W / C ، تزداد كثافة وقوة الخرسانة ، على التوالي ، تزداد سرعة الموجات فوق الصوتية. مع زيادة W / C ، لوحظ وجود علاقة عكسية. وبالتالي ، لا يؤدي التغيير في W / C إلى حدوث انحرافات كبيرة في الاعتماد الثابت "قوة السرعة. لذلك ، عند إنشاء منحنيات معايرة لتغيير قوة الخرسانة ، يوصى باستخدام W / C.

مشاهدة ملف Influenceو كمية الركام الخشن

نوع وكمية الحشو الخشن لهما تأثير كبير على التغيير في الاعتماد على "قوة السرعة". سرعة الموجات فوق الصوتية في الركام ، خاصة في مثل الكوارتز والبازلت والحجر الجيري الصلب والجرانيت ، أعلى بكثير من سرعة انتشارها في الخرسانة.

يؤثر نوع وكمية الركام الخشن أيضًا على قوة الخرسانة. من المقبول عمومًا أنه كلما كان الركام أقوى ، زادت قوة الخرسانة. لكن في بعض الأحيان ، يتعين عليك التعامل مع هذه الظاهرة عندما يسمح لك استخدام الحجر المكسر الأقل متانة ، ولكن مع السطح الخشن ، بالحصول على الخرسانة بقيمة Re أعلى من استخدام الحصى المتين ، ولكن بسطح أملس.

مع تغيير طفيف في استهلاك الحجر المسحوق ، تتغير قوة الخرسانة قليلاً. في الوقت نفسه ، فإن مثل هذا التغيير في كمية الحشو الخشن له تأثير كبير على سرعة الموجات فوق الصوتية.

نظرًا لأن الخرسانة مشبعة بالحجر المكسر ، تزداد قيمة السرعة فوق الصوتية. يؤثر نوع وكمية الركام الخشن على رابطة "السرعة - القوة" أكثر من العوامل الأخرى (الشكل 2.2.54 - 2.2.56)

أرز. 2.2.54. تأثير وجود الركام الخشن على الاعتماد على "قوة السرعة":

1 - حجر الاسمنت 2 - الخرسانة ذات الأحجام الكلية حتى 30 مم

أرز. 2.2.55. الاعتماد على "قوة السرعة" للخرسانة بنقاوة مختلفة من الركام: 1-1 مم ؛ 2-3 مم ؛ 3-7 مم ؛ 4-30 ملم

أرز. 2.2.56. الاعتماد على "قوة السرعة" للخرسانة مع حشو من:

1-الحجر الرملي 2-الحجر الجيري. 3-الجرانيت 4-بازلت

يمكن أن نرى من الرسوم البيانية أن زيادة كمية الحجر المكسر لكل وحدة حجم من الخرسانة أو زيادة سرعة الموجات فوق الصوتية فيها يؤدي إلى زيادة سرعة الموجات فوق الصوتية في الخرسانة بشكل أكثر كثافة من القوة.

تأثير الرطوبة ودرجة الحرارة

محتوى الرطوبة في الخرسانة له تأثير غامض على قوتها وسرعتها فوق الصوتية. مع زيادة محتوى الرطوبة في الخرسانة ، تقل قوة الانضغاط بسبب التغيير في الروابط بين البلورات ، لكن سرعة الموجات فوق الصوتية تزداد ، حيث تمتلئ مسام الهواء والشقوق الدقيقة بالماء ، أأسرع في الماء منه في الهواء.

درجة حرارة الخرسانة في حدود 5-40 درجة مئوية ليس لها أي تأثير عمليًا على القوة والسرعة ، ولكن زيادة درجة حرارة الخرسانة المتصلدة إلى ما بعد النطاق المحدد تؤدي إلى انخفاض في قوتها وسرعتها بسبب زيادة في الداخل شقوق صغيرة.

في درجات الحرارة السلبية ، تزداد سرعة الموجات فوق الصوتية بسبب تحول الماء غير المرتبط إلى جليد. لذلك ، لا ينصح بتحديد قوة الخرسانة بطريقة الموجات فوق الصوتية عند درجة حرارة سالبة.

انتشار الموجات فوق الصوتية في الخرسانة

الخرسانة في هيكلها هي مادة غير متجانسة ، والتي تشمل جزء الملاط والركام الخشن. جزء الملاط ، بدوره ، عبارة عن حجر إسمنتي مقوى يحتوي على جزيئات من رمل الكوارتز.

اعتمادًا على الغرض من الخرسانة وخصائص قوتها ، تختلف النسبة بين الأسمنت والرمل والحجر المكسر والماء. بالإضافة إلى ضمان القوة ، تعتمد تركيبة الخرسانة على تكنولوجيا تصنيع منتجات الخرسانة المسلحة. على سبيل المثال ، مع تقنية إنتاج الكاسيت ، يلزم قدر أكبر من اللدونة لمزيج الخرسانة ، والذي يتحقق من خلال زيادة استهلاك الأسمنت والماء. في هذه الحالة ، يزداد جزء الهاون من الخرسانة.

في حالة تقنية مقاعد البدلاء ، خاصةً في حالة التجريد الفوري ، يتم استخدام مخاليط صلبة مع تقليل استهلاك الأسمنت.

يزداد الحجم النسبي للركام الخشن في هذه الحالة. وبالتالي ، مع نفس خصائص القوة للخرسانة ، يمكن أن يختلف تكوينها في حدود واسعة. يتأثر تكوين الهيكل للخرسانة بتقنية تصنيع المنتجات: جودة خلط خليط الخرسانة ، ونقله ، ودمكه ، ومعالجته الحرارية والرطوبة أثناء التصلب. ويترتب على ذلك أن خاصية الخرسانة المتصلدة تتأثر بعدد كبير من العوامل ، والتأثير غامض وذو طبيعة عشوائية. وهذا ما يفسر الدرجة العالية من عدم تجانس الخرسانة من حيث التركيب وخصائصها. كما تنعكس عدم التجانس والخصائص المختلفة للخرسانة في خصائصها الصوتية.

في الوقت الحاضر ، على الرغم من المحاولات العديدة ، لم يتم بعد تطوير مخطط موحد ونظرية انتشار الموجات فوق الصوتية من خلال الخرسانة ، وهو ما يفسره ) بادئ ذي بدء ، فإن وجود العوامل العديدة المذكورة أعلاه تؤثر على القوة والخصائص الصوتية للخرسانة بطرق مختلفة. وتتفاقم هذه الحالة بسبب حقيقة أنه لم يتم تطويرها بعد النظرية العامةانتشار الاهتزازات فوق الصوتية من خلال المواد مع بدرجة عاليةعدم التجانس. هذا هو السبب الوحيد وراء تحديد سرعة الموجات فوق الصوتية في الخرسانة كمادة متجانسة بواسطة الصيغة

حيث L هو المسار الذي تسلكه الموجات فوق الصوتية ، م (القاعدة) ؛

t هو الوقت المستغرق في مرور هذا المسار ، μs.

دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في مخطط انتشار الموجات فوق الصوتية النبضية من خلال الخرسانة من خلال مادة غير متجانسة. لكن أولاً ، سنحد من المنطقة التي سيكون فيها منطقنا ساريًا من خلال النظر في تركيبة الخلطة الخرسانية ، والتي هي الأكثر شيوعًا في مصانع الخرسانة المسلحة ومواقع البناء ، والتي تتكون من الأسمنت ورمل النهر والركام الخشن والمياه. في هذه الحالة ، سنفترض أن قوة الركام الخشن أعلى من قوة الخرسانة. هذا صحيح عند استخدام الحجر الجيري والرخام والجرانيت والدولوميت والصخور الأخرى بقوة حوالي 40 ميجا باسكال كركام خشن. لنفترض بشكل مشروط أن الخرسانة المتصلدة تتكون من مكونين: جزء ملاط ​​متجانس نسبيًا بكثافة ρ وسرعة V والركام الخشن مع ρ و V.

بالنظر إلى الافتراضات والقيود المذكورة أعلاه ، يمكن اعتبار الخرسانة الصلبة كوسيلة صلبة ذات مقاومة صوتية:

دعونا ننظر في مخطط انتشار الموجة فوق الصوتية للرأس من الباعث 1 إلى المستقبل 2 من خلال الخرسانة المتصلبة بسمك L (الشكل 2.2.57).

أرز. 2.2.57. مخطط انتشار الموجات فوق الصوتية للرأس

في الخرسانة:

1 - باعث 2 - المتلقي ؛ 3 - طبقة الاتصال ؛ 4 - انتشار الموجة في الحبيبات ؛ 5 - انتشار الموجة في جزء الحل

تدخل الموجة فوق الصوتية للرأس من الباعث 1 أولاً وقبل كل شيء طبقة التلامس 3 الموجودة بين السطح المشع والخرسانة. للمرور عبر طبقة التلامس لموجة فوق صوتية ، يجب ملؤها بسائل موصل أو مادة تشحيم ، والتي غالبًا ما تستخدم كفازلين تقني. بعد المرور عبر طبقة التلامس (في الوقت t 0) ، تنعكس الموجة فوق الصوتية جزئيًا في الاتجاه المعاكس ، ويدخل الباقي إلى الخرسانة. كلما كانت طبقة التلامس أرق مقارنة بطول الموجة ، سينعكس الجزء الأصغر من الموجة.

بعد دخول سمك الخرسانة ، ستبدأ موجة الرأس بالانتشار في جزء الملاط من الخرسانة على مساحة تتوافق مع قطر الباعث. بعد اجتياز مسافة معينة Δ ل 1بعد الوقت Δ رستلتقي موجة رأس واحدة في منطقة معينة بواحدة أو أكثر من حبيبات الركام الخشنة ، تنعكس جزئيًا منها ، وسيدخل معظمها الحبيبات ويبدأ في الانتشار فيها. بين الحبيبات ، ستستمر الموجة في الانتشار من خلال جزء المحلول.

مع الأخذ في الاعتبار الشرط المقبول أن تكون سرعة الموجات فوق الصوتية في مادة الحشو الخشنة أكبر مما كانت عليه في جزء الملاط ، المسافة d ، تساوي متوسط ​​قيمة قطر الحجر المكسر ، الموجة التي تنتشر عبر الحبيبات بسرعة V 2 سيكون أول من يمر ، وسوف تتأخر الموجة التي مرت من خلال جزء الهاون.

بعد المرور عبر الحبيبات الكلية الخشنة الأولى ، ستقترب الموجة من الواجهة مع جزء الملاط ، وتنعكس جزئيًا وتدخلها جزئيًا. في هذه الحالة ، يمكن اعتبار الحبيبات التي تمر من خلالها موجة الرأس كمصادر كروية أولية لإشعاع الموجات فوق الصوتية في جزء الملاط من الخرسانة ، والتي يمكن تطبيق مبدأ Huygens عليها.

بعد اجتياز المحلول الحد الأدنى للمسافة بين الحبيبات المجاورة ، ستدخلها موجة الرأس وتبدأ في الانتشار من خلالها ، وتحولها إلى مصادر أولية تالية. وهكذا ، بعد مرور الوقت t ، بعد اجتياز سمك الخرسانة بالكامل L وطبقة الاتصال الثانية 3 ، ستدخل موجة الرأس إلى المستقبل 2 ، حيث سيتم تحويلها إلى إشارة كهربائية.

ويترتب على المخطط المدروس أن الموجة الرأسية من الباعث 1 إلى المستقبل 2 تنتشر على طول المسار الذي يمر عبر الحبيبات التراكمية الخشنة وجزء الملاط الذي يربط هذه الحبيبات ، ويتم تحديد هذا المسار من حالة الحد الأدنى للوقت المنقضي. .

ومن هنا حان الوقت t

أين هو الوقت الذي يقضيه في مرور جزء الهاون الذي يربط الحبيبات ؛

الوقت المستغرق للمرور عبر الحبيبات. المسار L الذي يسلكه الموجات فوق الصوتية يساوي

حيث: هو المسار الإجمالي الذي تقطعه موجة الرأس عبر جزء الهاون ؛

المسار الإجمالي الذي قطعته موجة الرأس عبر الحبيبات.

قد تكون المسافة الإجمالية L التي ستقطعها الموجة القوسية أكبر من المسافة الهندسية بين المرسل والمستقبل ، حيث تنتشر الموجة على طول مسار السرعة القصوى ، وليس على طول المسافة الهندسية الدنيا.

يجب طرح الوقت الذي تستغرقه الموجات فوق الصوتية للمرور عبر طبقات التلامس من إجمالي الوقت المقاس.

تنتشر الموجات التي تتبع موجة الرأس أيضًا على طول مسار السرعة القصوى ، ولكن أثناء حركتها ستواجه موجات منعكسة من الواجهة بين الحبيبات التراكمية الخشنة وجزء الملاط. إذا كان قطر الحبيبات يساوي الطول الموجي أو نصفه ، فقد يحدث صدى صوتي داخل الحبيبات. يمكن ملاحظة تأثير التداخل والرنين في التحليل الطيفي لحزمة من الموجات فوق الصوتية التي تنتقل عبر الخرسانة بأحجام تجميعية مختلفة.

مخطط انتشار موجة الرأس للموجات فوق الصوتية النبضية المذكورة أعلاه صالح فقط للخرسانة ذات الخصائص الموضحة في بداية القسم ، أي القوة الميكانيكية وسرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في المواد التي يتم الحصول منها على حبيبات الركام الخشنة تتجاوز القوة والسرعة في جزء الملاط من الخرسانة. تمتلك هذه الخصائص غالبية الخرسانة المستخدمة في مصانع الخرسانة المسلحة ومواقع البناء ، والتي تستخدم الحجر الجيري والرخام والجرانيت. بالنسبة للخرسانة الطينية الموسعة ، والخرسانة الرغوية ، والخرسانة مع حشو التوف ، قد يكون مخطط انتشار الموجات فوق الصوتية مختلفًا.

تم تأكيد صحة المخطط المدروس بالتجارب. لذلك ، من التين. 2.2.54 يمكن ملاحظة أنه عند إضافة كمية معينة من الحجر المكسر إلى الجزء الأسمنتي ، تزداد سرعة الموجات فوق الصوتية مع زيادة طفيفة (وأحيانًا تنخفض) في قوة الخرسانة.

على التين. 2.2.56 من الملاحظ أنه مع زيادة سرعة الموجات فوق الصوتية في مادة الركام الخشن ، تزداد سرعتها في الخرسانة.

يفسر هذا المخطط أيضًا الزيادة في السرعة في الخرسانة ذات الركام الأكبر (الشكل 2.2.55) ، لأنه مع زيادة القطر ، يطول مسار الموجات فوق الصوتية من خلال المواد الكلية.

سيجعل المخطط المقترح للانتشار بالموجات فوق الصوتية من الممكن إجراء تقييم موضوعي لقدرات طريقة الموجات فوق الصوتية لاكتشاف الخلل والتحكم في قوة الخرسانة.

تمت تغطية قسم فيزياء الموجات فوق الصوتية بالكامل في عدد من الدراسات الحديثة حول تخطيط الصدى. سنركز فقط على بعض خصائص الموجات فوق الصوتية ، دون معرفة أنه من المستحيل فهم عملية الحصول على التصوير بالموجات فوق الصوتية.

سرعة الموجات فوق الصوتية ومقاومة الموجات النوعية للأنسجة البشرية (وفقًا لـ V.N. Demidov)

يمكن أن تنعكس الموجة فوق الصوتية ، بعد أن وصلت إلى حدود وسيطين ، أو تذهب أبعد من ذلك. يعتمد معامل انعكاس الموجات فوق الصوتية على الاختلاف في مقاومة الموجات فوق الصوتية عند الواجهة بين الوسائط: كلما زاد هذا الاختلاف ، زادت درجة الانعكاس. تعتمد درجة الانعكاس على زاوية وقوع الحزمة على واجهة الوسائط: فكلما اقتربت الزاوية من خط مستقيم ، زادت درجة الانعكاس.

وبالتالي ، بمعرفة ذلك ، من الممكن العثور على تردد الموجات فوق الصوتية الأمثل ، والذي يعطي الدقة القصوى مع قوة اختراق كافية.

المبادئ الأساسية التي يعتمد عليها تشغيل معدات التشخيص بالموجات فوق الصوتية، - هذا هو انتشارو انعكاس الموجات فوق الصوتية.

مبدأ تشغيل أجهزة الموجات فوق الصوتية التشخيصية هو انعكاس الاهتزازات فوق الصوتيةمن واجهات الأنسجة ذات قيمة معينة من المقاومة الصوتية. يُعتقد أن انعكاس الموجات فوق الصوتية في الواجهة يحدث عندما يكون الاختلاف بين الكثافة الصوتية للوسائط 1 ٪ على الأقل. يعتمد حجم انعكاس الموجات الصوتية على الاختلاف في الكثافة الصوتية عند الواجهة بين الوسائط ، وتعتمد درجة الانعكاس على زاوية حدوث الحزمة فوق الصوتية.

الحصول على اهتزازات فوق صوتية

يعتمد إنتاج الاهتزازات فوق الصوتية على التأثير الكهروضغطي المباشر والعكسي ، والذي يكمن جوهره في حقيقة أنه عندما يتم إنشاء الشحنات الكهربائية على سطح الوجوه البلورية ، يبدأ الأخير في الانكماش والتمدد. تتمثل ميزة محولات الطاقة الكهرضغطية في قدرة مصدر الموجات فوق الصوتية على العمل كمستقبل في نفس الوقت.

رسم تخطيطي لهيكل جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية

يحتوي المستشعر على بلورة بيزوكريستال ، يتم تثبيت الأقطاب الكهربائية على وجوهها. خلف البلورة توجد طبقة من المادة تمتص الموجات فوق الصوتية ، والتي تنتشر في الاتجاه المعاكس لذلك المطلوب. هذا يحسن جودة الشعاع الناتج عن الموجات فوق الصوتية. عادةً ما يكون للشعاع فوق الصوتي الذي يولده المحول طاقة قصوى في المركز ، وتنخفض عند الحواف ، ونتيجة لذلك يختلف دقة الموجات فوق الصوتية في المركز وحول المحيط. في مركز الحزمة ، يمكنك دائمًا الحصول على انعكاسات ثابتة من كائنات أكثر كثافة وأقل كثافة ، بينما في محيط الحزمة ، يمكن أن تنعكس الكائنات الأقل كثافة ، ويمكن أن تنعكس الكائنات الأكثر كثافة على أنها أقل كثافة.

تسمح المواد الكهرضغطية الحديثة للمحولات بإرسال واستقبال الموجات فوق الصوتية عبر نطاق واسع من الترددات. من الممكن التحكم في شكل طيف الإشارة الصوتية ، وإنشاء شكل موجة غاوسي والحفاظ عليه أكثر مقاومة لتشويه نطاق التردد وإزاحة التردد المركزي.

في أحدث تصميمات أجهزة الموجات فوق الصوتية ، يتم توفير دقة عالية ووضوح للصورة باستخدام نظام تركيز ديناميكي ومرشح صدى عريض النطاق لتركيز حزم الموجات فوق الصوتية الواردة والصادرة عن طريق الكمبيوتر المصغر. بهذه الطريقة ، يتم ضمان التنميط المثالي وتعزيز حزمة الموجات فوق الصوتية وخصائص الدقة الجانبية لصور الهياكل العميقة التي تم الحصول عليها عن طريق المسح القطاعي. يتم ضبط معلمات التركيز وفقًا للتردد ونوع المستشعر. يوفر مرشح صدى النطاق العريض الدقة المثلى من خلال مطابقة الترددات تمامًا لامتصاص أصداء الأنسجة الرخوة. يساعد استخدام أجهزة استشعار متعددة العناصر عالية الكثافة في القضاء على الصدى الكاذب بسبب الانعراج الجانبي والخلفي.

يوجد اليوم في العالم منافسة شرسة بين الشركات لإنشاء أنظمة بصرية عالية الجودة تلبي أعلى المتطلبات.

على وجه الخصوص ، وضعت Acuson Corporation معيارًا محددًا لجودة الصورة والتنوع السريري ، وقد طورت 128 XP ™ Platform ، وهي وحدة أساسية للتحسين المستمر الذي يسمح للأطباء بتوسيع نطاق البحث السريري بناءً على الاحتياجات.

يستخدم النظام الأساسي 128 قناة مستقلة إلكترونيًا يمكن استخدامها في وقت واحد لكل من الإرسال والاستقبال ، مما يوفر دقة مكانية استثنائية وتباين الأنسجة وتوحيد الصورة عبر مجال الرؤية بأكمله.

تنقسم أدوات التشخيص بالموجات فوق الصوتية إلى ثلاث فئات: أحادي البعد وثنائي الأبعاد وثلاثي الأبعاد.

في الماسحات الضوئية أحادية البعد ، يتم تقديم المعلومات حول كائن في بُعد واحد على طول عمق الكائن ، ويتم تسجيل الصورة على أنها قمم رأسية. يتم استخدام سعة وشكل القمم للحكم على الخصائص الهيكلية للأنسجة وعمق مناطق الانعكاس لإشارات الصدى. يستخدم هذا النوع من الأجهزة في تخطيط صدى الدماغ لتحديد إزاحة هياكل خط الوسط للدماغ والتكوينات الحجمية (السائلة والصلبة) ، في طب العيون - لتحديد حجم العين ، ووجود الأورام والأجسام الغريبة ، في تخطيط صدى القلب - لدراسة نبض الشرايين السباتية والفقرية على الرقبة وفروعها داخل الجمجمة ، إلخ. لهذه الأغراض ، يتم استخدام تردد 0.88-1.76 ميجا هرتز.

ماسحات ضوئية ثنائية الأبعاد

ماسحات ضوئية ثنائية الأبعادتنقسم إلى أجهزة مسح يدوي وأجهزة مسح في الوقت الفعلي.

حاليًا ، لدراسة الهياكل السطحية والأعضاء الداخلية ، يتم استخدام أدوات الوقت الفعلي فقط ، حيث تنعكس المعلومات باستمرار على الشاشة ، مما يجعل من الممكن مراقبة حالة العضو ديناميكيًا ، خاصة عند دراسة الهياكل المتحركة. تردد تشغيل هذه الأجهزة يتراوح من 0.5 إلى 10.0 ميجاهرتز.

في الممارسة العملية ، يتم استخدام المستشعرات ذات التردد من 2.5 إلى 8 ميجاهرتز في كثير من الأحيان.

الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد

لاستخدامها ، هناك شروط معينة مطلوبة:

- وجود تشكيل ذو شكل دائري أو محدد بشكل جيد ؛

- وجود تكوينات هيكلية موجودة في الفراغات السائلة (جنين في الرحم ، مقلة العين ، حصوات في المرارة ، جسم غريب ، سليلة في المعدة أو الأمعاء مليئة بالسائل ، الزائدة الدودية على خلفية السائل الالتهابي ، وكذلك جميع البطن الأعضاء على خلفية السائل الاستسقائي) ؛

- التكوينات الهيكلية المستقرة (مقلة العين ، البروستاتا ، إلخ).

وبالتالي ، مع الأخذ في الاعتبار هذه المتطلبات ، يمكن استخدام الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد بنجاح للبحث في التوليد ، مع علم أمراض الحجم في تجويف البطن لمزيد من التمايز الدقيق عن الهياكل الأخرى ، في المسالك البولية لفحص البروستاتا من أجل التمييز بين الاختراق الهيكلي للبروستاتا. الكبسولة في طب العيون وأمراض القلب والأعصاب وطب الأوعية الدموية.

نظرًا لتعقيد الاستخدام والتكلفة العالية للمعدات ووجود العديد من الشروط والقيود ، نادرًا ما يتم استخدامها في الوقت الحالي. لكن مسح ثلاثي الأبعاد — هذا هو تخطيط صدى المستقبل.

تخطيط صدى دوبلر

مبدأ التصوير فوق الصوتي دوبلر هو أن تردد إشارة الموجات فوق الصوتية ، عندما تنعكس من جسم متحرك ، يتغير بما يتناسب مع سرعتها ويعتمد على تردد الموجات فوق الصوتية والزاوية بين اتجاه انتشار الموجات فوق الصوتية واتجاه التدفق. تم تطبيق هذه الطريقة بنجاح في أمراض القلب.

تعتبر الطريقة أيضًا ذات أهمية للطب الباطني فيما يتعلق بقدرتها على توفير معلومات موثوقة حول حالة الأوعية الدموية للأعضاء الداخلية دون إدخال عوامل التباين في الجسم.

غالبًا ما يستخدم في الفحص الشامل للمرضى الذين يعانون من ارتفاع ضغط الدم البابي المشتبه به في مراحله المبكرة ، وفي تحديد شدة اضطرابات الدورة الدموية البابية ، وتحديد مستوى وسبب الحصار في نظام الوريد البابي ، وكذلك لدراسة التغيرات في الدم البابي في المرضى الذين يعانون من تليف الكبد عند تناول الأدوية (حاصرات بيتا ، مثبطات الإنزيم المحول للأنجيوتنسين ، إلخ).

جميع الأجهزة مزودة بأجهزة استشعار فوق صوتية من نوعين: كهروميكانيكي وإلكتروني. كلا النوعين من المستشعرات ، ولكن في الغالب الإلكترونية ، بهما تعديلات للاستخدام في مجالات متنوعةالطب في فحص البالغين والأطفال.

في النسخة الكلاسيكيةيتم تطبيق 4 طرق للمسح الإلكتروني في الوقت الفعلي : قطاع ، خطي ، محدب وشبه منحرف ،يتميز كل منها بسمات محددة فيما يتعلق بمجال المراقبة. يمكن للباحث اختيار طريقة المسح حسب المهمة التي أمامه والموقع.

مسح القطاع

مزايا:

- مجال رؤية واسع عند فحص المناطق العميقة.

منطقة التطبيق:

- الدراسات القحفية لحديثي الولادة من خلال اليافوخ الكبير ؛

- دراسات أمراض القلب.

- فحوصات البطن العامة لأعضاء الحوض (خاصة في أمراض النساء ودراسة البروستاتا) ، وأعضاء الجهاز خلف الصفاق.

مسح الخط

مزايا:

- مجال رؤية واسع عند فحص المناطق الضحلة من الجسم ؛

- دقة عالية في دراسة المناطق العميقة من الجسم بسبب استخدام جهاز استشعار متعدد العناصر ؛

منطقة التطبيق:

- الهياكل السطحية

- أمراض القلب

- فحص أعضاء الحوض والمنطقة المحيطة بالكلية ؛

- في التوليد.

مسح محدب

مزايا:

- مساحة صغيرة تلامس سطح جسم المريض ؛

- مجال كبير للرصد في دراسة المناطق العميقة.

منطقة التطبيق:

- فحوصات عامة للبطن.

مسح شبه منحرف

مزايا:

- مجال كبير للمراقبة عند الفحص بالقرب من سطح الجسم والأعضاء العميقة ؛

- سهولة التعرف على أقسام التصوير المقطعي.

منطقة التطبيق:

- فحوصات عامة للبطن.

- أمراض النساء والتوليد.

بالإضافة إلى طرق المسح الكلاسيكية المقبولة عمومًا ، تستخدم تصميمات أحدث الأجهزة التقنيات التي تسمح لها بالتكميل النوعي.

تنسيق المسح المتجه

مزايا:

- مع وصول محدود ومسح ضوئي من الفضاء الوربي ، فإنه يوفر خصائص صوتية مع فتحة مستشعر دنيا. يعطي تنسيق التصوير المتجه رؤية أوسع في الحقلين القريب والبعيد.

النطاق هو نفسه بالنسبة لمسح القطاع.

المسح في وضع اختيار منطقة التكبير

هذا مسح خاص لمنطقة الاهتمام التي حددها المشغل لتحسين محتوى المعلومات الصوتية للصورة في وضع دوبلر ثنائي الأبعاد واللون. يتم عرض منطقة الاهتمام المحددة مع الاستخدام الكامل للخطوط الصوتية والخطوط النقطية. يتم التعبير عن تحسين جودة الصورة بالخط الأمثل وكثافة البكسل ودقة أعلى ومعدل إطارات أعلى وصورة أكبر.

مع القسم العادي ، تظل نفس المعلومات الصوتية ، بينما يتم تحقيق تكبير الصورة مع الدقة المتزايدة والمزيد من المعلومات التشخيصية باستخدام تنسيق تحديد منطقة التكبير RES المعتاد.

التصور متعدد هرتز

توفر المواد الكهروإجهادية ذات النطاق العريض أجهزة استشعار حديثة قادرة على العمل على نطاق تردد واسع ؛ توفر القدرة على تحديد تردد معين من نطاق واسع من الترددات المتوفرة في المستشعرات مع الحفاظ على انتظام الصورة. تتيح لك هذه التقنية تغيير تردد المستشعر بضغطة زر واحدة ، دون إضاعة الوقت في استبدال المستشعر. وهذا يعني أن حساسًا واحدًا يعادل خاصيتين أو ثلاث خصائص معينة ، مما يزيد من القيمة والتنوع الإكلينيكي لأجهزة الاستشعار (Acuson ، Siemens).

يمكن تجميد معلومات الموجات فوق الصوتية الضرورية في أحدث تعليمات الجهاز في أوضاع مختلفة: وضع B ، ووضع 2B ، و 3 D ، ووضع B + B ، ووضع 4B ، ووضع M ، وتسجيلها باستخدام طابعة على ورق خاص ، على جهاز كمبيوتر كاسيت أو شريط فيديو مع معالجة الكمبيوتر للمعلومات.

يتم تحسين التصوير بالموجات فوق الصوتية لأعضاء وأنظمة جسم الإنسان باستمرار ، وتفتح آفاق وفرص جديدة باستمرار ، ومع ذلك ، فإن التفسير الصحيح للمعلومات الواردة سيعتمد دائمًا على مستوى التدريب السريري للباحث.

في هذا الصدد ، غالبًا ما أتذكر محادثة مع ممثل شركة Aloca ، الذي جاء إلينا لتشغيل أول جهاز في الوقت الفعلي Aloca SSD 202 D (1982). لإعجابي بأن اليابان طورت تقنية الموجات فوق الصوتية بمساعدة الكمبيوتر ، أجاب: "الكمبيوتر جيد ، ولكن إذا كان جهاز كمبيوتر آخر (يشير إلى الرأس) لا يعمل بشكل جيد ، فإن هذا الكمبيوتر لا قيمة له".

1. تعتمد سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية على درجة الحرارة والضغط في خط الأنابيب. سرعة بالموجات فوق الصوتية في قيم مختلفةويرد في الجدول د -1 درجة حرارة الماء والضغط الجوي.

الجدول E.1

الكسندروف أ.أ ، تراختينجرتس إم. الخصائص الفيزيائية الحراريةالماء عند الضغط الجوي. م. دار المعايير للنشر ، 1977 ، 100 ق. ( خدمة عامةالبيانات المرجعية القياسية. سر. الدراسات).

2. عند استخدام مقياس التدفق لقياس تدفق وحجم المياه في أنظمة الإمداد بالمياه والحرارة ، يتم تحديد سرعة الموجات فوق الصوتية من البيانات الموجودة في الجدول. E.2 بطريقة الاستيفاء الخطي في درجة الحرارة والضغط وفقًا للصيغة:

حيث c (t ، P) هي سرعة الموجات فوق الصوتية في السائل المتدفق عبر خط الأنابيب ، م / ث ؛

c (t1) هي القيمة المجدولة لسرعة الموجات فوق الصوتية عند درجة حرارة أقل من المقاسة ، m / s ؛

c (t2) هي القيمة الجدولية لسرعة الموجات فوق الصوتية عند درجة حرارة أعلى من المقاسة ، m / s ؛

ج (P1) هي القيمة المجدولة لسرعة الموجات فوق الصوتية عند ضغط أقل من المقاس ، م / ث ؛

ج (P2) - قيمة الجدول لسرعة الموجات فوق الصوتية عند ضغط أكبر من المقاس ، م / ث ؛

ر هي درجة حرارة الماء في خط الأنابيب ، ºС ؛

P هو ضغط الماء في خط الأنابيب ، MPa ؛

t1 ، t2 - القيم الجدولية لدرجات الحرارة ، ºС ؛

P1 ، P2 - القيم الجدولية للضغط ، MPa ؛

ملاحظة.

1. يتم تحديد القيم c (t1) و c (t2) من البيانات الواردة في الجدول. د 1. يتم تحديد القيم c (P1) و c (P2) من البيانات الواردة في الجدول. د 2. عند درجة حرارة قريبة من درجة حرارة الماء في خط الأنابيب.

2. يجب إجراء قياسات درجة حرارة وضغط الماء في خط الأنابيب بخطأ لا يزيد عن ± 0.5 درجة مئوية و ± 0.5 ميجا باسكال على التوالي.

الجدول E.2

استمرار الجدول D.2

ألكساندروف أ. ، لاركن د. تحديد تجريبي لسرعة الموجات فوق الصوتية في نطاق واسع من درجات الحرارة والضغوط. مجلة "الطاقة الحرارية" ، №2 ، 1976 ، ص 75.

3. في حالة عدم وجود جداول لاعتماد سرعة الموجات فوق الصوتية على درجة حرارة السائل ، يمكن تحديد سرعة الموجات فوق الصوتية باستخدام الجهاز الموضح في الشكل. E.1. مباشرة قبل قياس السرعة بالموجات فوق الصوتية ، يتم غمر جسم الجهاز (القوس الفولاذي) في سائل الاختبار ، ويتم ضبط مقياس السماكة لقياس السرعة فوق الصوتية. ثم يقيس مقياس سمك الموجات فوق الصوتية مباشرة سرعة الموجات فوق الصوتية.

لقياس سرعة الموجات فوق الصوتية في سائل ما ، من الممكن أيضًا استخدام جهاز US-12 IM (SCHO 2.048.045 TO) أو أنواع أخرى من مقاييس السُمك.

الشكل E.1. جهاز لقياس سرعة الموجات فوق الصوتية في السائل.