Чернов Н Н ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Скачать презентацию Чернов Н Н ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Скачать презентацию Чернов Н Н ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

caa88781a84b43351f88b516f1d66c65.ppt

  • Количество слайдов: 18

Чернов Н. Н. ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА В г. ТАГАНРОГЕ Чернов Н. Н. ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА В г. ТАГАНРОГЕ Кафедра ЭГА и МТ «БИОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ С УЛЬТРАЗВУКОМ» д. т. н. , профессор Чернов Николай Николаевич

История развития ультразвуковых методов в медицине и экологии Ультразвуковая техника начала развиваться во время История развития ультразвуковых методов в медицине и экологии Ультразвуковая техника начала развиваться во время Первой мировой войны. Именно тогда, в 1914 г. , испытывая в большом лабораторном аквариуме новый ультразвуковой излучатель, выдающийся французский физик экспериментатор Поль Ланжевен обнаружил, что рыбы при воздействии ультразвука забеспокоились, заметались, затем успокоились, но через некоторое время стали гибнуть. Так случайно был проведен первый опыт, с которого началось исследование биологического действия ультразвука на живые организмы. n В конце 20 х годов XX в. были сделаны первые попытки использовать ультразвук в медицине. А в 1928 г. немецкие врачи уже применили ультразвук для лечения заболеваний уха у людей. В 1934 г. советский отоларинголог Е. И. Анохриенко ввел ультразвуковой метод в терапевтическую практику и первым в осуществил комбинированное лечение ультразвуком и электрическим током. Вскоре ультразвук стал широко применяться в физиотерапии, быстро завоевав славу весьма эффективного средства. n

Прежде чем применить ультразвук для лечения болезней человека, действие его тщательно проверяли на животных, Прежде чем применить ультразвук для лечения болезней человека, действие его тщательно проверяли на животных, но новые методы в практическую ветеринарию пришли уже после того, как нашли широкое применение в медицине. Первые ультразвуковые аппараты были весьма дороги. n Первые ультразвуковые лечебные методы основывались на чисто эмпирических наблюдениях, однако параллельно с развитием ультразвуковой физиотерапии разворачивались исследования механизмов биологического действия ультразвука. Их результаты позволяли вносить коррективы в практику применения ультразвука. n В 1940 1950 годах, например, полагали, что в лечебных целях эф фективен ультразвук интенсивностью до 5. . . 6 Вт/см 2 или даже до 10 Вт/см 2. Однако вскоре применяемые в медицине интенсивности ультразвука стали уменьшаться. Так в 60 е годы XX в. максимальная интенсивность ультразвука, генерируемого физиотера певтическим и аппаратами, уменьшилась до 2. . . 3 Вт/см 2, а выпускаемые в настоящее время аппараты излучают ультразвук с интенсивностью, не превышающей 1 Вт/см 2. Но сегодня в медицинской физиотерапии чаще всего используют ультразвук с интенсивностью 0, 05. . . 0, 5 Вт/см 2. n

Создание электронных быстродействующих импульсных систем обработки локационных сигналов в период Второй мировой войны стимулировало Создание электронных быстродействующих импульсных систем обработки локационных сигналов в период Второй мировой войны стимулировало развитие ультразвуковой диагностики. В настоящее время ультразвуковое обследование ежегодно проходят около 60 млн пациентов. n Около 40 лет насчитывает история ультразвуковой хирургии, основанной на результатах исследований и разработок советских ученых. Сегодня ультразвуковые скальпели и специальные ультразвуковые инструменты широко используются для рассечения мягких, хрящевых и костных тканей, для удаления катаракты и лишних жировых отложений, для санации ран и полостей. Фокусированный ультразвук успешно применяется для разрушения опухолевых образований в глубине организма без нарушения целостности покровных тканей, для раздражения или разрушения отдельных нервных структур и т. д. n

Ультразвуковые методы стали настолько привычными, что в последнее время в продаже появились домашние ультразвуковые Ультразвуковые методы стали настолько привычными, что в последнее время в продаже появились домашние ультразвуковые приборы для лечения «от всех болезней» , для глубокого массажа, для стирки белья, для отпугивания грызунов и пр. Некоторые из них в принципе не могут обеспечить обещанный в рекламных проспектах эффект, применение других для самолечения просто опасно, так как при неправильном применении они могут нанести вред организму. n Многие ультразвуковые методы, прочно занявшие свое место в медицине, другие, разработанные и опробованные, по разным причинам еще не нашли широкого распространения. n В лабораториях научно исследовательских учреждений создаются новые методы, цель которых упростить методы и существенно сократить сроки лечения человека. Исследования дают новые результаты, и не исключено, что, воздействуя ультразвуком на отдельные участки мозга и биологически активные точки животных, человек в будущем сможет управлять их поведением и регулировать их n

ТРАДИЦИОННЫЙ ПОДХОД К ОПИСАНИЮ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УЛЬТРАЗВУКА С БИОТКАНЬЮ. На основе использования оправданного с точки ТРАДИЦИОННЫЙ ПОДХОД К ОПИСАНИЮ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УЛЬТРАЗВУКА С БИОТКАНЬЮ. На основе использования оправданного с точки зрения физики приближения сплошной среды (max. объем клетки 10 – 12 см 3 << V << 10 3 см 3 – характерный объем биоткани ) описание и анализ процесса (и характерных эффектов) взаимодействия УЗ с биотканью проводится с помощью волнового акустического уравнения (в той или иной модификации) и, при необходимости, уравнения теплопроводности (биотеплового уравнения). Биоткань рассматривается как модельная «сплошная среда» с характерными акустическими и другими физическими параметрами. Диагностический УЗ (сонография УЗИ) – «пассивное» воздействие на биоткань (I < 0. 1 Вт/см 2 , T < 1 0 C) волновое уравнение в различных модификациях с возможным использованием теории рассеяния Терапевтический УЗ (I < 5 В т/см 2 ) ? Хирургический УЗ – высокотемпературное (“грубое”) воздействие на биоткань (I > 1000 Вт/см 2 , T >30 0 C/сек)

ЭФФЕКТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО УЗ НА КЛЕТКИ Получить представление о возможных эффектах воздействия терапевтического (низкоинтенсивного) ЭФФЕКТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО УЗ НА КЛЕТКИ Получить представление о возможных эффектах воздействия терапевтического (низкоинтенсивного) УЗ на клетки проще всего из двухэтапного рассмотрения: В любой гетерогенной (жидкой) среде, что является некоторым приближением биоткани УЗ создает: а) высокочастотные объемные деформации сжатия / растяжения (вибрационные воздействия), б) напряжения сдвига, в) градиенты температуры, г) кавитация д) тиксотропное (разжижающее и разрывающее) действие, е) десорбция молекул с поверхности Результатом действия этих эффектов на каждую клетку являются следующие возможные изменения на клеточном уровне: возможность внедрения в клетку лекарственных и генных препаратов изменение структуры мембраны изменение микроокружающего мембраны слоя изменение скоростей ферментативных реакций изменение проницаемости мембран изменение метаболизма клетки стимуляция репаративных процессов

При рассмотрении УЗ как терапевтического фактора (УЗ терапия) невозможно обойтись без анализа воздействия УЗ При рассмотрении УЗ как терапевтического фактора (УЗ терапия) невозможно обойтись без анализа воздействия УЗ на отдельную клетку ( «клеточный уровень» УЗ действия) и возможных возникающих при этом эффектов, поскольку КЛЕТКА — это тот наименьший «элемент» строения и жизнедеятельности любого организма, обладающий собственным обменом веществ, способный к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Изображение эукариотической клетки. (1) ядрышко, (2) клеточное ядро, (3) рибосома, (4) везикула, (2) (5) шероховатый эндоплазматический ретикулум (ЭР), (6) Аппарат Гольджи, (7) цитоскелет, (8) гладкий ЭР, (9) митохондрия, (10) вакуоль, (11) цитоплазма, (12) лизосома, (13) центриоль Характерные размеры клеточных элементов Срез реальной клетки

АНАЛИЗ ДЕФОРМАЦИИ ЛИПИДНЫХ МЕМБРАН ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ И ЛОКАЛЬНОСТЬ КРИТЕРИЯ ИХ РАЗРУШЕНИЯ ПРИ НАДПОРОГОВОМ АНАЛИЗ ДЕФОРМАЦИИ ЛИПИДНЫХ МЕМБРАН ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ И ЛОКАЛЬНОСТЬ КРИТЕРИЯ ИХ РАЗРУШЕНИЯ ПРИ НАДПОРОГОВОМ УВЕЛИЧЕНИИ ПЛОЩАДИ внешнее гармоническое воздействие радиальная и тангенциальная компоненты смещения элемента мембраны Задача симметрична по углу Смещения и внешнее гармоническое воздействие представимы в виде рядов: , , , где , полином Лежандра степени n.

Локальный характер деформаций оболочки Параметры: Интегральное изменение площади: Локальный характер деформаций оболочки Параметры: Интегральное изменение площади:

Нелинейная динамика отверстия в поверхностно несжимаемой растягиваемой пленке Уравнение движения границы отверстия с учетом Нелинейная динамика отверстия в поверхностно несжимаемой растягиваемой пленке Уравнение движения границы отверстия с учетом симметрии задачи: , где поверхностная плотность мембраны смещение элемента мембраны (отлично от нуля только его радиальная компонента) и действующие в мембране натяжения (задаются через определяющие соотношения)

ВОЗМОЖНЫЙ МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ( «ПРОБИВАНИЯ» ) ПОР ВСЛЕДСТВИЕ НЕСИММЕТРИЧНОГО СХЛОПЫВАНИЯ ПУЗЫРЬКА И ОБРАЗОВАНИЯ КАВИТАЦИОННОЙ ВОЗМОЖНЫЙ МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ( «ПРОБИВАНИЯ» ) ПОР ВСЛЕДСТВИЕ НЕСИММЕТРИЧНОГО СХЛОПЫВАНИЯ ПУЗЫРЬКА И ОБРАЗОВАНИЯ КАВИТАЦИОННОЙ СТРУИ

МЕМБРАНЫ КЛЕТКИ КАК РЕЗУЛЬТАТ ДЕЙСТВИЯ ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО УЗ (I 1 В т/см 2 , f МЕМБРАНЫ КЛЕТКИ КАК РЕЗУЛЬТАТ ДЕЙСТВИЯ ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО УЗ (I 1 В т/см 2 , f = 225 к. Гц, t 1 мин. ) Вид «контрольных» клеток без воздействия УЗ. Размер по диаметру 10 мкм Отмети наличие на поверхности мембраны многочисленных глобул и «пальцеобразных» отростков 1 2 3 Изменения структуры мембраны под действием УЗ Поверхность мембраны «выглажена» . В мембране образовались углубления лунки и сквозные поры – 1), 2). Вид разрушения мембраны на срезе – 3) Koichi Ogawa · Katsuro Tachibana · Toshiki Uchida Tetsuo Tai · Nobuya Yamashita · Naotaka Tsujita Ryosuke Miyauchi High resolution scanning electron microscopic evaluation of cell membrane porosity by ultrasound Med Electron Microsc (2001) 34: 249– 253

В экспериментальной медицине и биологии: 1) гомогенизация тканей; 2) дезинтеграция клеток. 30 – 60 В экспериментальной медицине и биологии: 1) гомогенизация тканей; 2) дезинтеграция клеток. 30 – 60 к. Гц 1) 2) 3) 4) Нетепловые методы воздействия на биоткани и клетки низкоинтенсивным (< 5 Вт/см 2 ) УЗ: физиотерапевтическое воздействие; прицельное внедрение лекарств, сонофорез; генная терапия на клеточном уровне; механическое разрушение клеток. Низкочастотный диапазон (30 – 50 к. Гц) Высокочастотный диапазон (0. 5 – 2 МГц) УЗ микроскопия f > 100 МГц Экстракорпоральная литотрипсия УЗ диагностика f = 3 – 10 МГц, I < 0. 1 Вт/см 2 , УЗ в медицине и биологии Тепловые методы воздействия УЗ f = 1 – 4 МГц Гипертермия (низкотемпературный режим нагревания) , f =1 – 2 МГц I < 1 – 10 Вт/см 2 Рассечение тканей. УЗ вибрационные инструменты f = 25 – 50 к. Гц Высокотемпературный терморазрушающий режим нагрева фокусированным УЗ (УЗ хирургия) В фокальной области: за 1 – 10 сек. Imax =1– 10 к. Вт/см 2, f =1– 4 МГц

Взаимодействие УЗ с наноразмерными частичами дыма Взаимодействие УЗ с наноразмерными частичами дыма

Взаимодействие УЗ с наноразмерными частичами дыма Взаимодействие УЗ с наноразмерными частичами дыма

Методы нелинейной акустики в медицине • Ударно – волновая литотрипсия • Ультразвуковая хирургия • Методы нелинейной акустики в медицине • Ударно – волновая литотрипсия • Ультразвуковая хирургия • Ультразвуковая гипертермия 5 к. Вт /см 2 f=1 4 МГц • УЗИ на основе генерации высших гармоник 0, 05 Вт /см 2 f=2 10 МГц • УЗ коагуляция 17

Низкочастотная электродинамическая сирена большой мощности n – диапазон рабочих частот, Гц 100 – n Низкочастотная электродинамическая сирена большой мощности n – диапазон рабочих частот, Гц 100 – n n n n 1000; – акустическая мощность, к. Вт 8 – 12; – давление рабочего тела (пара), МПа 0, 6 – 1, 0; – расход пара через сирену, кг/час 800; – мощность электропривода сирены, к. Вт 2, 0; – габаритные размеры, мм – высота без электропривода 2830; – ширина 1200; – масса (без металлоконструкций и 18 теплоизоляции), кг 1280.




  • Мы удаляем страницу по первому запросу с достаточным набором данных, указывающих на ваше авторство. Мы также можем оставить страницу, явно указав ваше авторство (страницы полезны всем пользователям рунета и не несут цели нарушения авторских прав). Если такой вариант возможен, пожалуйста, укажите об этом.