Получение и регистрация ультразвука в медицинской ппаратуре
Пьезоэлектрики (от греческого piezo - давлю, сжимаю) - это диэлектрики, которые способны поляризоваться при их деформации: при сжатии пьезоэлектрика на двух его поверхностях, испытывающих давление, возникают заряды противоположного знака, обусловленные его поляризацией.
Если сменить знак деформации, то есть сжатие заменить растяжением, то на тех же поверхностях пьезоэлектрика появятся электрические заряды обратной полярности.
Прямой пьезоэлектрический эффект- это явление возникновения электрической разности потенциалов на пьезоэлектриках при их механической деформации. Он применяется для регистрации ультразваука. Вот как это происходит: ультразвук, приходящий извне на рабочие поверхности пьезокристалла, создает в прилегающей к ним среде то зону сжатия, то зону разрежения. Это приводит к появлению деформаций сжатия-растяжения пьезокристалла, сменяющих друг друга с частотой регистрируемого ультразвука. Знакопеременные деформации пьезокристалла приводят к появлению знакопеременной разности потенциалов между его рабочими поверхностями.
Обратный пьезоэлектрический эффект - появление деформаций при поляризации пьезоэлектрика во внешнем электрическом поле. Вот как этот эффект используется для получения ультразвука: если пьезоэлектрик помещен в переменное электрическое поле, то в такт со сменой полярности приложенного электрического напряжения в пьезоэлектрике возникают, сменяя друг друга, деформации сжатия и растяжения; в направлении силовых линий поля пьезокристалл то укорачивается, то удлиняется, становясь источником ультразвуковых колебаний в примыкающей к нему среде.
|
|
|
Итак, обратный пьезоэлектрический эффект применяется для получения ультразвука, а прямой - для его регистрации. Технические подробности - в разделе 1.2.
Но не следует думать, что природа предусмотрела пьезоэлектрический эффект исключительно для создания ультразвуковой аппаратуры. Прямой пьезоэлектрический эффект выполняет важные функции в процессах ремоделирования костных тканей.
Ремоделирование костных тканей - это непрерывный процесс их обновления. Цикл полного обновления в среднем составляет 25 лет.
Обновление осуществляют специализированные клетки двух типов: Остеокласты - клетки-разрушители изношенных костных тканей;
Остеобласты - клетки-созидатели костных тканей из обновленного материала.
Деформации растяжения кости вызывают появление в костных пластинах положительного пьезоэлектрического потенциала. Благодаря этому активируются остеокласты, резорбируют (разрушают) изношенный костный материал, а затем, спустя некоторое время, активируют остеобласты, намекая, что им тоже пора браться за работу.
|
|
|
Деформации сжатия кости вызывают появление отрицательного потенциала, дополнительно активизирующего работу остеобластов по синтезу нового костного материала из продуктов резорбции, выполненной остеокластами.
При отсутствии физической нагрузки и сопутствующих ей деформаций кости имеет место нулевой пьезоэлектрический потенциал. При нулевом пьезопотенциале стимулируются остеокласты, и кроме того - выведение солей из кости.
Общеизвестно, что отсутствие полноценной физической нагрузки в условиях длительных космических полетов создает серьезнейшие проблемы для опорно-двигательного аппарата космонавтов.
У льтразвуковые излучатели и приемники в медицинской технике.
В медицинской технике используются электромеханические излучатели и приемники ультразвука, работающие на основе прямого и обратного пьезоэлектрического эффекта.
Ультразвуковой излучатель представляет собой пластину из пьезоэлектрика с нанесенными на ее поверхности проводящими слоями, выполняющими функции электродов. При подключении этих электродов к высокочастотному электрическому генератору возникает обратный пьезоэлектрический эффект: поверхность пластины с нанесенными на нее электродами начинает совершать вынужденные механические колебания, имеющие частоту, равную частоте электрического генератора. В прилегающей к электродам среде возникает ультразвуковая волна.
|
|
|
Частота ультразвуковых колебаний пьезоэлемента-излучателя равна частоте электрических колебаний, подаваемых на электроды. Наиболее охотно, с наибольшей амплитудой будут происходить колебания пьезоэлемента, если частота электрического напряжения совпадет с собственной частотой механических колебаний излучателя (условие резонанса).
Чем меньше масса и размеры излучателя, тем больше его собственная частота колебаний.
В большинстве медицинских приборов ультразвуковой излучатель выполняет так же и функцию приемника ультразвуковых волн, им же и создаваемых, периодически переключаясь с режима излучения на режим приема отраженных ультразвуковых волн.
Чтобы излучатель ультразвука стал его приемником, необходимо отключить его электроды от электрического генератора и подключить их к системе, регистрирующей разность потенциалов, возникшую, благодаря прямому пьезоэлектрическому эффекту, под воздействием отраженного ультразвука. Разумеется, переключения производятся автоматически.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 402; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!