MINISTERUL EDUCATIEI AL REPUBLICII MOLDOVA

Catedra Microelectronica si dispozitive semiconductoare

Lucrare practica Nr2

la Biofizica

tema Efecte ultrasonoreTehnici si metode utilizate in medicina

A efectuat stgrISBM ndash 091Cocalea Victor

A verificat lector superior

Cojocaru Ion

2012

Scopul lucrării prezentarea aspectelor teoretice privind ultrasunetul studiul efectelor fizice şi biologice ale ultrasunetelor realizarea unor demonstraţii frontale care reflectă importanţa icircn practica medicală a ultrasunetelor

Consideraţii teoretice despre ultrasunet Ultrasunetele sunt vibraţii mecanice ale particulelor unui mediu elastic ce se propagă icircn spatiu sub

formă de unde longitudinale frecvenţa cărora este cuprinsă icircntre 2 104 Hz şi 1010 Hz Producerea ultrasunetelor se realizează cu ajutorul dispozitivelor numite transconductoare de tip piezoelectric sau magnetostrictiv Efectul piezoelectric direct constă icircn apariţia diferenţei de potenţial electric pe feţele unor cristale sub acţiunea unei presiuni din exterior Transconductorul piezoelectric se bazează pe efectul piezoelectric invers Acesta comstă din deformarea elastică a unor cristale la aplicarea unei diferenţe de potenţial icircntre feţele lor Astfel de cristale pot fi cuarţul sarea Segnette unele materiale ceramice Aplicarea unei tensiuni electrice alternative determină comprimări şi dilatări succesive ale cristalului emiţicircnd unde acustice Transconductorul magnetostrictiv se bazează pe modificarea dimensiunilor unui corp fieromagnetic situat icircntr-un cicircmp magnetic exterior Emiţătorul magnetostrictiv este constituit dintr-o bară feromagnetică plasată icircn interiorul unui solenoid alimentat de curent electric alternativ Bara se dilată cicircnd curentul electric din solenoid atinge valori maxime şi revine la dimensiunile iniţiale cicircnd valorile intensităţii curentului devin nule Astfel bara suferă alungiri la fiecare alternanţă a cicircmpului magnetic adică oscilează cu o frecvenţă dublă icircn raport cu frecvenţa curentului electric Recepţionarea ultrasunetelor se face cu un dispozitiv (receptor de ultrasunete) care funcţionează icircn baza efectului piezoelectric direct Undele ultrasonore duc la polarizarea cristalului piezoelectric şi ca urmare la generarea cicircmpului electric alternativ Propagarea undelor ultrasonore prin medii elastice are loc cu viteze ce depind de elasticitatea şi densitatea mediului fiind cuprinse icircntre 3 102 ms şi 6 103 ms Avicircnd o lungime de undă mică (02ndash03) ultrasunetele se propagă sub formă de fluxuri icircnguste bine orientate Propagarea ultrasunetelor este icircnsoţită de fenomene de reflexie refracţie difracţie interferenţă şi absorbţie a energiei transportate Reflexia ultarsunetelor are loc la interfaţa dintre două medii cu impendante acustice diferite La om cu vicircrsta limita superioară a auzului tinde să scada astfel ca omul matur nu mai aude acele sunete pitigăiate pe care un copil le aude Pentru obţinerea ultrasunetului pe baza efectului piezoelectric se folosesc diferite montaje electronice două dintre aceste montaje sunt montajul icircn rezonanţă şi montajul icircn oscilaţie Montajul icircn rezonnaţă se foloseşte atunci cicircnd sunt necesare energii ultrasonore mari Aceasta prezintă o schemă veche cu triodă modul de amplasare primitiv a rezistorului şi bobinei cuarţul piezoelectric este cuplat icircn paralel cu condensatorul circuitului oscilant LC Acesta vibrează forţat pe frecvenţa curentului electric alternativ Montajul icircn oscilaţie are la bază lama de cuarţ care este montată icircntre grilă şi placa tubului electronic Ea lucrează ca un oscilator comandicircnd cu frecvenţa proprie funcţionarea tubului electronic care produce curent electric alternativ necesare icircntreţinerii vibraţiilor mecanice ale oscilatorului piezoelectric Fenomenul magnetostrictiv direct a fost descoperit de Joule icircncă icircn 1848 care consta icircn proprietatea substanţelor feromagnetice de a se contracta şi dilata icircn procesul lor de magnetizare

Fig1 Montajul icircn rezonanţă

Fig 2

Efecte fizice şi biologice ale ultrasunetelor Efectele fizice ale ultrasunetelor sunt mecanice termice electrice optice chimice Din efectele

mecanice fac parte cavitaţia dispersia precipitarea degazarea lichidelor coagularea Cavitaţia este un fenomen deosebit de complex urmat de efecte secundare importante apare la propagarea

ultrasunetelor cu energii mari icircn lichide Sursele de ultrasunete pot emite oscilaţii de energii considerabile (picircnă la 20 Wcm2) şi cu presiuni de zeci de atmosfere Icircn aşa caz apar ruperi locale ale lichidului cu apariţia unor cavităţi iniţial vidate dar care se umplu rapid cu gaze rarefiate sau cu vaporii lichidului Icircn bulele formate presiunea variază cu zeci de atmosfere icircn ritmul impus de frecvenţa ultrasunetelor Fiecare zonă a lichidului este supusă unor comprimări şi dilatări succesive Dacă frecvenţa proprie de rezonanţă a cavităţii este mai mare decicirct frecvenţa ultrasunetelorcomprimările şi destinderile icircntr-un punct devin aticirct de puternice icircncicirct lichidele bdquose ruprdquo Se formează bule gazoase mici umplute cu vapori care se dilată rapid apoi revin la un volum extrem de mic ndash implozie

Dispersia este fenomenul care are loc la intensităţi şi frecvenţe relativ mari Iradierea cu ultrasunete permite formarea unor sisteme de dispersie emulsii aerosoli hidrosoli Efectul are loc fiindcă particulele substanţei oscilează cu amplitudini diferite iar icircn lichide datorită cavitaţiei Unda de şoc din momentul imploziei duce la făricircmiţarea a particulelor substanţei

Precipitarea este fenomenul invers al dispersării care apare la intensităţi mici ale ultrasunetelor Sub influenţa presiunii acustice se amplifică mişcarea particulelorce duce la ciocnirea lor intensă şi sedimentarea lor şi formarea unor agregate moleculare icircn urma propagării ultrasunetului

Degazarea lichidului este fenomenul care constă ridicarea la suprafaţă a cavităţilor relativ stabile care se unesc emiţicircnd gaze dizolvate

Pe licircngă aceste efecte mecanice a ultrasunetelor se mai enumeră şi altele coagularea cristalizarea uscarea emulsionarea

Efectele termice se datorează energiei absorbite de către substanţă depinzicircnd de intensitatea şi frecvenţa ultrasunetelor şi de coeficientul de absorbţie a substanţei Se manifesta la intensităţi mici prin ridicarea temperaturii ţesuturilor datorită transformării energiei ultrasonore icircn căldură

Efectele electrice constă icircn apariţia de tensiuni alternative icircn lichid ca urmare a oscilaţiei particulelor purtătoare de sarcină electrice La suprafaţa de separaţie a două medii se formează dublul strat ionic Icircn

cavităţi apar diferenţe de potenţial electric icircntre pereţii lor şi pot produce descărcării electrice icircn gazele rarefiate

Efecte optice constau icircn modificarea indicelui de refracţie a substanţei ca rezultat al comprimării şi dilatării succesive a mediului icircn care se propagă undele ultrasonore Se obţine o reţea de difracţie pentru raza de lumină permiţicircnd vizualizarea undei ultrasonore Distrugerea bulelor icircn timpul cavitaţiei e icircnsoţită uneori de emisia de radiaţii ultraviolete

Efectele chimice depinde de temperatura mediului şi de concentraţia substanţei Sunt legate de cavitaţie consticircnd la declanşarea sau accelerarea unor reacţii chimice Ultrasunetul asigură schimbarea ph-ului şi schimbarea moleculelor la diferite ţesuturi

Efectele biologice depind de caracteristicile undei ultrasonore intensitate frecvenţă doză Din punct de vedere al efectelor biologice ultrasunetele au fost convenţional divizate icircn trei grupe de intensitate mică (05 - 15 Wcm2) de intensitate medie (15 ndash 3 Wcm2) şi de intensitate mare (3 ndash 10 Wcm2) La intensităţi mici ţesuturile nu suferă schimbări morfofiziologice producicircndu-se numai modificării funcţionale Apare un curent citoplasmatic ce stimulează procesele fiziologice La intensităţi medii curenţii citoplasmatici devin puternici şi icircmpedică desfăşurarea normală a mecanismelor celulare Se modifică permiabilitatea membranei icircnsă efectele rămicircn reversibile La intensităţi mari se produc modificări structurale ireversibile Ţesuturile embrionare şi icircn general celulele tinere sunt mai sensibile la iradirea cu ultrasunete decicirct celulele mature

Importanţa pentru practica medicală a ultrasunetelor

Proprietăţile pe care le posedă undele ultrasonore şi efectele produse de acestea la interacţiunea cu substanţa favorizează la maxim utilizarea ultrasunetelor icircn diverse domenii inclusiv icircn medicină şi farmacie Aplicaţiile lor icircn medicină sunt grupate icircn

- aplicaţii pasive care utilizează ultrasunetele de intensitate relativ mică ce nu produce modificări de structură a amterialului biologic (terapia cu ultrasunete ecografia aplicaţii cu laser explorarea sistemului arterial efectul Doppler ultrasonografia )

- aplicaţii active icircn care energia ultrasunetelor produce modificări icircn structură mediului prin care se propagă Din ele fac parte formarea emulsilor curăţirea diferitor piese făricircmiţarea substanţelor medicamentoase O aplicaţie icircn practică pentru realizarea demonstraţiei frontale este inhalatorul ultrasonoric destinat pentru profilaxia şi tratamentul sistemului respirator Acest aparat este compus din 3 elemente principale blocul electronic camera de pulverizare şi transductorul piezoelectric Camera de pulverizare are forma unui pahar cilindric acoperit cu capacul 3 prevăzut cu tub de respiraţie 5 La fundul camerei este icircncorporat transductorul(element piezoceramic cu efect pizoelectric pronunţat) icircn peretele lateral al capacului se află 3 fante de diferită lăţime iar icircn peretele lateral al camerei un orificiu destinat pentru reglarea fluxului de aerosol fixicircnd-ul icircn dreptul fantei respective

Blocul electronic include generatorul oscilaţiilor electrice cu frecvenţa de 264 Hz Aparatul se alimentează cu curent alternativ din retea ( 220 V şi 50 Hz )

Modul de lucru - icircn cameră se toarnă soluţia unei substanţe medicamentoase (e de dorit să fie colorată) picircnă la nivelul

reperuluide sus- capacul cu tubul de respiraţie se plasează astfel ca cea mai icircngustă fantă să coincidă cu orificiul icircn

pahar- camera se conectează la blocul electronic apoi inhalatorul la priza curentului din reţea- aparatul se pune icircn funcţiune prin apasarea comutatorului 7

Concluzie icircn cameră se observă formarea aerosolilor iar peste cicircteva secunde prin tubul de respiraţie apare un get vizibil de aerosol

Transductorul piezoelectric a multor aparate utilizate icircn medicină pentru a fi protejate necesită un icircnveliş metalic Din start pentru aceasta a fost folosit o foaie subţire de staniol Icircnsă după o experimentare practică s-a determinat că această este mai puţin transparentă pentru undele ultrasonore decicirct o lamă metalică cu grosimea ltlt d gtgt mai mare conform relaţiei

unde - este lungimea de undă a undei sonore

Concluzie Icircn cadrul lucrării de laborator m-am familiarizat cu studiul teoretic al ultrasunetelor am analizat efectele fizice şi biologice care le manifestă undele ultrasonore am luat cunoştinţă despre metode experimentale biologice aplicate icircn practica medicală pentru tratament diagnostic şi terapeutică şi realizarea şi experimentrea lor icircn practica de laborator am observat direcţiile şi aplicaţiile ultrasunetului icircn domeniul medicinei şi nanobioingineriei şi am ajuns la concluzia că are un rol colosal de mare pentru ţesutul şi structurile vii

• MINISTERUL EDUCATIEI AL REPUBLICII MOLDOVA
• Catedra Microelectronica si dispozitive semiconductoare
• la Biofizica
• 2012

Consideraţii teoretice despre ultrasunet Ultrasunetele sunt vibraţii mecanice ale particulelor unui mediu elastic ce se propagă icircn spatiu sub

formă de unde longitudinale frecvenţa cărora este cuprinsă icircntre 2 104 Hz şi 1010 Hz Producerea ultrasunetelor se realizează cu ajutorul dispozitivelor numite transconductoare de tip piezoelectric sau magnetostrictiv Efectul piezoelectric direct constă icircn apariţia diferenţei de potenţial electric pe feţele unor cristale sub acţiunea unei presiuni din exterior Transconductorul piezoelectric se bazează pe efectul piezoelectric invers Acesta comstă din deformarea elastică a unor cristale la aplicarea unei diferenţe de potenţial icircntre feţele lor Astfel de cristale pot fi cuarţul sarea Segnette unele materiale ceramice Aplicarea unei tensiuni electrice alternative determină comprimări şi dilatări succesive ale cristalului emiţicircnd unde acustice Transconductorul magnetostrictiv se bazează pe modificarea dimensiunilor unui corp fieromagnetic situat icircntr-un cicircmp magnetic exterior Emiţătorul magnetostrictiv este constituit dintr-o bară feromagnetică plasată icircn interiorul unui solenoid alimentat de curent electric alternativ Bara se dilată cicircnd curentul electric din solenoid atinge valori maxime şi revine la dimensiunile iniţiale cicircnd valorile intensităţii curentului devin nule Astfel bara suferă alungiri la fiecare alternanţă a cicircmpului magnetic adică oscilează cu o frecvenţă dublă icircn raport cu frecvenţa curentului electric Recepţionarea ultrasunetelor se face cu un dispozitiv (receptor de ultrasunete) care funcţionează icircn baza efectului piezoelectric direct Undele ultrasonore duc la polarizarea cristalului piezoelectric şi ca urmare la generarea cicircmpului electric alternativ Propagarea undelor ultrasonore prin medii elastice are loc cu viteze ce depind de elasticitatea şi densitatea mediului fiind cuprinse icircntre 3 102 ms şi 6 103 ms Avicircnd o lungime de undă mică (02ndash03) ultrasunetele se propagă sub formă de fluxuri icircnguste bine orientate Propagarea ultrasunetelor este icircnsoţită de fenomene de reflexie refracţie difracţie interferenţă şi absorbţie a energiei transportate Reflexia ultarsunetelor are loc la interfaţa dintre două medii cu impendante acustice diferite La om cu vicircrsta limita superioară a auzului tinde să scada astfel ca omul matur nu mai aude acele sunete pitigăiate pe care un copil le aude Pentru obţinerea ultrasunetului pe baza efectului piezoelectric se folosesc diferite montaje electronice două dintre aceste montaje sunt montajul icircn rezonanţă şi montajul icircn oscilaţie Montajul icircn rezonnaţă se foloseşte atunci cicircnd sunt necesare energii ultrasonore mari Aceasta prezintă o schemă veche cu triodă modul de amplasare primitiv a rezistorului şi bobinei cuarţul piezoelectric este cuplat icircn paralel cu condensatorul circuitului oscilant LC Acesta vibrează forţat pe frecvenţa curentului electric alternativ Montajul icircn oscilaţie are la bază lama de cuarţ care este montată icircntre grilă şi placa tubului electronic Ea lucrează ca un oscilator comandicircnd cu frecvenţa proprie funcţionarea tubului electronic care produce curent electric alternativ necesare icircntreţinerii vibraţiilor mecanice ale oscilatorului piezoelectric Fenomenul magnetostrictiv direct a fost descoperit de Joule icircncă icircn 1848 care consta icircn proprietatea substanţelor feromagnetice de a se contracta şi dilata icircn procesul lor de magnetizare

Fig1 Montajul icircn rezonanţă

Fig 2

Efecte fizice şi biologice ale ultrasunetelor Efectele fizice ale ultrasunetelor sunt mecanice termice electrice optice chimice Din efectele

mecanice fac parte cavitaţia dispersia precipitarea degazarea lichidelor coagularea Cavitaţia este un fenomen deosebit de complex urmat de efecte secundare importante apare la propagarea

ultrasunetelor cu energii mari icircn lichide Sursele de ultrasunete pot emite oscilaţii de energii considerabile (picircnă la 20 Wcm2) şi cu presiuni de zeci de atmosfere Icircn aşa caz apar ruperi locale ale lichidului cu apariţia unor cavităţi iniţial vidate dar care se umplu rapid cu gaze rarefiate sau cu vaporii lichidului Icircn bulele formate presiunea variază cu zeci de atmosfere icircn ritmul impus de frecvenţa ultrasunetelor Fiecare zonă a lichidului este supusă unor comprimări şi dilatări succesive Dacă frecvenţa proprie de rezonanţă a cavităţii este mai mare decicirct frecvenţa ultrasunetelorcomprimările şi destinderile icircntr-un punct devin aticirct de puternice icircncicirct lichidele bdquose ruprdquo Se formează bule gazoase mici umplute cu vapori care se dilată rapid apoi revin la un volum extrem de mic ndash implozie

Dispersia este fenomenul care are loc la intensităţi şi frecvenţe relativ mari Iradierea cu ultrasunete permite formarea unor sisteme de dispersie emulsii aerosoli hidrosoli Efectul are loc fiindcă particulele substanţei oscilează cu amplitudini diferite iar icircn lichide datorită cavitaţiei Unda de şoc din momentul imploziei duce la făricircmiţarea a particulelor substanţei

Precipitarea este fenomenul invers al dispersării care apare la intensităţi mici ale ultrasunetelor Sub influenţa presiunii acustice se amplifică mişcarea particulelorce duce la ciocnirea lor intensă şi sedimentarea lor şi formarea unor agregate moleculare icircn urma propagării ultrasunetului

Degazarea lichidului este fenomenul care constă ridicarea la suprafaţă a cavităţilor relativ stabile care se unesc emiţicircnd gaze dizolvate

Pe licircngă aceste efecte mecanice a ultrasunetelor se mai enumeră şi altele coagularea cristalizarea uscarea emulsionarea

Efectele termice se datorează energiei absorbite de către substanţă depinzicircnd de intensitatea şi frecvenţa ultrasunetelor şi de coeficientul de absorbţie a substanţei Se manifesta la intensităţi mici prin ridicarea temperaturii ţesuturilor datorită transformării energiei ultrasonore icircn căldură

Efectele electrice constă icircn apariţia de tensiuni alternative icircn lichid ca urmare a oscilaţiei particulelor purtătoare de sarcină electrice La suprafaţa de separaţie a două medii se formează dublul strat ionic Icircn

cavităţi apar diferenţe de potenţial electric icircntre pereţii lor şi pot produce descărcării electrice icircn gazele rarefiate

Efecte optice constau icircn modificarea indicelui de refracţie a substanţei ca rezultat al comprimării şi dilatării succesive a mediului icircn care se propagă undele ultrasonore Se obţine o reţea de difracţie pentru raza de lumină permiţicircnd vizualizarea undei ultrasonore Distrugerea bulelor icircn timpul cavitaţiei e icircnsoţită uneori de emisia de radiaţii ultraviolete

Efectele chimice depinde de temperatura mediului şi de concentraţia substanţei Sunt legate de cavitaţie consticircnd la declanşarea sau accelerarea unor reacţii chimice Ultrasunetul asigură schimbarea ph-ului şi schimbarea moleculelor la diferite ţesuturi

Efectele biologice depind de caracteristicile undei ultrasonore intensitate frecvenţă doză Din punct de vedere al efectelor biologice ultrasunetele au fost convenţional divizate icircn trei grupe de intensitate mică (05 - 15 Wcm2) de intensitate medie (15 ndash 3 Wcm2) şi de intensitate mare (3 ndash 10 Wcm2) La intensităţi mici ţesuturile nu suferă schimbări morfofiziologice producicircndu-se numai modificării funcţionale Apare un curent citoplasmatic ce stimulează procesele fiziologice La intensităţi medii curenţii citoplasmatici devin puternici şi icircmpedică desfăşurarea normală a mecanismelor celulare Se modifică permiabilitatea membranei icircnsă efectele rămicircn reversibile La intensităţi mari se produc modificări structurale ireversibile Ţesuturile embrionare şi icircn general celulele tinere sunt mai sensibile la iradirea cu ultrasunete decicirct celulele mature

Importanţa pentru practica medicală a ultrasunetelor

Proprietăţile pe care le posedă undele ultrasonore şi efectele produse de acestea la interacţiunea cu substanţa favorizează la maxim utilizarea ultrasunetelor icircn diverse domenii inclusiv icircn medicină şi farmacie Aplicaţiile lor icircn medicină sunt grupate icircn

- aplicaţii pasive care utilizează ultrasunetele de intensitate relativ mică ce nu produce modificări de structură a amterialului biologic (terapia cu ultrasunete ecografia aplicaţii cu laser explorarea sistemului arterial efectul Doppler ultrasonografia )

- aplicaţii active icircn care energia ultrasunetelor produce modificări icircn structură mediului prin care se propagă Din ele fac parte formarea emulsilor curăţirea diferitor piese făricircmiţarea substanţelor medicamentoase O aplicaţie icircn practică pentru realizarea demonstraţiei frontale este inhalatorul ultrasonoric destinat pentru profilaxia şi tratamentul sistemului respirator Acest aparat este compus din 3 elemente principale blocul electronic camera de pulverizare şi transductorul piezoelectric Camera de pulverizare are forma unui pahar cilindric acoperit cu capacul 3 prevăzut cu tub de respiraţie 5 La fundul camerei este icircncorporat transductorul(element piezoceramic cu efect pizoelectric pronunţat) icircn peretele lateral al capacului se află 3 fante de diferită lăţime iar icircn peretele lateral al camerei un orificiu destinat pentru reglarea fluxului de aerosol fixicircnd-ul icircn dreptul fantei respective

Blocul electronic include generatorul oscilaţiilor electrice cu frecvenţa de 264 Hz Aparatul se alimentează cu curent alternativ din retea ( 220 V şi 50 Hz )

Modul de lucru - icircn cameră se toarnă soluţia unei substanţe medicamentoase (e de dorit să fie colorată) picircnă la nivelul

reperuluide sus- capacul cu tubul de respiraţie se plasează astfel ca cea mai icircngustă fantă să coincidă cu orificiul icircn

pahar- camera se conectează la blocul electronic apoi inhalatorul la priza curentului din reţea- aparatul se pune icircn funcţiune prin apasarea comutatorului 7

Concluzie icircn cameră se observă formarea aerosolilor iar peste cicircteva secunde prin tubul de respiraţie apare un get vizibil de aerosol

Transductorul piezoelectric a multor aparate utilizate icircn medicină pentru a fi protejate necesită un icircnveliş metalic Din start pentru aceasta a fost folosit o foaie subţire de staniol Icircnsă după o experimentare practică s-a determinat că această este mai puţin transparentă pentru undele ultrasonore decicirct o lamă metalică cu grosimea ltlt d gtgt mai mare conform relaţiei

unde - este lungimea de undă a undei sonore

Concluzie Icircn cadrul lucrării de laborator m-am familiarizat cu studiul teoretic al ultrasunetelor am analizat efectele fizice şi biologice care le manifestă undele ultrasonore am luat cunoştinţă despre metode experimentale biologice aplicate icircn practica medicală pentru tratament diagnostic şi terapeutică şi realizarea şi experimentrea lor icircn practica de laborator am observat direcţiile şi aplicaţiile ultrasunetului icircn domeniul medicinei şi nanobioingineriei şi am ajuns la concluzia că are un rol colosal de mare pentru ţesutul şi structurile vii

• MINISTERUL EDUCATIEI AL REPUBLICII MOLDOVA
• Catedra Microelectronica si dispozitive semiconductoare
• la Biofizica
• 2012

Fig 2

Efecte fizice şi biologice ale ultrasunetelor Efectele fizice ale ultrasunetelor sunt mecanice termice electrice optice chimice Din efectele

mecanice fac parte cavitaţia dispersia precipitarea degazarea lichidelor coagularea Cavitaţia este un fenomen deosebit de complex urmat de efecte secundare importante apare la propagarea

ultrasunetelor cu energii mari icircn lichide Sursele de ultrasunete pot emite oscilaţii de energii considerabile (picircnă la 20 Wcm2) şi cu presiuni de zeci de atmosfere Icircn aşa caz apar ruperi locale ale lichidului cu apariţia unor cavităţi iniţial vidate dar care se umplu rapid cu gaze rarefiate sau cu vaporii lichidului Icircn bulele formate presiunea variază cu zeci de atmosfere icircn ritmul impus de frecvenţa ultrasunetelor Fiecare zonă a lichidului este supusă unor comprimări şi dilatări succesive Dacă frecvenţa proprie de rezonanţă a cavităţii este mai mare decicirct frecvenţa ultrasunetelorcomprimările şi destinderile icircntr-un punct devin aticirct de puternice icircncicirct lichidele bdquose ruprdquo Se formează bule gazoase mici umplute cu vapori care se dilată rapid apoi revin la un volum extrem de mic ndash implozie

Dispersia este fenomenul care are loc la intensităţi şi frecvenţe relativ mari Iradierea cu ultrasunete permite formarea unor sisteme de dispersie emulsii aerosoli hidrosoli Efectul are loc fiindcă particulele substanţei oscilează cu amplitudini diferite iar icircn lichide datorită cavitaţiei Unda de şoc din momentul imploziei duce la făricircmiţarea a particulelor substanţei

Precipitarea este fenomenul invers al dispersării care apare la intensităţi mici ale ultrasunetelor Sub influenţa presiunii acustice se amplifică mişcarea particulelorce duce la ciocnirea lor intensă şi sedimentarea lor şi formarea unor agregate moleculare icircn urma propagării ultrasunetului

Degazarea lichidului este fenomenul care constă ridicarea la suprafaţă a cavităţilor relativ stabile care se unesc emiţicircnd gaze dizolvate

Pe licircngă aceste efecte mecanice a ultrasunetelor se mai enumeră şi altele coagularea cristalizarea uscarea emulsionarea

Efectele termice se datorează energiei absorbite de către substanţă depinzicircnd de intensitatea şi frecvenţa ultrasunetelor şi de coeficientul de absorbţie a substanţei Se manifesta la intensităţi mici prin ridicarea temperaturii ţesuturilor datorită transformării energiei ultrasonore icircn căldură

Efectele electrice constă icircn apariţia de tensiuni alternative icircn lichid ca urmare a oscilaţiei particulelor purtătoare de sarcină electrice La suprafaţa de separaţie a două medii se formează dublul strat ionic Icircn

cavităţi apar diferenţe de potenţial electric icircntre pereţii lor şi pot produce descărcării electrice icircn gazele rarefiate

Efecte optice constau icircn modificarea indicelui de refracţie a substanţei ca rezultat al comprimării şi dilatării succesive a mediului icircn care se propagă undele ultrasonore Se obţine o reţea de difracţie pentru raza de lumină permiţicircnd vizualizarea undei ultrasonore Distrugerea bulelor icircn timpul cavitaţiei e icircnsoţită uneori de emisia de radiaţii ultraviolete

Efectele chimice depinde de temperatura mediului şi de concentraţia substanţei Sunt legate de cavitaţie consticircnd la declanşarea sau accelerarea unor reacţii chimice Ultrasunetul asigură schimbarea ph-ului şi schimbarea moleculelor la diferite ţesuturi

Efectele biologice depind de caracteristicile undei ultrasonore intensitate frecvenţă doză Din punct de vedere al efectelor biologice ultrasunetele au fost convenţional divizate icircn trei grupe de intensitate mică (05 - 15 Wcm2) de intensitate medie (15 ndash 3 Wcm2) şi de intensitate mare (3 ndash 10 Wcm2) La intensităţi mici ţesuturile nu suferă schimbări morfofiziologice producicircndu-se numai modificării funcţionale Apare un curent citoplasmatic ce stimulează procesele fiziologice La intensităţi medii curenţii citoplasmatici devin puternici şi icircmpedică desfăşurarea normală a mecanismelor celulare Se modifică permiabilitatea membranei icircnsă efectele rămicircn reversibile La intensităţi mari se produc modificări structurale ireversibile Ţesuturile embrionare şi icircn general celulele tinere sunt mai sensibile la iradirea cu ultrasunete decicirct celulele mature

Importanţa pentru practica medicală a ultrasunetelor

Proprietăţile pe care le posedă undele ultrasonore şi efectele produse de acestea la interacţiunea cu substanţa favorizează la maxim utilizarea ultrasunetelor icircn diverse domenii inclusiv icircn medicină şi farmacie Aplicaţiile lor icircn medicină sunt grupate icircn

- aplicaţii pasive care utilizează ultrasunetele de intensitate relativ mică ce nu produce modificări de structură a amterialului biologic (terapia cu ultrasunete ecografia aplicaţii cu laser explorarea sistemului arterial efectul Doppler ultrasonografia )

- aplicaţii active icircn care energia ultrasunetelor produce modificări icircn structură mediului prin care se propagă Din ele fac parte formarea emulsilor curăţirea diferitor piese făricircmiţarea substanţelor medicamentoase O aplicaţie icircn practică pentru realizarea demonstraţiei frontale este inhalatorul ultrasonoric destinat pentru profilaxia şi tratamentul sistemului respirator Acest aparat este compus din 3 elemente principale blocul electronic camera de pulverizare şi transductorul piezoelectric Camera de pulverizare are forma unui pahar cilindric acoperit cu capacul 3 prevăzut cu tub de respiraţie 5 La fundul camerei este icircncorporat transductorul(element piezoceramic cu efect pizoelectric pronunţat) icircn peretele lateral al capacului se află 3 fante de diferită lăţime iar icircn peretele lateral al camerei un orificiu destinat pentru reglarea fluxului de aerosol fixicircnd-ul icircn dreptul fantei respective

Blocul electronic include generatorul oscilaţiilor electrice cu frecvenţa de 264 Hz Aparatul se alimentează cu curent alternativ din retea ( 220 V şi 50 Hz )

Modul de lucru - icircn cameră se toarnă soluţia unei substanţe medicamentoase (e de dorit să fie colorată) picircnă la nivelul

reperuluide sus- capacul cu tubul de respiraţie se plasează astfel ca cea mai icircngustă fantă să coincidă cu orificiul icircn

pahar- camera se conectează la blocul electronic apoi inhalatorul la priza curentului din reţea- aparatul se pune icircn funcţiune prin apasarea comutatorului 7

Concluzie icircn cameră se observă formarea aerosolilor iar peste cicircteva secunde prin tubul de respiraţie apare un get vizibil de aerosol

Transductorul piezoelectric a multor aparate utilizate icircn medicină pentru a fi protejate necesită un icircnveliş metalic Din start pentru aceasta a fost folosit o foaie subţire de staniol Icircnsă după o experimentare practică s-a determinat că această este mai puţin transparentă pentru undele ultrasonore decicirct o lamă metalică cu grosimea ltlt d gtgt mai mare conform relaţiei

unde - este lungimea de undă a undei sonore

Concluzie Icircn cadrul lucrării de laborator m-am familiarizat cu studiul teoretic al ultrasunetelor am analizat efectele fizice şi biologice care le manifestă undele ultrasonore am luat cunoştinţă despre metode experimentale biologice aplicate icircn practica medicală pentru tratament diagnostic şi terapeutică şi realizarea şi experimentrea lor icircn practica de laborator am observat direcţiile şi aplicaţiile ultrasunetului icircn domeniul medicinei şi nanobioingineriei şi am ajuns la concluzia că are un rol colosal de mare pentru ţesutul şi structurile vii

• MINISTERUL EDUCATIEI AL REPUBLICII MOLDOVA
• Catedra Microelectronica si dispozitive semiconductoare
• la Biofizica
• 2012

cavităţi apar diferenţe de potenţial electric icircntre pereţii lor şi pot produce descărcării electrice icircn gazele rarefiate

Efecte optice constau icircn modificarea indicelui de refracţie a substanţei ca rezultat al comprimării şi dilatării succesive a mediului icircn care se propagă undele ultrasonore Se obţine o reţea de difracţie pentru raza de lumină permiţicircnd vizualizarea undei ultrasonore Distrugerea bulelor icircn timpul cavitaţiei e icircnsoţită uneori de emisia de radiaţii ultraviolete

Efectele chimice depinde de temperatura mediului şi de concentraţia substanţei Sunt legate de cavitaţie consticircnd la declanşarea sau accelerarea unor reacţii chimice Ultrasunetul asigură schimbarea ph-ului şi schimbarea moleculelor la diferite ţesuturi

Efectele biologice depind de caracteristicile undei ultrasonore intensitate frecvenţă doză Din punct de vedere al efectelor biologice ultrasunetele au fost convenţional divizate icircn trei grupe de intensitate mică (05 - 15 Wcm2) de intensitate medie (15 ndash 3 Wcm2) şi de intensitate mare (3 ndash 10 Wcm2) La intensităţi mici ţesuturile nu suferă schimbări morfofiziologice producicircndu-se numai modificării funcţionale Apare un curent citoplasmatic ce stimulează procesele fiziologice La intensităţi medii curenţii citoplasmatici devin puternici şi icircmpedică desfăşurarea normală a mecanismelor celulare Se modifică permiabilitatea membranei icircnsă efectele rămicircn reversibile La intensităţi mari se produc modificări structurale ireversibile Ţesuturile embrionare şi icircn general celulele tinere sunt mai sensibile la iradirea cu ultrasunete decicirct celulele mature

Importanţa pentru practica medicală a ultrasunetelor

Proprietăţile pe care le posedă undele ultrasonore şi efectele produse de acestea la interacţiunea cu substanţa favorizează la maxim utilizarea ultrasunetelor icircn diverse domenii inclusiv icircn medicină şi farmacie Aplicaţiile lor icircn medicină sunt grupate icircn

- aplicaţii pasive care utilizează ultrasunetele de intensitate relativ mică ce nu produce modificări de structură a amterialului biologic (terapia cu ultrasunete ecografia aplicaţii cu laser explorarea sistemului arterial efectul Doppler ultrasonografia )

- aplicaţii active icircn care energia ultrasunetelor produce modificări icircn structură mediului prin care se propagă Din ele fac parte formarea emulsilor curăţirea diferitor piese făricircmiţarea substanţelor medicamentoase O aplicaţie icircn practică pentru realizarea demonstraţiei frontale este inhalatorul ultrasonoric destinat pentru profilaxia şi tratamentul sistemului respirator Acest aparat este compus din 3 elemente principale blocul electronic camera de pulverizare şi transductorul piezoelectric Camera de pulverizare are forma unui pahar cilindric acoperit cu capacul 3 prevăzut cu tub de respiraţie 5 La fundul camerei este icircncorporat transductorul(element piezoceramic cu efect pizoelectric pronunţat) icircn peretele lateral al capacului se află 3 fante de diferită lăţime iar icircn peretele lateral al camerei un orificiu destinat pentru reglarea fluxului de aerosol fixicircnd-ul icircn dreptul fantei respective

Blocul electronic include generatorul oscilaţiilor electrice cu frecvenţa de 264 Hz Aparatul se alimentează cu curent alternativ din retea ( 220 V şi 50 Hz )

Modul de lucru - icircn cameră se toarnă soluţia unei substanţe medicamentoase (e de dorit să fie colorată) picircnă la nivelul

reperuluide sus- capacul cu tubul de respiraţie se plasează astfel ca cea mai icircngustă fantă să coincidă cu orificiul icircn

pahar- camera se conectează la blocul electronic apoi inhalatorul la priza curentului din reţea- aparatul se pune icircn funcţiune prin apasarea comutatorului 7

Concluzie icircn cameră se observă formarea aerosolilor iar peste cicircteva secunde prin tubul de respiraţie apare un get vizibil de aerosol

Transductorul piezoelectric a multor aparate utilizate icircn medicină pentru a fi protejate necesită un icircnveliş metalic Din start pentru aceasta a fost folosit o foaie subţire de staniol Icircnsă după o experimentare practică s-a determinat că această este mai puţin transparentă pentru undele ultrasonore decicirct o lamă metalică cu grosimea ltlt d gtgt mai mare conform relaţiei

unde - este lungimea de undă a undei sonore

Concluzie Icircn cadrul lucrării de laborator m-am familiarizat cu studiul teoretic al ultrasunetelor am analizat efectele fizice şi biologice care le manifestă undele ultrasonore am luat cunoştinţă despre metode experimentale biologice aplicate icircn practica medicală pentru tratament diagnostic şi terapeutică şi realizarea şi experimentrea lor icircn practica de laborator am observat direcţiile şi aplicaţiile ultrasunetului icircn domeniul medicinei şi nanobioingineriei şi am ajuns la concluzia că are un rol colosal de mare pentru ţesutul şi structurile vii

• MINISTERUL EDUCATIEI AL REPUBLICII MOLDOVA
• Catedra Microelectronica si dispozitive semiconductoare
• la Biofizica
• 2012

Blocul electronic include generatorul oscilaţiilor electrice cu frecvenţa de 264 Hz Aparatul se alimentează cu curent alternativ din retea ( 220 V şi 50 Hz )

Modul de lucru - icircn cameră se toarnă soluţia unei substanţe medicamentoase (e de dorit să fie colorată) picircnă la nivelul

reperuluide sus- capacul cu tubul de respiraţie se plasează astfel ca cea mai icircngustă fantă să coincidă cu orificiul icircn

pahar- camera se conectează la blocul electronic apoi inhalatorul la priza curentului din reţea- aparatul se pune icircn funcţiune prin apasarea comutatorului 7

Concluzie icircn cameră se observă formarea aerosolilor iar peste cicircteva secunde prin tubul de respiraţie apare un get vizibil de aerosol

Transductorul piezoelectric a multor aparate utilizate icircn medicină pentru a fi protejate necesită un icircnveliş metalic Din start pentru aceasta a fost folosit o foaie subţire de staniol Icircnsă după o experimentare practică s-a determinat că această este mai puţin transparentă pentru undele ultrasonore decicirct o lamă metalică cu grosimea ltlt d gtgt mai mare conform relaţiei

unde - este lungimea de undă a undei sonore

Concluzie Icircn cadrul lucrării de laborator m-am familiarizat cu studiul teoretic al ultrasunetelor am analizat efectele fizice şi biologice care le manifestă undele ultrasonore am luat cunoştinţă despre metode experimentale biologice aplicate icircn practica medicală pentru tratament diagnostic şi terapeutică şi realizarea şi experimentrea lor icircn practica de laborator am observat direcţiile şi aplicaţiile ultrasunetului icircn domeniul medicinei şi nanobioingineriei şi am ajuns la concluzia că are un rol colosal de mare pentru ţesutul şi structurile vii

• MINISTERUL EDUCATIEI AL REPUBLICII MOLDOVA
• Catedra Microelectronica si dispozitive semiconductoare
• la Biofizica
• 2012