Пороги чутності і больового відчуття. Шкала інтенсивності і чутності звуку, одиниці.

Теорема додавання ймовірностей для несумісних подій: ймовірність об’єднання двох випадкових несумісних подій дорівнює сумі ймовірностей кожної події окремо, тобто

P (A1 або A2) = P(A1 (A2) = P(A1) + P(A2).

Випадкові події А і В називаються сумісними, якщо в результаті випробування можуть відбутись обидві ці події.

Теорема додавання ймовірностей для сумісних подій має вигляд

P(A1 або A2) = P(A1) + P(A2) – P(A1 і A2)

де Р(А1 і А2) – ймовірність суміщення подій A1 i A2;

Ультразвук. Джерела та приймачі ультразвуку. Особливості поширення ультразвукових хвиль. Дія ультразвуку на речовину. Біофізичні основи дії ультразвуку на клітини і тканини організму. Застосування ультразвуку в діагностиці та лікуванні.

Ультразвук- це механічні коливання з частотою понад 20 кГц. Ультразвукові коливання поширюються і середовищі зі сталою швидкістю, рівною швидкості звуку. В основі генерації ультразвуку лежить зворотний п єзоелектричний ефект та магнітострикція. Зворотний п єзоелектричний ефект зумовлений механічною деформацією пластинки з п єзокристалу за впливу прикладеної до її поверхні різниці потенціалів. До електродів, розміщених на поверхні пластинки з кварцу або титанату барію, підводять змінне електричне поле. Відбувається деформація пластинки з частотою 90*10^8 Гц. Отже, ця пластинка є випромінювачем УЗ-хвиль. Магнітострикція - це деформація феромагнетика за впливу магнітного поля. Якщо в змінне магнітне поле внести феромагнетик, то його деформація зумовить поширення в середовищі пружної УЗ-хвилі. Під час проходження ультразвуку через речовину його інтенсивність зменшується за експоненціальним законом. Реєстрація інтенсивності УЗ-хвилі, що пройшла через тканини й органи з різними коефіцієнтами послаблення, дає змогу визначити їх місце розташування та розміри. На цьому грунтується " тіньовий" метод дослідження структури органів і тканин. Проходження УЗ-хвилі через речовину супроводжується згущеннями та розрідженнями частинок середовища на різних ділянках. Там, де частинки згущені, тиск підвищується, і навпаки. Хвильовий опір біологічних середовищ у 3 тис. разів більший, ніж такий опір повітря, тому УЗ-хвилі сильно відбиваються від таких середовищ. На цьому грунтується УЗ-діагностика. Ультразвук поглинається повітрям та іншими газами, менше - рідинами і ще менше твердими тілами. Під час введення ультразвуку в тканину повітряний прошарок між датчиком (випромінювачем) і тілом людини необхідно заповнити водою або кремом, щоб зменшити поглинання. Завдяки короткій довжині хвилі ультразвук можна сконцентрувати на малій ділянці.

Хвильовий опір біологічних середовищ у 3 тис. разів більший, ніж такий опір повітря, тому УЗ-хвилі сильно відбиваються від цих середовищ. На цьому грунтується УЗ-діагностика. Ультразвук поглинається повітрям і газами, менше-рідинами і ще менше твердими тілами. Завдяки короткій довжині хвиль УЗ можна сконцентрувати на малій ділянці.

У рідинах під впливом ультразвуку виникають змінні напруження стиску та розтягу. Вони перевищують сили, що втримують молекули, тому між частинками утворюються мікроскопічні порожнини(кавітація). Ці порожнини швидко закриваються, внаслідок чого виділяється велика енергія, яка може зумовити іонізацію і дисоціацію навколишніх молекул. Поширюючись у середовищі, ультразвукова хвиля тисне на перешкоди. Як результат, на межі рідина - повітря утворюється " фонтан". У середовищі енергія хвилі втрачається внаслідок поглинання. Ця енергія перетворюється в тепло, тому на межі двох різних середовищ виникає локальний нагрів. Частинки (наприклад мікроорганізми), що перебувають в опроміненому ультразвуком середовищі, коливатимуться разом з ультразвуком. Амплітуда коливань залежить від частоти та інтенсивності ультразвуку, а також від розмірів частинок і вязкості середовища. За певних умов ці коливання зумовлюють рівномірний розподіл частинок у середовищі, або їх розпад. Під впливом ультразвуку у водних розчинах відбувається радіоліз води. Енергія, необхідна для цього виділяється внаслідок кавітації. Ультразвук виявляє бактерицидну дію, яку використовують для стерилізації ліків та продуктів харчуванн, для виділення білків, бактерій. За великих інтенсивностей ультразвуку перевуажає його руйнівна дія, за малих - ультразвук покращує обмін речовин. У терапії переважно використовують ультразвук з частотою 800 кГц і інтенсивністю 1Вт/см^2. Для забезпечення контакту ділянку тіла змащують маслом і головним електродом здійснюють обертовий рух. Під час лікування головну роль відіграє теплова і механічна дія (мікромасаж). УЗ-діагностика грунтується на здатності тканин поглинати УЗ в залежності від їхньої густини: здорова й хвора людина мають різну густину, а тому й різну здатність поглинання.

Інтенсивність ультразвуку, який проходить через серце, змінюється відповідно до скорочень серця внаслідок зміни товщини шару, що поглинає ультразвук. Так записується ультразвукова кардіограма.

У траматології та ортопедії використовують ультразвукову пилку - це " ніж" з насічкою, якому надають коливань з частотою від 20 до 50 кГц. Зубці насічки рухаються з розмахом 80 мкм, вибираючи мікрочастинки кістки, і виконують філігранну роботу.Ультразвуком можна з’єднувати (зварювати) зламані кістки під час операцій, скріплювати їх з пересадженою кістковою тканиною.

Таким чином, розглянуті первинні фізичні процеси, зумовлені дією ультразвуку, спричиняють такі ефекти в біооб єктах:

1) мікровібрації на клітинному та субклітинному рівнях

2) руйнування і збудження макромолекул

3) зміну проникності біомембран

4) теплову дію

5) руйнування клітин і мікроорганізмів.

Внаслідок цього застосування ультразвуку у медичній практиці здійснюється у двох напрямках:

а) діагностка та експериментальні дослідження

б) терапія.

Пороги чутності і больового відчуття. Шкала інтенсивності і чутності звуку, одиниці.

Поріг чутності- це мінімальна інтенсивність (сила) звуку за певної частоти, яка сприймається вухом людини. (Для нормального слуху: поріг чутності- 10^-12 Вт/м^2, якщо частота звуку- 1кГц, звуковий тиск- 2*10^-5 Па). Поріг больового відчуття – це інтенсивність звуку, за якої виникає у вусі людини відчуття болю. І(б) = 10 Вт/м^2, р(б) =63 Па. Відношення порогу больового відчуття до порогу чутності за частоти 1 кГц становить- 10^13. Це співвідношення визначає область чутності. Вона, як бачимо, має дуже широкі межі. Тому для зручності вимірювання використовують логарифмічну шкалу звукових вимірювань. Нульовим рівнем прийнято вважати рівень що відповідає порогові чутності. Інтенсивність кожного наступного рівня більша від інтенсивності попереднього в 10 разів. Частота звуку вимірюється в – Гц(герц), а рівень гучності в – дБ(децибел). Рівнем інтенсивності називають логарифм відношення модуля інтенсивності до порогу чутності. Рівень інтенсивності вимірюється в Беллах. Для фізіологічної оцінки гучності звуку вводять шкалу рівнів гучності.Рівень гучності - це відчуття тону з частотою 1 кГц, рівнозвучного з досліджуваним. Якщо частота стала, то рівень гучності пов язаний з рівнем інтенсивності психофіхичним законом Вебер-Фехнера: якщо сила дії подразника зростає в геометричній прогресії, то відчуття звуку в арифметичній. Математично це означає, що рівень гучності звуку прямо пропорційний логарифму відношення модуля інтенсивності цього звуку до інтенсивності на порозі чутності. Якщо частота звукової хвилі 1 кГц, то коефіцієнт " ка" дорівнює одиниці. Тоді шкала рівнів гучності охоплює стільки ж децибел, скільки їх є у шкалі рівнів звукового тиску. Децибели шкали рівнів гучності називаються фонами.