Повна версія

Головна arrow Медицина arrow УЛЬТРАЗВУК В МЕДИЦИНІ, ВЕТЕРИНАРІЇ, БІОЛОГІЇ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

УЛЬТРАЗВУК В ДІАГНОСТИЦІ СТАНУ КІСТКОВОЇ ТКАНИНИ

Прижиттєве вимірювання фізичних параметрів кісткової тканини виявилося можливим після розробки цілого ряду рентгенологічних і радіологічних методів. Це і рентгенограммет- рія, що дає розміри і форму кістки, і рентгенографічних фо- тоденсітометрія, що дозволяє оцінювати зміст кальцію в кістковій тканині по рентгенофотометріческой щільності, іншими словами, за ступенем почорніння рентгенограми. Цей метод широко застосовується в медицині і ветеринарії. Він дозволив виявити багато загальні закономірності, наприклад зменшення з віком вмісту кальцію в кістковій тканині, і розробити методи діагностики.

Прагнення покращувати методи рентгенограмметріі і рентгенографічною фотоденсітометріі призвело до заміни рентгенівських променів більш короткими монохроматичними гамма-променями (моно- фотонна абсорбціометрія), або гамма-променями, що містять фотони двох енергій, що дозволяє паралельно виміряти ще і товщину кістки. Сучасні методи рентгенівської комп'ютерної томографії дають можливість відтворити на екрані монітора загальний вигляд і особливості структури різних ділянок кістки. Щільність кісткової тканини можна визначити по розсіюванню квантів радіоактивного випромінювання високих енергій, а прижиттєвий нейтронно-активаційний аналіз дає кількісну інформацію про вміст у кістковій тканині кальцію, натрію, хлору, фосфору, ряду інших елементів.

Кожен із зазначених методів має певні плюси, але всі вони вимагають для своєї реалізації застосування іонізуючих випромінювань, спеціальної, часто стаціонарної апаратури. Слід також зазначити, що, незважаючи на заходи біологічного захисту, використання цих методів пов'язане з небезпекою променевого ураження досліджуваного організму і обслуговуючого персоналу.

Зміни властивостей кісткової тканини, пов'язані зі зміною складу і структури, відображаються і на її акустичних параметрах - на коефіцієнті поглинання ультразвуку і на швидкості його поширення в кістки. Метод, заснований на поглинанні ультразвуку кістковою тканиною, був запропонований порівняно недавно - в 1984 р Ослаблення ультразвуку пов'язано не тільки з вмістом мінеральних речовин, але і зі структурованістю кісткової тканини, розташованої на шляху поширення ультразвуку. Ослаблення проходить через кістку ультразвуку помітно залежить від частоти, і в ряді випадків для підвищення інформативності методу вимірювання проводять в широкому діапазоні частот.

Система для вимірювань містить бак з водою, в якому на певній відстані один від одного встановлені випромінювач і приймач ультразвука. Між ними розташовують досліджувану кінцівку. Для вимірювань використовуються імпульсні режими ультразвуку, частота якого за час формування імпульсу змінюється від 0,2 до 1 МГц. Амплітудні спектри обробляються комп'ютером, а всі вимір займає наскільки секунд. Результат вимірювання, як вже зазначалося вище, залежить не тільки від ступеня мінералізації, але і від структурних особливостей кістки. Тому очікувати високої точності від цього методу не доводиться. Повторюваність результатів зазвичай складає близько 35% і сильно залежить від положення приймача ультразвуку щодо випромінювача.

Залежність поглинання ультразвуку кістковою тканиною від частоти

Мал. 2.6. Залежність поглинання ультразвуку кістковою тканиною від частоти:

1 - молодий організм; 2 - зрілий організм

Дослідження показали, що поглинання ультразвуку в кістковій тканині помітно збільшується з віком (рис. 2.6). Як відомо, з віком збільшується і крихкість кісток, що обумовлено зниженням мінералізації кісткової тканини.

Набагато простіше для реалізації в медицині і ветеринарії метод ультразвукової остеометрія, заснований на вимірюванні швидкості поширення ультразвуку в кістках.

У твердих тілах швидкість поздовжньої хвилі визначають за формулою

а швидкість поперечної (сдвиговой) хвилі, зміщення частинок в якій перпендикулярно поширення ультразвуку, розраховується за формулою

де р - щільність речовини;

G - модуль зсуву;

до - модуль об'ємного стиснення.

Швидкість поширення поздовжніх хвиль завжди більше швидкості поширення зсувних хвиль: з пр > з сд -J2.

В обмежених за розміром твердих тілах, крім поздовжньої і поперечної, виникають і інші хвилі, швидкість поширення яких визначається не тільки складом і структурою тіла, але і його розмірами і формою.

При ультразвукової остеометрія випромінювач і приймач ультразвука накладають через спеціальну або будь-яку контактну мастило (вазелінове масло, гліцерин та ін.) На поверхню тіла перпендикулярно осі кістки, намагаючись по можливості вибрати місце, де шар м'яких тканин між кісткою і поверхнею тіла малий. Конструктивно остеометрія виконаний так, що реагує лише на перший імпульс, який досяг приймача.

Ультразвуковий імпульс від випромінювача поширюється до приймача не тільки по кісткової, але і по м'яких тканин (рис. 2.7). Швидкість ультразвуку в кістки (з к ) приблизно в 1,5-2 рази вище, ніж в м'яких тканинах (з м ), тому відстань L від випромінювача до приймача

хвиля пройде за час t { = -, а час поширення через миш-

з м

цу і кістка визначається за формулою

Через кістка сигнал дійде до приймача раніше, ніж через м'яз, якщо t 2 > t. Вважаючи, що швидкість ультразвуку в кістки вдвічі перевищує швидкість ультразвуку в м'яких тканинах, можна показати, що умова ti > t виконується в тому випадку, якщо L> 4 /, т. Е. Відстань між випромінювачем і приймачем більш ніж в чотири рази перевищує товщину м'яких тканин.

Іноді для визначення товщини м'яких тканин між кісткою і випромінювачем, а також між кісткою і приймачем остеометрія постачають ультразвуковими одновимірними ехолокаторами. Результати вимірювання товщини за допомогою цих локаторів відображаються на екрані або просто враховуються програмою комп'ютера при розрахунках.

Вимірювання швидкості ультразвуку в кістки через неушкоджені покривні тканини

Мал. 2.7. Вимірювання швидкості ультразвуку в кістки через неушкоджені покривні тканини: L - відстань між випромінювачем (І) і приймачем (П); / - товщина м'язової тканини

З огляду на велику різницю між швидкістю ультразвуку в кістках і м'яких тканинах, ультразвукову остеометрію вельми ефективно використовують для первинної сортування постраждалих при техногенних і природних катастрофах, а також для спостереження за формуванням кісткових мозолів після переломів.

Зміна швидкості ультразвуку в процесі утворення кісткової мозолі на місці перелому стегнової кістки 2,5-місячної вівці (1) і 5-місячної вівці (2)

Мал. 2.8. Зміна швидкості ультразвуку в процесі утворення кісткової мозолі на місці перелому стегнової кістки 2,5-місячної вівці (1) і 5-місячної вівці (2):

.......- швидкість ультразвуку в тій же

кістки до перелому

Дослідження, проведені на вівцях різного віку, показали, що швидкість ультразвуку, різко знизилася в результаті перелому, поступово наростає протягом 2,5-3 місяців, прагнучи до значень, характерних для цілої кістки (рис. 2.8).

 
<<   ЗМІСТ   >>