Медична акустика

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Медична акустика — розділ акустики, в якому досягнення цієї науки про звуки використовують для створення приладів та технологій для діагностичних та терапевтичних цілей. При цьому, для оцінки стану окремих органів використовують, як звуки, які природно генеруються в організмі, так і звуки, що генерують спеціальні пристрої і потрапляють вони до організму зовні. Медична акустика є складовою фундаментальної підготовки лікарів в рамках курсів Медична та біологічна фізика[1]

Будучи тісно пов'язаною з фізикою, медична акустика методично має встановлювати певні загальні закономірності відносно впливу акустичних факторів на організм людини. Однак, така задача суттєво ускладнюється наявністю генетично визначених відмінностей людських організмів. Різні індивіди можуть виявляти велику різницю в реакції на однакові з фізичної точки зору подразники. Реакція на дію акустичних факторів може також суттєво залежати від психічного стану людини та, навіть, від рівня поінформованості відносно можливого впливу певних акустичних подразників. При оцінці наслідків дії на людський організм звуків і вібрацій слід мати на увазі, що практично по всім акустичним факторам впливу має місце накопичувальний ефект, коли результати дії суттєво залежать від тривалості впливу та інтенсивності діючих факторів. Для кожної людини існує індивідуальний інтегральний поріг акустично—вібраційної дії, не перевищення якого дає можливість організму повністю відновитися після певного часу перебування поза зоною впливу негативних факторів.

Вступ[ред.ред. код]

В технологіях медичної акустики використовують звуки, що покривають частотний діапазон інфразвуку, чутного звуку та ультразвуку. Звук є популярним та потужним засобом в медичній практиці завдяки відносній дешевизні, неруйнівній (неінвазивній) взаємодії з живими тканинами, широкому діапазону практичних застосувань, починаючи від пасивного прослуховування до використання високоенергетичних імпульсів для руйнування каменів в нирках (літотрипсія). Наочне зображення частотних діапазонів для звуків та вібрацій, які використовують у медичній практиці, представлено на рисунку.

Характерні частотні інтервали звукових сигналів.

Тут вказана обмежена полоса частот для ультразвуку. Але на сьогодні, практично весь частотний діапазон, до декількох МГц, використовують в медичній акустиці.


В загальному частотному діапазоні звуків, що використовують в технологіях медичної акустики, доцільно виділити чотири області:

  1. Інфразвук, звукові хвилі з частотами нижче порогу чутності людського вуха. За звичай це частоти менші 20 Гц.
  2. Чутний звук з частотами в діапазоні від 20 Гц до 20000 Гц.
  3. Низькочастотний ультразвук з частотами до 100 КГц.
  4. Ультразвук радіочастотного діапазону з частотами до 10 МГц.

Звуки відповідних діапазонів, що використовують для вирішення різних задач медичної практики, часто суттєво відрізняються за рівнем інтенсивності.

Пристрої для введення акустичної енергії в тіло при активному скануванні використовують принципи роботи радарів або гідролокаторів (сонарів). Часто при їх описі увагу концентрують на частоті випромінювання. Однак більш важливо для розуміння фізики процесів локації використовувати таку характеристику, як довжина хвилі. При цьому важливими є такі моменти:

  • Ультразвук не може виявляти структури, менші за розмірами від довжини хвилі.
  • Розсіювання та затухання ультразвуку залежить від довжини хвилі та її співвідношення з характерними розмірами розсіювачів.
  • Характеристики озвученої зони визначаються співвідношенням довжини хвилі та розмірів випромінювача.

Діагностичне використання звуку[ред.ред. код]

Діагностичні процедури в медичній акустиці базуються на реєстрації звуків, що виникають в процесі життєдіяльності організму. Такими звуками є звуки дихання, звуки серця та звуки, що генерує кровоток. Використання для діагностики стану легень та серця звуків дихання та серцевих звуків було запропоновано французьким лікарем Ерне Лаеннеком на початку XIX століття. Він вперше використав для прослуховування серця хворої скручений циліндром листок паперу і потім створив широко відомий прилад для аускультації — стетоскоп. Ним же запропоновано і термін «аускультація» для цієї процедури. В процесі еволюції дихальна система людини була оптимізована з точки зору мінімізації енергозатрат в процесі дихання. Тому інтенсивність дихальних звуків дуже мала. Крім того, частотні складові звуків дихання та звуків серця в значній мірі перекриваються, що вимагає великого досвіду лікаря для прийняття діагностичних рішень. Сама процедура аускультації зараз використовується і при вимірюванні кров'яного тиску у людини.

Крім звуків, що генеруються природно в організмі для діагностичних цілей, використовують звуки, які штучно генерує лікар при легкому ударянні по тілу пацієнта (певний аналог відомої в акустиці активної локації). Ця діагностична процедура відома під назвою перкусія. Для діагностики дихального тракту використовують також аускультативну процедуру аналізу звуків, що реєструють на поверхні грудної клітки під час вимовляння певних звуків пацієнтом.

Цікавими є дослідження, спрямовані на використання інтуїтивно генерованих звуків (крику немовляти)для діагностики певних захворювань. Деякі автори вважають можливим передбачити в подальшому прояви аутизму по аналізу першого крику немовля. Більш надійні результати одержують при спостереженні за криками новонароджених протягом перших місяців життя[2]. Загальну ідеологію досліджень в цій області визначають висловом «Крик дитини може бути вікном в її мозок». При аналізі використовують не тільки чутні складові крику, а й частотні складові поза межами слухового сприйняття людини.

Методика визначення стану серця, що базується на аналізі звуків, що генеруються ним, систематизована в рамках такого рзділу практичної діагностики, як фонокардіографія. Серед частини лікарського корпусу існує думка про те, що ця методика діагностування втратила актуальність в зв'язку з розвитком техніки ехокрдіографії.Однак можливість спостерігати за рухом поверхні серця, в принципі, не дає можливості однозначно фіксувати причини змін в характеристиках звуків серця. Тому методи ехокрдіографії продовжують розвивати[3] і на сьогодні з використанням новітніх засобів реєстрації та обробки звуків. Діагностична значимість фонокардіограми визначається тим, що вона містить данні про ту частину спектру в звуках серця, яка не сприймається вухом лікаря. На малюнку представлено типові записи нормальних та аномальних звуків серця.

Фонокардіограми нормальних та аномальних звуків серця.

Останнім часом встановлено значну діагностичну цінність такого показника як варіація в часі серцевого ритму (турбулентність серцевого ритму)[4].

Використання методів діагностики на основі аналізу згенерованих в організмі звуків в значній мірі стримувалося тією обставиною, що основним інструментом реєстрації звуків було людське вухо, а основним пристроєм для обробки сигналів був мозок. В останній час ситуація суттєво змінилася в зв'язку з появою нових можливостей по використанню електронних засобів реєстрації звукових сигналів та комп'ютерних методів їх обробки. Це значною мірою розширило можливості діагностичних процедур в медичній акустиці. Аналізу нових можливостей в використанні сучасних приладів в діагностиці захворювань легень присвячені щорічні зібрання вчених та медиків, які організуються Міжнародною асоціацією звуків дихання (ILSA)[5].

Серед новітніх засобів реєстрації та обробки акустичних сигналів слід вказати на електронний стетофонендоскоп та на спеціальний багатоканальний комп'ютерний комплекс КоРА[Джерело?]. Використання електронних засобів налає принципово нові можливості процесу аускультації. Перш за все це можливість реєстрації звуків без деформацій, що вносяться механічною системою стетофонендоскопа та особливостями сприйняття звуків людським вухом. Тривале зберігання інформації на електронних носіях дає можливість врахувати індивідуальні особливості пацієнта. Детальний опис можливостей наведено в[6]. Новітні засоби реєстрації та обробки інформації дозволяють здійснити процедуру візуалізації звуків, що дає можливість підвищити надійність діагностики стану респіраторної системи. Типові зображення звуків дихання представлено на малюнку.

Спектрограма типових звуків дихання.

Для побудови таких зображень використовують алгоритми побудови спектрограм (сонограм), описані в en:Spectrogram. Зареєстровані данні про звуки під час декількох циклів дихання (в даному випадку чотири цикли)після спектрального аналізу представлено в вигляді кольорових зображень. По горизонталі відкладено час, по вертикалі значення частоти. З допомогою кольору можливо відобразити інтенсивність звуку відповідної частоти. Візуальне порівняння таких зображень для конкретного пацієнта з типовими «стандартними» зображеннями для різних додаткових звуків дихання дозволяє підвищити надійність діагностичної процедури.

Діагностика з допомогою ультразвуку[ред.ред. код]

Значні можливості діагностики в різних галузях медицини пов'язані з використанням ультразвуку низької інтенсивності[7]. Для проведення ультразвукового дослідження створено велику кількість апаратів та пристроїв, які постійно вдосконалюють[8]. На рисунку показано один із типових приладів, що використовується ультразвукової діагностики.

Прилад для випромінювання, реєстрації та обробки ультразвукових сигналів.

Звукові хвилі в ультразвукових апаратах генеруються спеціальними випромінювачами, створеними зі спеціальних матеріалів — п'єзокерамік. Для керування напрямленістю випромінювання використовуються різні методи. В сучасних ультразвукових пристроях використовується техніка фазованих антенних решіток. Для забезпечення ефективної передачі звукової енергії від випромінювача в людське тіло використовують спеціальні гелі, акустичні властивості яких близькі до властивостей води.

З використанням ультразвуку формуються зображення серця, печінки, нирок, жовчного міхура, грудей, ока та великих кровоносних судин. Зараз дуже часто ультразвук використовується для побудови зображень плоду в материнській утробі з метою встановлення розмірів, положення, статі плоду та виявлення певних аномалій. Ультразвукові зображення використовуються також при діагностиці пухлин та керування такими процедурами, як пункційна біопсія, введення дренажів та та при внутрішньоутробній коректувальній хірургії.

Основу інформації для комп'ютерної обробки та наступної візуалізації в установках ультразвукової діагностики складають ультразвукові хвилі, відбиті на границях, розділяючих частини тканин тіла з різними акустичними властивостями. При аналізі розповсюдження ультразвукових хвиль в неоднорідному середовищі основну інформацію про ступінь його акустичної неоднорідності дає різниця величин акустичних імпедансів окремих частин середовища. Величина акустичного імпедансу обчислюється за формулою , де густина середовища, а швидкість звуку в ньому. Швидкості звуку в тканинах людського тіла, за винятком кісток, не дуже відрізняються між собою і досить близькі до швидкості звуку в воді[9]. І всеж різниця в імпедансах різних тканин досить значна для досягнення достатнього акустичного контрасту. В певних випадках можливо використання спеціальних препаратів для підсилення акустичного контрасту. Серед них чільне місце займають препарати, що створюють систему мікробульбашок, розміри яких дозволяють їм проникати в самі тонкі капіляри, та час до розчинення достатній для проведення тестування. Техніка використання таких препаратів досить складна[9] і ефективність тестування суттєво залежить від кваліфікації персоналу. Для проведення тестування використовуються ультразвукові сигнали мегагерцового діапазону з інтенсивністю звуку (міліват на квадратний сантиметр).

Можливість формувати на основі даних про розсіяне ультразвукове випромінювання наочних зображень області, в якій відбувається розсіяння, була зрозуміла досить давно. Відповідно термін звукобачення було введено в середині 30-их років 20 столліття[10]. Для одержання таких зображень використовуються різні режими роботи ультразвукових діагностичних апаратів та різні конструкції технічних пристроїв. При характеристиці ультразвукових діагностичних процедур такі визначення, як двовимірна (2D), тривимірна (3D) або чотиривимірна (4D) діагностика. Це умовні позначення, що вказують на об'ємність зображення. 2D — діагностика найбільш поширений і історично перший варіант використання ультразвуку. В цьому випадку одержуємо чорно-білі плоскі зображення, трактування змісту яких можливо лише для фахівця. 3D-діагностика дає можливість створити статичне тривимірне зображення. В випадку 4D діагностики створюється тривимірне зображення в реальному масштабі часу[11].

Зображення плоду, що грається своїми пальцями, одержане Dr.Wolfgang Moroder.


Статичні зображення використовуються при діагностиці стану м'язів, сухожилків, суглобів та багатьох внутрішніх органів. Для візуалізації руху крові в судинах, серця людського зародка розшифровка картин розсіяного ультразвуку ведеться з використання ефекту Доплера. Сучасні методи обробки сигналів дозволяють формувати як двовимірні, так і тривимірні зображення. Процедури ультразвукової діагностики різних органів людини досить чітко визначені. Вони передбачають рекомендації відносно рівнів інтенсивності ультразвуку, документування результатів, правил підготовки пацієнтів для проходження тестування.[12].

В Вікісховищі вміщено велику кількість ультразвукових зображень, як статичних, так і динамічних. Приведений фільм дозволяє сформувати розуміння можливостей сучасної ультразвукової діагностики. У відповідності до побажань автора тут вказано його ім'я.

Використання методів візуалізації ультразвуку дає можливість розвинути нові методи діагностики в медицині. Один із таких нових методів базується на використанні фотоакустичного ефекту. Цим терміном визначається ефект випромінювання ультразвук живими тканинами при нагріві їх лазерним променем. Основна енергія ультразвукового випромінювання зосереджена в області високих частот, що дає можливість значно підвищити роздільну здатність побудованих ультразвукових зображень.

Фотоакустичне зображення ділянки стравоходу кролика.

Тут приведено приклад такого зображення, одержаного при дослідженні стравоходу кролика[13]

Велику роль для розвитку практики ультразвукового діагностування та терапевтичного використання ультразвуку в Україні відіграє Український ультразвуковий портал http://ultrasound.net.ua/. Тут розміщено електронний журнал, що забезпечує обмін досвідом між лікарями та інженерами, та великий обсяг інформації відносно технічних засобів, що використовуються в галузі медичного ультразвуку.

Змістовний огляд проблем, пов'язаних з практичним використанням ультразвукової діагностики з великою кількістю конкретних зображень, приведено в http://www.rostbubnov.narod.ru/Pub/Optimisatio_UZD.pdf. Кожне з таких зображень досить детально аналізується, що дає наглядну ілюстрацію специфіки роботи лікаря в процесі використання ультразвукової діагностики при різних типах патології.

Внутрішньоутробна ультразвукова діагностика вроджених аномалій[ред.ред. код]

Вдосконалення технічних засобів генерації ультразвуку та методів аналізу розсіяних звукових полів, використання методів побудови тривимірних зображень дозволили значно розширити можливості діагностики захворювань з використанням даних ультразвукових досліджень. Один із нових напрямків в сучасній ультразвуковій діагностиці пов'язано з діагностикою вроджених анаомалій плоду. Багаторічний клінічний досвід в цьому напрямку ультразвукової діагностики узагальнено в монографії[14]. Достатньо важливу інформацію про можливості ультразвукової діагностики аномалій дає частковий перелік розглянутих в ній об'єктів діагностики:

  • аномалії центральної і переферійної нервових систем,
  • черепні і шийні аномалії,
  • вроджені хвороби серця,
  • торакальні аномалії,
  • аномалії шлунково-кишкового тракту,
  • аномалії сечового тракту.

Діагностика дефектів слуху у немовлят[ред.ред. код]

За даними досліджень біля 80 % випадків порушення слуху у дітей виникає на 1-2 році життя. Несвоєчасне виявлення порушень затримує початок лікування і з часом можлива втрата слуху. Діагностичні процедури виявлення проблем зі слухом у немовлят базуються на тому факті, що новонароджена дитина чує. Причому, звукова реакція спостерігається навіть у недоношених дітей. У відповідь на звукове подразнення може виникати реакція переляку, гримаса плачу, зміна дихання, поворот голови в бік джерела звуку.

При дослідженні слуху у дитини використовують:

  • Кохлеопарпебральний ефект — у відповідь на звукове подразнення зіниці малюка спочатку звужуються, а потім розширюються.
  • Кохлеопупілярний рефлекс--у відповідь на різкий звук на відстані біля 30 см від вуха малюк закриває очі.

Див. також Глухота.

Діагностика стану м'язів[ред.ред. код]

В процесі деформації м'язів генеруються звуки, які несуть інформацію про стан м'язу. Встановлення зв'язків між характеристиками звукових сигналів та станом м'язової тканини стало основою створення таких методик діагностики як фономіографія (використовуються також терміни акустична міографія, звукова міографія, механічна міографія). Звуки, що генеруються при скороченні м'язів, мають частотний діапазон від 5 до 50 Гц. Значна частина інформації зосереджена в інфразвуковому діапазоні, що вимагає спеціальних методів реєстрації та обробки звукових сигналів. Аналіз м'язових звуків дає важливу інформацію для діагностики різних функцій, включаючи чутливість м'язів після фізичних вправ, зневоднення, підвищену гідрофільність, споживання кисню. Велика кількість наукових публікацій стосовно медичного використання фономіографії приведено в оглядовій роботі[15]

Терапевтичне використання звуку[ред.ред. код]

Звуки чутного діапазону частот використовуються для здійснення вібраційного масажу органів дихання людини. Розроблено спеціальний прилад (патент Російської федерації 203 3130, http://ru-patent.info/20/30-34/2033130.html), який дозволяє для кожного пацієнта індивідуально підібрати режим випромінювання звуку на вході в дихальну систему в діапазоні частот від 20 до 200 Гц. Вібромасаж дозволяє підвищити ефективність процедури очищення легень від пилу.

Сучасна медицина накопичила досить значний досвід в використанні такого специфічного методу терапевтичного використання звуку, як музикотерапія. Характерний приклад використання музикотерапії при лікуванні хворих дітей на фоні приймання медичних препаратів при лікуванні хворих дітей вказано в роботі[16]:"…всім дітям залежно від характеру психоемоційних змін проводилися сеанси музикотерапії — прослуховування фрагментів класичних музичних композицій: «Світло місяця» Дебюссі, «Серенада» Шуберта, творів Моцарта, Ліста, Шумана, Чайковського — по 0,5-1 годині 2-3 рази на тиждень курсом на 10-15 днів". При певних умовах, однак, музика може грати роль фактора, що спричинює серйозні віброакустичні захворювання. Серед можливих пацієнтів з такими захворюваннями, перш за все, вказують на лиск-жокеїв нічних клубів. Однак загроза захворювання існує і для інших музикантів, що працюють при високих рівнях звукового навантаження[17].

Див. також Ударно-хвильова терапія

Терапевтичне використання ультразвуку[ред.ред. код]

Можливості терапевтичного використання ультразвуку було відкрито в спостереженнях за використанням акустичних сонарів для пошуку підводних човнів під час другої Світової Війни. Було встановлено, що в полі інтенсивного ультразвуку нагріваються риби і, навіть, ультразвук може їх вбивати[18]. Саме тому одне з перших терапевтичних застосувань ультразвуку було пов'язане з використанням можливості глибинного прогрівання живих тканин за рахунок поглинання ними енергії ультразвуку. При цьому використовувався ультразвук з частотою біля 3 МГц та випромінюваною енергією 20 Вт.

Приклад використання ультразвуку для прискорення заживлення ран приведено в[19].Спостереження велося за травмованими вухами кроля, одне з яких було контрольним, а інше опромінювалося ультразвуком з різними режимами, але при збереженні загальної середньої почасу інтенсивності. Використано три режими. Два із використаних режимів з інтенсивностями 0.5 та 0.1 Вт на квадратний сантиметр чітко вказали на зростання швидкості загоєння травми. Режим з використання відносно інтенсивного ультразвуку з інтенсивністю 8 Вт на сантиметр квадратний призвів до збільшення травми в часі.

Терапевтичне використання ультразвуку є напрямком сучасної практичної медицини, який швидко розвивається. Під егідою Міжнародного товариства терапевтичного ультразвуку та фонду сфокусованого ультразвуку почали видавати електронний журнал з вільним доступом Journal of Therapeutic Ultrasound[20].

Один із напрямків ультразвукової терапії базується на використанні високоінтенсивного сфокусованого ультразвуку. Відповідними технічними засобами в малому об'ємі тіла створюється ультразвукове збудження з енергією від 1 000 до 10 000 Вт/см2 (порівняно з енергією порядку 0,1 Вт/см2 в діагностичних ультразвукових процедурах). В області такого високоенергетичного збудження температура дуже швидко перевищує 50 °C. Під дією ультразвука протягом декількох секунд в опроміненій тканині гинуть клітини в об'ємі близько 0,5 мл без суттєвого пошкодження навколишніх клітин. Така складна технологія може бути використана в багатьох випадках.[21].

Значні досягнення в технології генерації високочастотного ультразвуку, точності «прицілювання» сфокусованого ультразвуку значно значно підвищили інтерес медикв до його використання в клінічній практиці. Можливість здійснення локального перегріву тканини в чітко визначених межах дозволяє застосовувати високоінтенсивний ультразвук для руйнування твердих злоякісних пухлин на різних органах, включаючи підшлункову залозу, простату, молочну залозу та ін. В поривнянні зі звичайними методами лікування ракових захворювань використання інфразвуку забезпечує неінвазивність, відсутність радіаційного випромінювання та зменшення числа ускладнень після лікування[22]. Автори цієї роботи вказують на більш ніж 100 000 успішних випадків використання інтенсивного ультразвуку в онкологічній практиці по всьому світу. Висловлюється впевненість, що в майбутньому високоінтенсивний сфокусований ультразвук буде відігравати значну роль в практичній онкології.

Останнім часом значну увагу приділяють дослідженням можливостей використання інтенсивного сфокусованого ультразиуку, як методу специфічної хірургії. Інтенсивно ведуться дослідження можливостей використання ультразвуку в частотному діапазоні від 650 до 710 КГц[23] в хірургії мозку без розкриття черепу. Для подолання складних проблем фокусування ультразвуку та передачі енергії в середину мозку використовують фазовані решітки випромінювачів з декількома сотнями елементів. Наведення на ціль здійснюється з допомогою магнітно-резонансного томографа при низькому рівні інтенсивності ультразвуку.

Ключовим фактором в лікуванні різних неврологічних захворювань є можливість безпечного подолання гематоенцефалічного бар'єру. В нормальних умовах цей бар'єр блокує проникнення до тканин мозку речовин з масою більшою 400 атомних одиниць маси (а.о.м.). Це утруднює лікування певних розладів мозкової діяльності. Одним із можливих способів подолання цього бар'єру є використання сфокусованого ультразвуку з введення мікробульбашок в кров пацієнта[24]

В медичній літературі постійно з'являється інформація про нові області використання інтенсивного ультразвуку в медицині. Так, в переліку досягнень в практичній медицині Ізраїлю наведено інформацію про надзвичайно тонку успішну операцію на головному мозку з допомогою концентрованого ультразвуку http://isramedinfo.ru/news/1959/.

Досить довгий перелік успішного клінічного використання ультразвуку з терапевтичною метою приведено в збірнику[25] Два основні розділи книги присвячені проблемам використання концентрованого ультразвуку для видалення паталогічно змінених тканин, включаючи злоякісні пухлини, та розробуі техніки доставки ліків до певних органів. В рамках цього другого розділу представлено результати використання ультразвуку для зміни проникливості клітинних мембран для забезпечення можливості проникнення в клітину великих молекул.

Вплив звуку та вібрацій на людину[ред.ред. код]

Однією із характерних ознак змін в умовах життя та праці для сучасної людини є суттєве зростання вібраційного та звукового (шумового) забруднення життєвого простору. Якщо під впливом вібрацій людина знаходиться під час використання транспортних засобів або при виконанні певних технологічних операцій в виробничій діяльності, то під дією шумового впливу вона знаходиться практично цілодобово. Ситуація в навклишньому середовищі,заповненому дратуючими звуками, характеризується як шумове забруднення. При певних умовах навіть незначні за інтенсивністю звуки можуть викликати значний негативний ефект. Тут можна вказати на здатність одного комара в темній кімнвті позбавити людину сну.

Вплив інфразвуку[ред.ред. код]

При аналізі впливу звуку на людину слід розрізняти три суттєво різні ситуації. Перш за все, слід окремо розглядати питання про вплив інфразвуку. Специфіка його дії визначається тим, що людина не відчуває інфразвук своїм слуховим апаратом. Така ж ситуація має місце, коли мова йде про вивчення впливу ультразвуку. В цих двох випадках вплив звуку може виявлятися іншими органами відчуттів і ці відчуття можуть суб'єктивно не пов'язуватися з дією звуку. Дія звуків чутного діапазону чітко фіксується слуховим апаратом людини. В зв'язку з цим результати дії звуків чутного діапазону суттєво залежать від психологічного фактору, від настрою людини[17]. Ця обставина суттєво утруднює формулювання об'єктивних висновків про вплив звуків чутного діапазону. Породжені впливом чутних звуків розлади в людському організмі визначаються як психосоматичні, або психофізіологічні і вивчаються такою галуззю медицини як психофізіологія.[26].

Проблема оцінки впливу інфразвуку на здоров'я людини зараз виглядає дуже складною. Величезна кількість міркувань, квазіспострережень, науково подібних трактувань можливих механізмів впливу інфразвуку на людину створили атмосферу, в якій часто висловлюються і сприймаються частиною суспільства містичні твердження. Приведені твердження (як це часто робиться з посиланням на результати досліджень англійських вчених) про те, що поява привидів є результатом дії інфразвуку на психіку людини[27], багато разів повторюється в інших публікаціях. Взагалі різним аспектам проблеми ультразвуку присвячено величезну кількість робіт. В огляді[28] згадуються 803 джерела, значна частиная яких присвячена медичним аспектам ультразвуку.

Довгий список негативних наслідків дії інфразвуку (порушення сну, роздратування, головний біль, запаморочення, нудота, тахікардія тощо) приведено в[29]. Практично такий же перелік наслідків приведено і в українському виданні[30].

Різке зростання інтересу до проблеми інфразвуку стимулювалося публікаціями французького дослідника Гавро[28] в шестидесятих роках двадцятого століття. Саме з його робіт почалося формування довгого переліку проявів негативного впливу інфразвуку на людину. З того часу було виконано величезну кількість досліджень в цій царині науки і ситуація почала поступово змінюватися. Перш за все серйозні критичні зауваження були висловлені на адресу узагальнень Гавро, який використовував спостереження не в інфразвуковому діапазоні, а діапазоні, що включав низькочастотні чутні складові звуків. Саме такі діапазони частот (1-100 Гц) вказано і в цитованих джерелах по гігієні праці. Крім того в цих джерелах мова йде про надзвичайно високу інтенсивність звуку (150—160 дБ), при якій елементи слухового апарату людини просто фізично руйнуються. З сучасними уявленнями про вплив інфразвуку можна познайомитися в оглядовій статті[31].Механізми низькочастотного стимулювання внутрішнього вуха та фізіологічний відгук вуха на низькочастотні стимули детально розглянуто в[32] В цьому огляді окремо виділено проблему визначення впливу на людину звуків, що генеруються вітровими електричними станціями. В зв'язку зі зростанням кількості і потужності таких станцій ця проблема стає дедалі актуальнішою. В сучасній літературі все частіше використовується термін «синдром вітрових турбін» для характеристики впливу на людину факторів, що породжуються вітровими станціями. Об'єктивні медико-фізичні дослідження частково усувають страхи відносно катастрофічних наслідків тривалого перебування людини в зоні дії генерованих звуків, але в одночас вказують на необхідність додаткових досліджень в цій області[33] Основним недоліком багатьох публікацій стосовно інфразвуку є те, що звертають увагу лише на частоту, не даючи інформацію про інтенсивність звуку та тривалість опромінення. Тому з'являються беззмістовні твердження типу: «Інфразвук з частотою 7 Гц смертельний»(http://www.centrmed.com/news/detail.php?ID=10483#.UtYYI_sXUX8).

Інтенсивний розвиток такої галузі, як вітрова енергетика, стимулює широкий фронт досліджень впливу працюючих вітрових станцій на здоров'я людини. Такі дослідження ведуться в багатьох дослідницьких центрах світу і узагальнюються в звітах з вільним доступом в Інтернет. Огляд 19 таких звітів, з формулюванням основного висновку по кожному. представлено в публікації[34]. Тут представлено основні висновки досліджень та вказано електронні адреси всіх цитованих джерел. Сумарний висновок проведених досліджень можна сформулювати в такому твердженні: Огляд літературних джерел, що друкуються після серйозної професійної експертизи, не дає підстав для тверджень про наявність прямого впливу вітрових станцій на здоров'я людини.

Останнім часом з'являються публікації, що вказують на існування нелінійних механізмів, що зумовлюють ефекти більш швидкої втрати слуху при одночасній дії високоінтенсивних чутних звуків та інфразвуку[35]

Вплив звуків та шуму чутного діапазону[ред.ред. код]

Навколишній шум з найдавніших часів сприймався як джерело серйозних проблем для людського здоров'я, викликаючи порушення сну, роздратованість, стрес, втрату слуху тощо. Згідно з документами Всесвітньої організації охорони здоров'я (http://www.who.int/docstore/peh/noise/guidelines2.html) до вказаного переліку слід додати кардіо проблеми, проблеми, пов'язані з погіршенням здатності виконувати певні операції і навіть стимулювання антисоціальної поведінки. В зв'язку з тим, що в більшості випадків на організм людини здійснюється одночасна дія звуку (шуму) та вібрацій, негативні наслідки такої дії охоплюються терміном «віброакустичні захворювання»[36]. Розвиток техніки, урбанізація, інтенсифікація технологічних процесів та багато інших факторів формують таке середовище існування для людини, в якому вона знаходиться під постійною дією звуків та вібрацій. В зв'язку з цим сформувалося поняття шумового забруднення, як важливого екологічного фактора.

Систематизація даних про вплив шуму та вібрацій на організм людини здійснюється з розумінням того, що прояви цього впливу суттєво залежать від джерел збурення, частотного діапазону, загального стану здоров'я пацієнта, від його емоційного стану та від індивідуальних особливостей організму. Перелік ефектів дії шуму та вібрацій, що наводяться в різних джерелах, досить довгий і самі ефекти часто по різному оцінюються різними авторами. Тому особливе значення для формування наукового розуміння дії шуму та вібрацій має доведення незаперечного зв'язку між дією та наслідком. Така постановка задачі характерна, наприклад, для оглядової роботи.[37] Розглядаються такі прояви впливу шуму на людину:

  • Роздратування. Всесвітньою організацією охорони здоров'я цей ефект визначено як важливий. На роздратування під дією шуму найбільш часто скаржаться люди. Складність його вивчення зумовлена тим, що акустичні фактори лиш частково визначають його ступінь. Такі неакустичні фактори як попередній досвід, здатність до самоконтролю, очікування негативного впливу, чутливість до шуму, злість.
  • Серцево-судинні розлади.
  • Стрес.
  • Розлад сну.
  • Психологічне здоров'я.
  • Проблеми розумового розвитку.

Перебування на виробництві та в побуті в умовах підвищеного рівня шуму може приводити до послаблення та втрати слуху. В різних країнах існують медичні нормативи для визначення допустимих рівнів шуму в виробничих умовах. В повсякденному житті можна керуватися правилом:°якщо вам потрібно підвищувати голос під час розмови з людиною, що знаходиться на відстані витянутої руки, то рівень навколишнього шуму перевищує 85 дБ і вам слід або залишити таке місце, або одягти захисні засоби на вуха° [38].

Вплив ультразвуку[ред.ред. код]

Ультразвук низької інтенсивності, шо використовується в діагностичних процедурах вважається зараз нешкіддивим для людського організму. Однак, навіть при загальному сприйняті такого твердження, існують рекомендації по обмеженню кількості ультразвукового обстеження вагітних жінок. Тривала дія високоінтенсивного ультразвуку є шкідливою для людського організму.

При аналізі впливу ультразвуку на живі тканини виділяють наступні ефекти:

  • Механічна дія ультразвуку. При незначній інтенсивності ультразвуку має місце певний механічний масаж тканини. Ультразвук високої інтенсивності (на рівні 1000 Вт на квадратний сантиметр) може викликати руйнування тканин. Такий рівень інтенсивності ультразвуку досягається з використанням ефектів концентрації хвильової енергії і застосовується в процедурі літотрипсії. В рамках такої процедури здійснюється руйнування каменів у нирках та сечових шляхах. На початку 90-их років 20 століття техніка використання ударних хвиль була перенесена в інші галузі медицини, такі як гастроентерологія та ортопедия. Були розроблені процедури, що одержали назву ударно-хвильова терапія[39].
  • Тепловий ефект ультразвуку. За рахунок поглинання енергії хвиль може підвищуватися температура тканин. Підвищення інтенсивності може приводити до перевищення порогу безпечного нагріву та руйнуванню живих тканин.
  • Хімічний ефект. Опромінення ультразвуком може приводити до інтенсифікації хімічних реакцій, до руйнування полімерних молекул, прискорення дифузійних процесів.
  • Ефект кавітації. При певній інтенсивності ультразвуку в рідині утворюються газові (парові) бульбашки. Їх захлопування викликає значне локальне підвищення тиску і температури, що небезпечно для живих тканин.

Вплив вібрацій[ред.ред. код]

Питання про вплив вібрацій багатопланове. Тривале перебування людини в умовах, коли тіло вцілому, або його окремі частини знаходяться під впливом вібрацій може зумовити появу симптомів, які об'єднуються загальною назвою вібраційна хвороба. Перш за все слід відзначити вплив вібрацій на руки людей, що працюють з вібраційними інструментами. Викликане вібраційним впливом побіління пальців є найбільш поширеним синдромом серед цієї категорії працівників. Інтенсивні вібрації можуть викликати змінм в сухожиллях, м'язах, кістках та з'єднувальних тканинах і можуть впливати на нервову систему.

Досить значна кількість синдромів може проявлятися після тривалої дії вібрації на організм людини в цілому. Найбільш відомим синдромом є так звана морська хвороба. Вона виникає при тривалій дії вібрацій в діапазоні частот від 0.1 до 0.6 Гц. Негативний вплив низькочастотних вібрацій виникає не лише в пасажирів морських лайнерів. Морською хворобою часто страждають пасажири автомобілів, літаків. На прояви та характер протікання морської хвороби значний вплив мають навколишні фактори (температура, запахи, свіжість повітря) та психологічний стан пацієнта.

Як це часто буває при діагностиці захворювань та їх лікуванні слід враховувати нелінійний ефект взаємодії різних факторів. Чутливість організму до вібраційних та звукових подразнень може суттєво залежати від періоду року, часу доби, настрою тощо. Так само перебіг багатьох захворювань може ускладнюватися накладанням вібраційних та акустичних впливів. Саме тому автори змістовного огляду[40] наполегливо рекомендують лікарям при діагностиці та лікуванні пацієнтів цікавитися відносно їх вібраційних та шумових умов життя.

Важливі результати досліджень впливу звуку та вібрацій представлено в роботі[41]. Дослідження проводилися на клітинному рівні. При дії вібрацій в частотному діапазоні стні Гц на клітини спостерігалися значні зміни в протіканні обмінних процесів. Результати експериментів вказують на те, що постійна дія вібрацій на організм на фоні інших несприятливих факторів сприяє пришвидшенню процесів старіння.

Література[ред.ред. код]

  • D. Rossing (Ed.) (2007). Springer Handbook of Acoustics. Springer.  (англ.)
  • Боєчко В.Ф., Огороднік А.Д., Калюш О.В., Кримова Т.О., Григоришин П.М., Зав’янський Л.Ю., Микитюк О.Ю. (1995). Деякі теоретичні аспекти медичної і біологічної фізики. Чернівці: Чернівецький медінститут. 
  • Рыбакова М. К.,Алехин М. Н.,Митьков В. В. Практическое руководство по ультразвуковой диагностике. Эхокардиография. Изд-во «Видор», Москва, 2008, 512 с., ISBN 978-5-88429-100-3. (рос.)
  • Миллер Э.,Хилл К., Бэмбер Дж. и др. Применение ультразвука в медицине. Физические основы. — Москва, Изд-во Мир, 1989, 568 с. ISBN 5-03-000987-6. (рос.)

Посилання[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Чалий О. В., Цехмістер Я. В., Аганов Б. Т., та ін. Медична та біологічна фізика. Київ, Книга плюс,2004, 751 с., ISBN 966-7619-60-5.
  2. [1]
  3. Ranganathan N.,Sivaciyan V.,Saksena F.D. The Art and Science of Cardiac Physical Examination. With Heart Sound and Pulse Wave Forms on CD, Humana Press, 2006, 411p. ISBN 978-1-58829-776-1
  4. Коваль О. А.,Романенко С. В. Предиктори негативного прогнозу хронічної серцевої недостатності ішемічного походження,Газета «Новости медицины и фармации», Кардиология, (338) 2010 (тематический номер) (рос.)
  5. [2]
  6. В. Т. Гринченко, А. П. Макаренков, А. А. Макаренкова Компютерная аускультация — новый метод объективизации звуков дыхания. Клиническая информатика и телемедицина, 2010, Т.6, вып. 7, с. 31-37.
  7. Зубарев А. В., Гажонова В. Е.Диагностический ультразвук. Уронефрология.Изд-во «Реальное время», Москва,2002, 248 с., http://eknigi.org/zdorovie/42944-diagnosticheskij-ultrazvuk-uronefrologiya.html
  8. Professional Manufacturer of Ultrasound http://www.made-in-china.com/products-search/hot-china-products/Ultrasound.html (англ.)
  9. а б D. Rossing (Ed.), Springer Handbook of Acoustics, Springer,2007,1182p.,e-ISBN 0-387-30425-0
  10. Малев Р. Г. Акустическая микроскопия, Москва, ТорусПресс, 2005, 402 с., ISBN 5-94-588-031-0
  11. http://ultrasound.net.ua/materiali/teorija-ultrazvukovoji-diagnostiki/3d-ta-4d/ultrasonography-e/ (відсутня)1.02.2016
  12. [3]
  13. from Yang J, Favazza C, Yao J, Chen R, Zhou Q, Shung K, Wang L (2015). "Three-Dimensional Photoacoustic Endoscopic Imaging of the Rabbit Esophagus". PLOS ONE. DOI:10.1371/journal.pone.0120269. PMID 25874640. PMC: 4398324
  14. D.Paladini, P. Volpe Ultrasound of Congenital Fetal Anomalies,Informa Healthcare, 2007, 361p. ISBN 13:978-0-415-41444-9
  15. Beck, Travis W.; Housh, Terry J.; Cramer, Joel T.; Weir, Joseph P.; Johnson, Glen O.; Coburn, Jared W.; Malek, Moh H.; Mielke, Michelle (19 December 2005). Mechanomyographic amplitude and frequency responses during dynamic muscle actions: a comprehensive review. BioMedical Engineering OnLine.com 4 (BioMed Central Ltd.). с. p. 67. doi:10.1186/1475-925X-4-67. Процитовано 21 December 2014. Шаблон:Open access
  16. Лембрик Основні принципи лікування та вторинної профілактики синдрому функціональної диспепсії у школярів. Здоровье ребенка, 3(3),2006. http://www.mif-ua.com/archive/article/887
  17. а б Eggermant J.J. Noise and the Brain.Experience Dependent Development and Adult Plasticity. Elsevier, 2014, 374 p., ISBN: 978-0-12-415994-5
  18. [4]
  19. Миллер Э.,Хилл К., Бэмбер Дж. и др.Применение ультразвука в медицине. Физические основы, Москва, Изд-во Мир, 1989, 568 с. ISBN: 5-03-000987-6
  20. [5]
  21. Advances in Diagnostic and Therapeutic Ultrasound Imaging,Editors: Suri J.S., Kathuria C.,Chang R.,Molinari F., Fenster A.,Artech House, 2008, 431 p., ISBN-13:978-1-59693-144-2.
  22. Yu-Feng Zhou High intensity focused ultrasound in clinical tumor ablution, World Journal of Clinical Oncology, 2011, vol.2, pp. 8-27
  23. Patel N. V. An ultrasonic scalpel for brain surgery, IEEE Spectrum, JAN 2015, p.14-15
  24. Fotios Vlachos, Yao-Sheng Tung, Elisa Konofagou,Permeability Dependence Study of the Focused Ultrasound-Induced Blood-Brain Barrier Opening at Distinct Pressures and Microbubble Diameters Using DCE-MRI,Magnetic Resonance in Medicine,2011,vol.66,p.821-830
  25. Advances in Experimental Medicine and Biology,volume 880, Therapeutic Ultasound, Springer, 2016, 465 p. ISBN 978-3-319-22536-4 (eBook).
  26. Тітов І. Г. Вступ до психофізіології: навчальний посібник, Київ, Академвидав, 2011, 296 с. ISBN:978-617-572-020-2
  27. [6]
  28. а б Сокол Г. И. Особенности акустических процессов в инфразвуковом диапазоне частот. — Днепропетровск: Проминь, 2000. — 143 с.
  29. Гигиена труда: учебник, Ред. Н. Ф. Измеров, В. Ф. Кириллов, Москва, ГЭОТАР-Медиа, 2010, 592 с.
  30. Кундієв Ю. І.,Яворовський О. П.,Шевченко А. М. та ін.,Гігієна праці, ВСВ «Медицина»,2011, ISBN:978-617-505-161-0
  31. Leventhall G. What is infrasound?, Progress in Biophysics and Molecular Biology, vol.93,2007, p. 130—137.
  32. Salt A.N.,Hullar T.E. Responses of the ear to low frequency sound, infrasound and wind turbines,Hearing research, vol. 268, 2010, p.12-21.
  33. Chen H.A., Harins P. Wind turbines and ghost stories: the effect of infrasound on the human auditory system, Acoustics Today, vol.8, issue 2, 2012, p. 51-55.
  34. Summary of main conclusions reached in 19 reviews of the research literature on wind farms and health,http://tobacco.health.usyd.edu.au/assets/pdfs/publications/WindHealthReviews.pdf
  35. Salt A.N., Lichtenhan J.T. How Does Wind Turbine Noise Affect People?, Acoustics Today, vol.10, Issue 1, p. 20-27.
  36. Cfstelo Branco, Alves-Pereira M.Vibroacoustic diseas, Noise and Health,2004,vol.6,issue 23,p. 3-20
  37. Clark C., Stensfeld S.F. The effect of Transportation Noise on Health and Cognitive Development: A Review of Resent Evidence. International Journal of Comparative Psychology, 2007, vol.20, p.145-158.
  38. Murphy W. J. Preventing Occupational Hearing Loss — Time for a Paradigm Shift.//Acoustics Today.—2016.— V.12, Issue 1. —p. 26-35
  39. J.-D. Rompe, Shock Wave Applications in Musculoskeletal Disorders", New York, Tieme, 2002, 82 p. ISBN:3-13-130121-X(GTV)
  40. Mariana Alves-Pereira, Nuno A.A. Castelo Branco, Vibroacoustic disease: Biological effects of infrasound and low-frequency noise explained by mechanotransduction cellular signalling, Progress in Biophysics and Molecular Biology, vol. 93 (2007), p.256-279
  41. Романов С. Н. Биологическое действие вибрации и звука. Парадоксы и проблемы XX века.  — Ленинград, Наука, 1991, 158 с.