Медична акустика

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
(Перенаправлено з Ультразвукове дослідження)
Перейти до: навігація, пошук

Медична акустика — розділ акустики, в якому досягнення науки про звуки використовуються для створення приладів та технологій для діагностичних та терапевтичних цілей. При цьому для оцінки стану окремих органів використовуються, як звуки, які природно генеруються в організмі, так і звуки, що генеруються спеціальними пристроями і вводяться в організм зовні. Певні відомості відносно характерних напрямків досліджень в цій галузі можна знайти на сайті Акустичного інституту РАН [1]. Медична акустика є складовою фундаментальної підготовки лікарів в рамках курсів Медична та біологічна фізика[2] Систематичний опис напрямків досліджень, типових приладів для застосування в практичній медицині представлено в енциклопедичному довіднику[3]

Будучи тісно пов'язаною з фізикою, медична акустика методично має встановлювати певні загальні закономірності відносно впливу акустичних факторів на організм людини. Певні загальні висновки, що грунтуються на узагальненні конкретних спостережень за пацієнтами, описано в цій статті. Однак, оцінюючи накопичений і узагальнений досвід, слід постійно мати на увазі генетично визначені відмінності людських організмів. Різні особи можуть виявляти велику різницю в реакції на однакові з фізичної точки зору подразники. Реакція на дію акустичних факторів може суттєво залежати від психічного стану людини та, навіть, від рівня поінформованості відносно певних 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. Важливою також є та обставина, що для кожної людини існує індивідуалний інтегральний поріг акустично- вібраційної дії, не перевищення якого дає можливість організму повністю відновитися після певного часу пребування поза зоною впливу негативних факторів.

Необхідність індивідиуального підходу до оцінки впливу на людину різних факторів існує не лише при аналізі впливу звуків і вібрації. Формування методик впливу на пацієнта з урахуванням його генетичного портрету та життєвої історії стає все більш актуальною проблемою сучасної медицини.

Вступ[ред.ред. код]

В технологіях медичної акустики використовуються 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. Наочне зображення виділення частотних діапазонів для звуків та вібрацій представлено на рисунку.

Характерні частотні інетервали звукових сигналів.

Тут особливо виділена область ультразвуку. Але, практично, весь частотний діапазон до деклькох МГц є об'єктом досліджень в медичній акустиці.

До загального розділу медична акустика слід віднести також значний об'єм досліджень, пов'язаних з вивченням дії на людський організм звуків та вібрацій. В загальному частотному діапазоні звуків, що використовуються 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 20000Гц.
  3. Низькочастотний ультразвук з частотами до 100 КГц.
  4. Ультразвук радіочастотного діапазону з частотами біля 10 МГц

Звуки відповідних діапазонів використовуються для вирішення різних задач медичної практики і 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 важливо мати на увазі такі моменти:

  1. Ультразвук не може виявляти структури, менші за розмірами від довжини хвилі.
  2. Розсіювання та затухання ультразвуку залежить від довжини хвилі та її співвідношення з характерними розмірами розсіювачів.
  3. 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 прцесі життєдіяльності організму. Такими звуками є звуки дихання, звуки сеця та звуки, що генеруються кровотоком. Використання для діагностики стану легень та серця звуків дихання та серцевих звуків було запропоновано французьким лікарем Лаеннеком на початку 19 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 приняття діагностичних рішень. Сама процедура аускультації зараз використовується і при вимірюванні кров'яного тиску у людини.

Крім звуків, що генеруються природньо в організмі для діагностичних цілей використовують звуки, що штучно генеруються лікарем при легкому ударянні по тілу пацієнта (певний аналог відомої в акустиці активної локації). Ця діагностична процедура відома під назвою перкусія. Для діагностики дихального тракту використовується також аускультативна процедура аналізу звукі, що реєструються на поверхні грудної клітки під час вимовляння певних звуків пацієнтм.

Цікавими є дослідження, спрямовані на використання інтуітивно генерованих звукі (крику немовля)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 на протязі пеших місяців життя http://healthland.time.com/2012/11/28/can-a-babys-cry-be-a-clue-to-autism/. Загальна ідеологія досліджень в цій області визначається 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 розвиватися[4] і зараз з використанням новітніх засобів реєстрації та обробки звуків. діагностична значимість фонокрдіограми визначається тим, що вона містить данні про ту частину спектру в звуказ 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)[5].

Використання методів діагностики на основі аналізу згенерваних 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, http://www.ilsa.us/ ).

Серед новітніх засобів реєстрації та обробки акустичних сигналів слід вказати на електронний стктофонендоскоп та на на спеціальний багатоканальний комп'ютерний комплекс КоРА (http://hydromech.kiev.ua/appl-medicine). 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 використовуються алгоритми побудови спектрограм (сонограм), описані в https://en.wikipedia.org/wiki/Spectrogram. Зареєстровані данні про звуки під час декількох циклів дихання (в даному випадку чотири цикли)після спектрального аналізу представлено в вигляді коьорових зображень. По горизонталі відкладено час, по вертикалі значення частоти. З допомогою кольора можливо відобразити інтенсивність звуку відповідної частоти. Візуальне порівняння таких зображень для конкретного пацієнта з типовими «стандартними» зображеннями для різних додаткових звуків дихання дозволяє підвишити 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 вдосконалюються. Довгий список різного типу ультразвукових апаратів приведено, наприклад в http://www.made-in-china.com/products-search/hot-china-products/Ultrasound.html. 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 напрямленністю 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 кровеносних судин. Зараз дуже часто ультразвук використовується для побудови зображень плоду в материнській утробі з метою встановлення розмірів, проложення, 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 внутріутробній коректуючій 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 вечин акустичних імпедансів окремих частин середовища. Величина акустичного імпедансу Z обчислюється за формулою Z=\rho c , де \rho густина середовища, а c 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[3]. 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 складнаПомилка цитування: Неправильний виклик <ref>: тег ref без назви повинен мати вхідні дані і ефективність тестування суттєво залежить від кваліфікації персоналу. Для проведення тестування використовуються ультразвукові сигнали мегагерцового діапазону з інтенсивністю звуку 100 mW/sm^2 (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[8]. 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. Тут час грає роль четвертого виміру(http://ultrasound.net.ua/materiali/teorija-ultrazvukovoji-diagnostiki/3d-ta-4d/ultrasonography-e/).

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


Статичні зображення використовуються при діагностиці стану м'язів, сухожиллів, суглобів та багатьох внутрішніх органів. Для візуалізації руху крові в судинах, серця людського зародка розшифровка картин розсіянного ультразвуку ведеться з використання ефекту Доплера. Сучасні методи обробки сигналів дозволяють формувати як двовимірні, так і трьохвимірні зображення. Процедури ультразвукової діагностикирізних органів людини досить чітко визначені. Вони передбачають рекомендації відносно рівнів іньтенсивності ультразвуку, документування результатів, правил підготовки пацієнтів для проходження тестування. З преліком певних процедур можна познайомитися в http://ukrhealth.net/uzd/.

В Вікісховищі вміщено велику кількість ультразвукових зображень, як статичних, так і динамічних. Приведений фільм дозволяє сфрмувати 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. Тут приведено приклад такого зображення, одержаного при дослідженнні меланоми.

Зображення меланоми, одержано з допомогою фотоакустичного ефекту


Велику роль для розвитку практики ультразвуковго діагностування та терапевтичног 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 ультрахвукової 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.

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 можлмва 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 зениці малюка спочатку звужуються, а потім розширються.
  • Кохлеопупілярний рефлекс--у відповідь на різкий звук на відстані біля 30 см від вуха малюк закриває очі.

Див. також Глухота.

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 випрмінювання звуку на вході в дихальну систему в діапазоны частот выд 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[9]:"…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 фактра, що викликає серйозні ознаки віброакустичних захворювань. Серед можливих пацієнтів з такими захворюваннями, першза все, вказують на лиск-жокеїв нічних клубів. Однак загроза захворювання існує і для інших музикантів, що працюють при високих рівнях звукового навантаження[10].

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, ультразук може їх вбивати (http://www.ob-ultrasound.net/history1.html). 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 використовувся ультразвук з частото біля 3 МГц та випрмінюваною енергією 20 Вт.

Приклад використання ультразвуку для прискорення заживлення ран приведено в[11].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 загоїння травми. Режим з використання відносно інтенсивного ультразвуку з інтенсивністю 8 Вт на снтиметр квадратний призвів до збільшення травми в часі.

Терапевтичне використання ультразвуку є напрямком сучасної практичної медицини, який швидко розвивається. Під егідою Міжнародного товариства терапевтичного ултразвуку та фонду сфокусованного ультразвуку почав видаватися електронний журнал з вільним доступом Journal of Therapeutic Ultrasound(http://www.jtultrasound.com/content).

Один із напрямків ультразвукової терапії базується на використанні високоінтенсивного сфокусованого ультразвуку. Видповідними технічними засобами в малому об'ємі тіла створюється ультразвукове збудження з енергією від 1000 до 10000 Вт/см2 (порівняно з енергією порядка 0.1 Вт/см2 в діагностичних ультразвукових процедурах). В області такого високоенергетичного збудження температура дуже швидко перевищує 50 градусів. При дії ультразвука протягом декількох секунд в опроміненій тканині гинуть клітини в об'ємі біля 0.5 мілілітрів без суттєвого пошкодження навколишніх клітин. Така складна технологія може бути використана в багатьох випадках. Опис областей застосування та особливості використання високоінтенсивного ультазвуку детально представлено в[12].

Значні досягнення в технології генерації високочастотного ультразвук, 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[13]. Автори цієї роботи вказують на більш ніж 100000 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.

Останнімчасом значна увага приділяється дослідженням можливостей використання інтенсивного сфокусованого ультразиуку, як метода специфічної хірургії. Інтенсивно ведуться дослідження можливостей використання ультразвуку в частотному діапазоні від 650 до 710 КГц[14] в хірургії мозку без розкриття черепу. Для подолання складних проблем фокусування ультразвуку та передачі енергії в середену 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[15]

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

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 дяльності, то під дією шумового впливу вона знаходиться практично цілодобово. Акустична ситуація в навклишньому середовищі характеризується як шумове забруднення.

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 диапазону чітко фіксується слуховим апаратом людини. В зв'язку з цим результати дії звуків чутного диапазону суттєво залежать від психологічного фактору, від настрою людини[10]. Ця обставина суттєво утруднює формулювання об'єктивних висновків про вплив звуків чутного діапазону. Порорджені впливом чутних звуків розлади в людськму організмі визначаються як психосоматичні, або психофізіологічні і вивчаються такою галуззю медицини як психофізіологія.[16].

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 частиню суспільства містичні твердження. Приведені в http://www.membrana.ru/particle/5813 твердження (як це часто робиться з посиланням на результати досліджень англійських вчених) про те, що поява привидів є результатом дії інфразвуку на психіку людини, багато разів повторюється в інших публікаціях. Взагалі різним аспектам проблеми ультразвуку присвячено величезну кількість робіт. В огляді[17] згадуються 803 джерела, значна частиная яких присвячена медичним аспектам ультразвуку.

Довгий список негативних наслідків дії інфразвуку (порушення сну, роздратування, головний біль, запаморочування, нудота, тахікардія та ін.) приведено в[18]. Практично такий же перелік наслідків приведено і в українському виданні[19].

Різке зростання інтересу до проблеми інфразвуку стимулювалося публікаціями французького дослідника Гавро[17] 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[20].Механізми низькочастотного стимулювання внутрішнього вуха та фізіологічний відгук вуха на низькочастотні стимули детально розглянуто в[21] 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[22] 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[23]. Тут представлено основні висновки досліджень та вказано електронні адреси всіх цитованих джерел. Сумарний висновок проведених досліджень можна сформулювати в такому твердженні: Огляд літератуних 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[24]

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 та ін. Згідно з документами Всесвітньої організації охорони здоров'я (http://www.who.int/docstore/peh/noise/guidelines2.html) до вказаного передіку 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 більшшості випадків на організм людини здійснюється одночасна дія звуку (шуму) та вібрацій, негативні наслідки такої дії охоплюються терміном «віброакустичні захворювання»[25]. 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.[26] Розглядаються такі прояви впливу шуму на людину:

  1. 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.
  2. Серцево-судинні розлади.
  3. Стрес.
  4. Розлад сну.
  5. Психологічне здоров'я.
  6. Проблеми розумового розвитку.

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:

  1. 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 процедкри здійснюється руйнування каменив в 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[27].
  2. 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.
  3. Хімічний ефект. Опромінення ультразвуком може приводити до інтенсифікації хімічних реакцій, до руйнування полімерних молекул, прискорення дифузійних процесів.
  4. 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 діапвзоні 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 взвємодії різних факторів. Чутливість організму до вібраційних та звукових подразнень може суттєво залежати від періоду року, часу доби, настрою та ін. Так само перебіг багатьох захворювань може ускладнюватися накладанням вібраційних та акустичних впливів. Саме тому автори змістовного огляду[28] 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[29]. 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 несириятливих факторів сприяє пришвидченню процесів старіння.

Література[ред.ред. код]

  • D. Rossing (Ed.) (2007). Springer Handbook of Acoustics. Springer. 
  • 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.
  • 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.

Примітки[ред.ред. код]

  1. Медична акустика
  2. 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.
  3. а б D. Rossing (Ed.), Springer Handbook of Acoustics, Springer,2007,1182p.,e-ISBN 0-387-30425-0
  4. 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
  5. Коваль О. А.,Романенко С. В. Предиктори негативного прогнозу хронічної серцевої недостатності ішемічного походження,Газета «Новости медицины и фармации», Кардиология, (338) 2010 (тематический номер)
  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. Малев Р. Г. Акустическая микроскопия,Москва, ТорусПресс, 2005, 402 с., ISBN:5-94-588-031-0
  9. Лембрик Основні принципи лікування та вторинної профілактики синдрому функціональноїдиспепсиї у школярів.Здоровье ребенка, 3(3),2006. http://www.mif-ua.com/archive/article/887
  10. 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
  11. 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
  12. 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.
  13. Yu-Feng Zhou High intensity focused ultrasound in clinical tumor ablution, World Journal of Clinical Oncology, 2011, vol.2, pp. 8-27
  14. Patel N. V. An ultrasonic scalpel for brain surgery, IEEE Spectrum, JAN 2015, p.14-15
  15. 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
  16. Тітов І. Г. Вступ до психофізіології: навчальний посібник, Київ, Академвидав, 2011, 296 с. ISBN:978-617-572-020-2
  17. а б Сокол Г. И. Особенности акустических процессов в инфразвуковом диапазоне частот. — Днепропетровск: Проминь, 2000. — 143 с.
  18. Гигиена труда: учебник, Ред. Н. Ф. Измеров, В. Ф. Кириллов, Москва, ГЭОТАР-Медиа, 2010, 592 с.
  19. Кундієв Ю. І.,Яворовський О. П.,Шевченко А. М. та ін.,Гігієна праці, ВСВ «Медицина»,2011, ISBN:978-617-505-161-0
  20. Leventhall G. What is infrasound?, Progress in Biophysics and Molecular Biology, vol.93,2007, p. 130–137.
  21. 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.
  22. 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.
  23. 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
  24. Salt A.N., Lichtenhan J.T. How Does Wind Turbine Noise Affect People?, Acoustics Today, vol.10, Issue 1, p. 20-27.
  25. Cfstelo Branco, Alves-Pereira M.Vibroacoustic diseas, Noise and Health,2004,vol.6,issue 23,p. 3-20
  26. 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.
  27. J.-D. Rompe, Shock Wave Applications in Musculoskeletal Disorders", New York, Tieme, 2002, 82 p. ISBN:3-13-130121-X(GTV)
  28. 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
  29. Романов С. Н. Биологическое действие вибрации и звука. Парадоксы и проблемы ХХ века. --Ленинград, Наука, 1991, 158 с.