РЕФЕРАТ
на тему:
„Використовування ультразвука в стоматології (діагностика)”

Ультразвук в стоматології
Шість років минуло з тих пір, як я висловився з приводу перспектив і практичного застосування ультразвука в стоматології в невеликій своїй замітці “” на сторінках сайту . Електронних послань було одержано у той час більш ніж достатньо. Лікарі цікавилися практично з кожного питання, зв'язаного із застосуванням ультразвука, прочиненого у вищезазначеній статті. Не приховаю, домінуючим питанням у всіх посланнях переважав в основному інтерес до можливості придбання безпосередньо “озвучених” інструментів і ультразвукової апаратури. По всьому було ясно, що на всьому пострадянському просторі мало хто мав широке уявлення про можливості і існуючі методики роботи з ультразвуковим інструментарієм, ну хіба що, і те від частини, із знайомим вже тоді багатьом отечественними інструментами для зняття зубних відкладень. Але інформаційний прогрес і ринок неухильно і стрімко набирали темп і, вже через пару років лікарі-стоматологи могли мати потрібну інформацію і дещо розширений асортимент ультразвукових інструментів. Правда, якщо бути до кінця відвертим, то в приватних бесідах з колегами навіть і на сьогоднішній день, коли заходить розмова про ширше застосування в стоматології і про можливості ультразвука, багато лікарів, хоча і по-різному, але озвучують одну і тугіше фразу – “…але він же, говорять, шкідливий…?!”
Сьогодні ж, аналізуючи ситуацію і ставлячи собі питання - що ж змінилося з того часу(?); чи багато практикуючих лікарів залучилися до "озвучених" інструментів і методів(?); і, дійсно, чим може бути небезпечний і корисний ультразвук(?) - хочеться знову повернутися до теми сущемтвующих метордік застосування і перспективного розвитку ультразвука в стоматології, оскільки зовсім жодним тільки ськейлером і ендосоником обуславліваются ультразвукові технології і методи в стоматології.
Але перш ніж почати розмову про ультразвукові технології, пропоную ознайомитися з підбіркою матеріалів відносно .
Небагато про звук і хвилю
Звукові хвилі можуть служити прикладом коливального процесу і розглядатися як окремий випадок механічних коливань і хвиль. Рухи, що повторюються, або зміни стану називають коливаннями. Всім коливанням незалежно від їх природи, будь то механічні коливання і хвилі або коливання поширювані в рідких, газових або твердих середовищах, властиві деякі загальні закономірності. Коливання розповсюджуються в середовищі у вигляді хвиль. Будь-який коливальний (хвильове) рух має свою частоту і амплітуду коливання. Хвильові коливання виникаючі в середовищі за участю зовнішньої сили змінюються по періодичному закону і мають назви - вимушених коливань. Частота вимушених коливань рівна частоті сили, що вимушує. Амплітуда ж вимушених коливань прямо пропорційна амплітуді сили, що вимушує, і має складну залежність від коефіцієнта загасання середовища і кругових частот власного і вимушеного коливань. Якщо коефіцієнт загасання і початкова фаза коливань для системи задані, то амплітуда вимушених коливань має максимальне значення при деякій певній частоті сили, що вимушує, званої резонансної, а саме явище досягнення максимальної амплітуди - називають резонансом.
У фізиці область, що досліджує пружні коливання в середовищах від найнижчих частот до гранично високих (1012 1013 Гц) носить назву - акустика. У вузькому значенні слова під акустикою розуміють вчення про звук, тобто про пружні коливання і хвилі в газах, рідини і тверді тіла, сприймані людським вухом (частоти від 16 до 20 000 Гц). Поняття - акустичний тиск (звуковий тиск) є вижним чинником при подальшому розгляді дії звукових (ультразвукових) коливань на біологічні об'єкти.
Профіль акустичної хвилі, як правило, має знакозмінний характер, причому тиск вважається позитивним, якщо ділянка середовища в даний момент часу випробовує стиснення, і негативний при розрядці. Якщо коливання можуть бути виражені математично у вигляді функції, значення якої через рівні проміжки часу повторюються, то вони називаються періодичними коливаннями. Якнайменший інтервал часу повторення коливального процесу відповідає періоду (Т). Величина, зворотна періоду коливань, називається частотою. f = у/T Вона показує число повних коливань в секунду. Частота коливань вимірюється в герцах (Гц) або в крупніших кратних одиницях - кілогерцах (кГц) і мегагерцах (Мгц). Частота коливань пов'язана з довжиною хвилі (y) співвідношенням: у = с/f де з - швидкість розповсюдження звукових хвиль (м/с).
Всяке ж коливання пов'язане з порушенням рівноважного стану системи і виражається у відхиленні її характеристик від рівноважних значень. Звуком називаються механічні коливання пружного (твердої, рідкої або газоподібної) середовища, спричиняючі за собою виникнення в ній ділянок стиснення і розрядки, що послідовно чергуються. Якщо виробити різкий зсув частинок пружного середовища в одному місці, наприклад, за допомогою поршня, то в цьому місці збільшиться тиск. Завдяки пружним зв'язкам частинок тиск передається на сусідні частинки, які, у свою чергу, впливають на наступні. Таким чином, область підвищеного тиску як би переміщається в пружному середовищі. За областю підвищеного тиску слідує область зниженого тиску. Якщо ж виробляти безперервні зсуви частинок пружного середовища з якоюсь частотою, то утворюється ряд областей стиснення і розрядки, що розповсюджується в середовищі у вигляді хвилі, що чергуються. Кожна частинка пружного середовища в цьому випадку скоюватиме коливальні рухи, зміщуючись те в одну, то в іншу сторону від первинного положення. У рідких і газоподібних середовищах, де відсутні значні коливання густини, акустичні хвилі мають подовжній характер, тобто в них співпадають напрями коливання частинок і переміщення хвилі. У твердих тілах і щільних біотканинах крім подовжніх деформацій, виникають також і пружні деформації зрушення, обумовлюючі збудження поперечних (сдвігових) хвиль, в цьому випадку частинки скоюють коливання перпендикулярно напряму розповсюдження хвилі. Швидкість розповсюдження подовжніх хвиль значно більше швидкості розповсюдження сдвігових хвиль.
Розповсюдження пружних хвиль в середовищах підкоряється загальному для будь-якого діапазону частот закону. Різні випадки хвильового руху відрізняються один від одного граничними і початковими умовами, які характеризують стан хвильового процесу на межах середовища і в початковий момент часу. Тип хвилі з вертикальною поляризацією і двома компонентами зсуву називають хвилею Релея. Хвилі релєєвського типу виникають і на межах тверде тіло - рідина і двох твердих тіл. Окрім хвиль з вертикальною поляризацією за наявності на межі твердого напівпростору твердого шару, можуть існувати хвилі з горизонтальною поляризацією - хвилі Лява. Зсув частинок в хвилі Лява, як показано відбувається паралельно площині шару в напрямі, перпендикулярному розповсюдженню хвилі, тобто хвиля Лява є чисто сдвіговую хвилею, що має одну компоненту зсуву. Розповсюдження пружних коливань в обмеженому об'ємі в порівнянні з безмежним середовищем накладає на хвильовий процес додаткові умови, які звичайно зводяться до нульової рівності тиску на вільних поверхнях або швидкості на абсолютно жорстких поверхнях. При цьому хвильові складові коливань тіл обмеженої форми завжди мають загальну структуру, але декілька відмінної форми, визначуваної пружними властивостями і густиною тіла.
У тонких стрижнях існують три види нормальних хвиль: подовжні, крутильні і ізгибниє. Причому для ізгибной хвилі характерна дисперсія швидкості розповсюдження, обумовлена зміною жорсткості з частотою. Тому із збільшенням частоти фазова швидкість ізгибной хвилі зростає.
Хвильовий процес в товстих стрижнях має деякі відмінності від розповсюдження хвилі в тонких стрижнях. В результаті ефекту Пуассона подовжньої деформації завжди супроводить поперечна деформація. Отже, в загальному випадку зсув частинок при подовжніх коливаннях має дві компоненти. Одна компоненту зсуву паралель, а інша - перпендикулярна осі розповсюдження хвилі, причому переважає осьова компоненту зсуву. На низьких частотах розповсюджується розглянута подовжня хвиля з подовжніми зсувами частинок в кожному перетині і незначними поперечними, обумовленими ефектом Пуассона. При збільшенні частоти і діаметру стрижня до якогось критичного значення з'являються хвилі нульового порядку, що характеризуються наявністю стоячої хвилі в поперечному перетині. При критичному значенні в цих хвилях немає потоку енергії, тобто вони є рухом, швидко затухаючим уздовж стрижня.
На вільній поверхні рідини хвильовий процес визначається вже не пружними силами, а поверхневим натягненням і гравітацією. Стиснення і розрідження рідкого середовища, створювані ультразвуком, приводять до утворення розривів сплошності рідини - кавітацій. Кавітації існують недовго і швидко закриваються, при цьому в невеликих об'ємах виділяється значна енергія, відбувається розігрівання речовини, а також іонізація і дисоціація молекул. Під акустичною кавітацією розуміють освіту і активацію газових або парових порожнин (міхурів) в середовищі, що піддається ультразвуковій дії. По загальноприйнятій термінології існують два типи активності міхурів: стабільна кавітація і коллапсирующая, або не стаціонарна, кавітація, хоча межа між ними не завжди чітко обкреслена. Стабільні порожнини пульсують під впливом тиску ультразвукового поля. Радіус міхура коливається біля рівноважного значення, порожнина існує протягом значного числа періодів звукового поля. З активністю такої стабільної кавітації може бути пов'язане виникнення акустичних мікропотоків і високих сдвігових напруг. Коллапсирующие або нестаціонарні порожнини осцилюють нестійкий біля своїх рівноважних розмірів, зростають у декілька разів і енергійне схлопиваются. Схлопиванієм таких міхурів можуть бути обумовлені високі температури і тиск, а також перетворення енергії ультразвука у випромінювання світла або хімічні реакції. На порошинках і частинках домішок, що містяться в рідинах можуть існувати мікротріщини. Надмірний тиск усередині частинок, що задається радіусом частинок і коефіцієнт поверхневого натягнення, мало, але під дією звуку досить високої інтенсивності газ може накачуватися в них і порожнини можуть рости. Було показано, що інтенсивність звуку, необхідна для отримання кавітації, помітно підвищується при збільшенні чистоти рідини. Малі міхури можуть рости унаслідок процесу, званого випрямленою, або направленою, дифузією. Пояснення цього явища полягає у тому, що за період акустичного поля газ по черзі діффундіруєт в міхур під час фази розрядки і з міхура під час фази стиснення. Оскільки поверхня міхура у фазі розрядки максимальна, сумарний потік газу направлений всередину міхура, тому міхур росте. Щоб міхур ріс за рахунок випрямленої дифузії, амплітуда акустичного тиску повинна перевищити порогове значення. Поріг випрямленої дифузії і визначає поріг кавітації.
При розповсюдженні ультразвукових хвиль можливі явища дифракції, інтерференції і віддзеркалення. Дифракція (обгинання хвилями перешкод) має місце тоді, коли довжина ультразвукової хвилі порівнянна (або більше) з розмірами перешкоди, що знаходиться на шляху. Якщо перешкода в порівнянні з довжиною акустичної хвилі велика, то явища дифракції немає. При одночасному русі в тканині декількох ультразвукових хвиль в певній точці середовища може відбуватися суперпозиція цих хвиль. Таке накладення хвиль один на одного носить загальну назву інтерференції. Якщо в процесі проходження через біологічний об'єкт ультразвукові хвилі перетинаються, то в певній точці біологічного середовища спостерігається посилення або ослаблення коливань. Результат інтерференції залежатиме від просторового співвідношення фаз ультразвукових коливань в даній точці середовища. Якщо ультразвукові хвилі досягають певної ділянки середовища в однакових фазах (синфазно), то зсуви частинок мають однакові знаки і інтерференція в таких умовах сприяє збільшенню амплітуди ультразвукових коливань. Якщо ж ультразвукові хвилі приходять до конкретної ділянки в протифазі, то зсув частинок супроводжуватиметься різними знаками, що приводить до зменшення амплітуди ультразвукових коливань. Інтерференція виконує важливу роль при оцінці явищ, що виникають в тканинах навколо ультразвукового випромінювача. Особливо велике значення має інтерференція при розповсюдженні ультразвукових хвиль в протилежних напрямах після віддзеркалення їх від перешкоди.
Під глибиною проникнення ультразвука розуміють глибину при якій інтенсивність зменшується на половину. Ця величина обернено пропорційна поглинанню: чим сильніше середовище поглинає ультразвук, тим менше відстань, на якому інтенсивність ультразвука ослабляється наполовину. Якщо при розповсюдженні ультразвукових хвиль в середовищі не відбувається їх віддзеркалення, утворюються хвилі, що біжать. В результаті втрат енергії коливальні рухи частинок середовища поступово затухають, і чим далі розташовані частинки від випромінюючої поверхні, тим менше амплітуда їх коливань. Якщо ж на шляху розповсюдження ультразвукових хвиль є тканини з різними питомими акустичними опорами, то в тому або іншому ступені відбувається віддзеркалення ультразвукових хвиль від прикордонного розділу. Накладення падаючих і відображаються ультразвукових хвиль може приводити до виникнення стоячих хвиль. Для виникнення стоячих хвиль відстань від поверхні випромінювача до поверхні, що відображає, повинна бути кратною половині довжини хвилі.
Відповідно до частоти, звукові хвилі прийнято розділяти на наступні діапазони: інфразвук - до 16 Гц; чутний звук - 16 Гц - 20000 Гц; ультразвук - 20 кГц - 1000 Мгц. Верхньою межею ультразвукових частот умовно можна рахувати 109 - 1010 Гц. Ця межа визначається міжмолекулярними відстанями і тому залежить від агрегатного стану речовини, в якому розповсюджується звукова хвиля. Застосування ультразвука в медицині пов'язане з особливостями його розповсюдження і характерними властивостями. По фізичній природі ультразвук, як і звук, є механічною (пружної) хвилею. Проте довжина хвилі ультразвука істотно менше за довжину звукової хвилі. Так, наприклад, у воді довжини хвиль рівні 1,4 м (1 кГц, звук), 1,4 мм (1 Мгц, УЗИ) і 1,4 мкм (1 ГГц, УЗ). Дифракція хвиль істотно залежить від співвідношення довжини хвиль і розмірів тіл, на яких хвиля дифрагує. “Непрозоре” тіло розміром 1 м не буде перешкодою для звукової хвилі з довжиною 1,4 м, але стане перешкодою для ультразвукової хвилі з довжиною 1,4 мм, виникне ”УЗ-ТЕНЬ”. Це дозволяє в деяких випадках не враховувати дифракцію ультразвукових хвиль, розглядаючи при заломленні і віддзеркаленні ці хвилі як проміння (аналогічно заломленню і віддзеркаленню світлового проміння). Віддзеркалення ультразвука на межі двох середовищ залежить від співвідношення їх хвильових опорів. Так, ультразвук добре відображається на межах мышца-надкостница-кістка, на поверхні порожнистих органів і т.д. Тому можна визначити розташування і розмір неоднорідних включень, порожнин, внутрішніх органів і т.п. (УЗ-ЛОКАЦИЯ). При ультразвуковій локації використовують як безперервне, так і імпульсне випромінювання. У першому випадку досліджується стояча хвиля, що виникає при інтерференції падаючої і відображеної хвиль від межі розділу. У другому випадку спостерігають відображений імпульс і вимірюють час розповсюдження ультразвука до досліджуваного об'єкту і назад. Знаючи швидкість розповсюдження ультразвука, визначають глибину залягання об'єкту.
Якщо ультразвукові хвилі, що біжать, натрапляють на перешкоду, воно випробовує не тільки змінний тиск, але і постояноє. Виникаючі при проходженні ультразвукових хвиль ділянки згущування і розрядки середовища створюють додаткові зміни тиску в середовищі по відношенню до оточуючого її зовнішнього тиску. Такий додатковий зовнішній тиск носить назву тиску випромінювання (радіаційного тиску). Воно служить причиною того, що під час переходу ультразвукових хвиль через межу рідини з повітрям утворюються фонтанчики рідини і відбувається відрив окремих крапельок від поверхні. Цей механізм знайшов застосування в утворенні аерозолів лікарських речовин. Радіаційний тиск часто використовується при вимірюванні потужності ультразвукових коливань в спеціальних вимірниках - ультразвукових вагах.
Хвильовий опір біологічних середовищ в 3000 разів більше хвильового опору повітря. Тому якщо ультразвукові випромінювач прикласти до тіла людини, то ультразвук не проникне всередину, а відображатиметься через тонкий шар повітря між випромінювачем і біологічним об'єктом. Щоб виключити повітряний шар, поверхня ультразвукові випромінювача покривають шаром масла, гліцерину або желе.
Швидкість розповсюдження ультразвукових хвиль і їх поглинання істотно залежать від стану середовища; на цьому засноване використовування ультразвука для вивчення молекулярних властивостей речовини. Дослідження такого роду є предметом молекулярної акустики. Інтенсивність випромінюваної хвилі пропорційна квадрату частоти, тому можна одержати ультразвук значної інтенсивності навіть при порівняно невеликій амплітуді коливань. Прискорення частинок, що коливаються в ультразвуковій хвилі, також може бути великим, що говорить про наявність істотних сил, діючих на частинки в біологічних тканинах при опромінюванні ультразвуком.
Розповсюдження ультразвука - це процес переміщення в просторі і в часі обурень, що мають місце в звуковій хвилі. Звукова хвиля розповсюджується в речовині, що знаходиться в газоподібному, рідкому або твердому стані, в тому ж напрямі, в якому відбувається зсув частинок цієї речовини, тобто вона викликає деформацію середовища. Деформація полягає у тому, що відбувається послідовна розрядка і стиснення певних об'ємів середовища, причому відстань між двома сусідніми областями відповідає довжині ультразвукової хвилі. Чим більше питомий акустичний опір середовища, тим більше ступінь стиснення і розрядки середовища при даній амплітуді коливань. Частинки середовища, що беруть участь в передачі енергії хвилі, коливаються біля положення своєї рівноваги.
Ультразвукові хвилі в тканинах організму розповсюджуються з деякою кінцевою швидкістю, яка визначається пружними властивостями середовища і її густиною. Швидкість звуку в рідинах і твердих середовищах значно вище, ніж в повітрі, де вона приблизно рівна 330 м/с. Для води вона буде рівна 1482 м/с при 20° С. Ськорость розповсюдження ультразвука в твердих середовищах, наприклад, в кістковій тканині, складає приблизно 4000 м/с.
Особливий практичне інтерес застосування ультразвука в медицині пов'язаний з ефектом Доплера - зміна частоти хвиль, сприйманим спостерігачем (приймачем хвиль), унаслідок відносного руху джерела хвиль і спостерігача. Уявіть собі, що спостерігач наближається з певною швидкістю до нерухомого щодо середовища джерела хвиль. При цьому він зустрічає за один і той же інтервал часу більше хвиль, ніж за відсутності руху. Це означає, що сприймана їм частота буде більше частоти хвилі, що випускається джерелом. Інший випадок: джерело хвиль рухається з якоюсь швидкістю до нерухомого щодо середовища спостерігача. Оскільки джерело рухається вслід за хвилею, що випускається, то довжина хвилі буде менше, ніж при нерухомому джерелі. Або при одночасному русі один до одного спостерігача і джерела хвиль, сприймається частота більше що випускається. Накладаючи істинні частоти випромінювання і сприймані рухомим об'єктом і вирахувавши їх різницю (доплеровській зрушення частоти), можна точно визначити швидкість руху об'єкту.
Або ще простіше - уявіть, що ви стоїте на мілководді і на ваші ноги накочуються легкі хвилі з певною частотою, якщо ви зробите наскільки кроків назустріч наступній хвилі, то вона торкнеться вас швидше, ніж ніж ви б стояли на місці і чекали її. Знаючи швидкість руху хвиль і різницю в часі між їх торканнями ваших ніг, можна обчислити вашу швидкість руху, тобто ту швидкість, з якою ви рухалися на зустріч хвилі. І так далі з будь-якою невідомою і в будь-якому напрямі. Якщо ж ви продовжуватимете йти назустріч хвилям, то за певний (постійний) проміжок часу, ваших ніг торкнеться більша кількість хвиль, ніж якби ви стояли на одному місці, це і є фазове зрушення частоти хвильового руху, яке і залежить від швидкості руху об'єкту.
Ефект Доплера в медицині використовується для визначення швидкості кровотоку, швидкості руху клапанів і стінок серця і інших органів.
Фізичні процеси, обумовлені дією ультразвука, викликають в біологічних об'єктах наступні основні ефекти: - мікровібрації на клітинному і субклітинному рівні; - руйнування біомакромолекул; - перебудову і пошкодження біологічних мембран, зміну проникності мембран; - теплова дія; - руйнування кліток і мікроорганізмів. Медико-біологічні додатки ультразвука можна в основному розділити на два напрями: методи діагностики і дослідження і методи дії.
До першого напряму відносяться локаційні методи діагностики з використовуванням головним чином імпульсного випромінювання. До другого напряму відноситься ультразвукова фізіотерапія. Здатність ультразвука дробити тіла, поміщені в рідину, і створювати емульсії використовується і у фармацевтичній промисловості при виготовленні ліків. Розроблений і упроваджений метод “зварювання” пошкоджених або трансплантуються кісткових тканин за допомогою ультразвука (ультразвуковий остеосинтез). Згубна дія ультразвука на мікроорганізми використовується для стерилізації. Цікаве застосування ультразвука для сліпих. Завдяки ультразвуковій локації за допомогою портативного ультразвукового приладу можна знайти предмети і визначати їх характер на відстані до 10 м. Перераховані приклади не вичерпують всіх медико-біологічних застосувань ультразвука, перспектива розширення цих додатків в медицині справді величезна.
Джерела ультразвукових коливань Ультразвук - це коливання з частотами, великими 20000 Гц. Розповсюдження в рідкому, газоподібному і твердому середовищах ультразвукових коливань кінцевої амплітуди породжує фізичні ефекти, використовування яких в медицині створює реальні передумови інтенсифікації технологічного процесу обробки біологічних тканин, методів діагностики і дії лікарських препаратів на організм при терапевтичному лікуванні.
Для створення ультразвукових коливань розроблені багатоманітні технічні засоби - аеродинамічні і гідродинамічні, магнітострикційні і п'єзоелектричні джерела ультразвука - дають можливість практичного застосування ультразвукової технології в багатьох галузях медицини.
Частота надвисокочастотних ультразвукових хвиль, вживаних в хірургії і біології, лежить в діапазоні порядка декількох Мгц. Фокусування таких пучків звичайно здійснюється за допомогою лінз і дзеркал.
Для діагностичних досліджень внутрішніх органів використовується частота 2,5 - 3,5 Мгц, для дослідження щитовидної залози використовується частота 7,5 Мгц. Генератором таких хвиль є пьезодатчик, який одночасно виконує роль приймача відображених ехосигналов. Генератор працює в імпульсному режимі, посилаючи близько 1000 імпульсів в секунду. У проміжках між генерацією ультразвукових хвиль пьезодатчик фіксує відображені сигнали. Як детектор сигналу застосовується складний датчик, що складається з декількох сотень дрібних п'єзокристалів, що працюють в однаковому режимі. У датчик вмонтована фокусуюча лінза, що дає можливість створити фокус на певній глибині.
У фізіотерапевтичній практиці використовують ультразвук в діапазоні частот 800-3000 кГц. Найбільш поширені керамічні перетворювачі з титанату барію.
У стоматології вперше з середини п'ятдесятих років минулого століття було запропоновано використовувати ультразвук для лікування періодонтіту і для видалення каміння. Інструменти, вживані для лікування зубів, звичайно складаються із стрижньового ультразвукового пьезокерамічеського, магнітострикційного або аеродинамічного перетворювача і мають на кінці робочий наконечник. У наконечнику збуджуються подовжні коливання в діапазоні частот 20 - 45 кГц і з амплітудою руху у області 6 -100 мкм. У аеродинамічних стоматологічних наконечниках частота роботи перетворювача звичайно на виходить за рамки чутного звуку.
Ультразвуковий пучок з необхідними параметрами одержують за допомогою відповідних ультразвукових перетворювачів. У тих випадках, коли основне значення має потужність ультразвукового пучка, звичайно використовуються механічні джерела ультразвука.
Інший принцип генерації звуку реалізується в апаратах роторно-пульсацій, принципова конструкція яких аналогічна конструкції динамічних сирен. Тут звукове випромінювання утворюється за рахунок періодичного механічного переривання потоку повітря, що проходить через щілистий ротор і статор. Обертання ротора здійснюється механічним повітряним приводом. Швидкість обертання і характерні розміри щілистих отворів задають частот і інтенсивність пульсації тиску в потоці, а отже частоту і інтенсивність звукового випромінювання. При цьому інтенсивні коливання середовища локалізовані усередині об'єму апарату. Гідністю цих систем є можливість роботи при низькому надмірному тиску і великих витратах струменя. Проте апарати роторно-пульсацій складні у виготовленні унаслідок чого поширеніше виготовлення одержали приводи пульсацій. Саме такий тип генерації частіше застосований в стоматологічних легко-приводних інструментах. Типовими представниками агрегатів з аеродинамічним приводом в стоматології є ультразвукові ськалери вживані для зняття нальоту, що пігментується, і зубних відкладень. Озвучуючі механізми роторно-пульсацій використовуються в легко-приводних оброблювальних ендодонтічеськіх інструментах і іригаторах.
Гідродинамічні генератори-випромінювачі служать для перетворення кінетичної енергії струменя в енергію пружних акустичних коливань. Генерація звуку відбувається у області вихрового руху струменя. Для розрахунку звукового поля, що генерується, звичайно застосовують теорію акустичної аналогії Лайтхилла, згідно якої турбулентний (вихровий) потік розглядають як задане джерело звуку певної структури.
Більш найбільше розповсюдження в медицині і в стоматології зокрема, знайшли п'єзоелектричні і магнітострикційні ультразвукові перетворювачі.
Магнітострикція є деформацією тіл при зміні їх магнітного стану. Дане явище, відкрите в 1842 р. Джоулем, властиве феромагнітним металам і сплавам (феромагнетикам) і феритам. Феромагнетики володіють позитивною міжелектронною обмінною взаємодією, що приводить до паралельної орієнтації моментів атомних носіїв магнетизму. Наявність постійних магнітних моментів електронних оболонок характерна для кристалів, що складаються з атомів, що володіють внутрішніми електронними оболонками. Це має місце для перехідних елементів Fe, Co, Ni і рідкоземельних металів Gd, Tb, Dy, Але, Ег, а також для їх сплавів і деяких з'єднань з неферромагнетікамі. Здібність речовини до намагніченію характеризується магнітною сприйнятливістю, яка є відношенням намагніченості до напруженості зовнішнього магнітного поля. Напруженість магнітного поля характеризується силою, укладеної в одиничній магнітній масі і діючої на північний магнітний полюс. Іншою характеристикою магнітного поля є індукція магнітного поля. Магнітна енергія кристалічних грат є функцією відстані між атомами або іонами; отже, зміна магнітного стану тіла веде до його деформації, тобто виникає явище магнітострикції. Магнітострикційна деформація складним чином залежить від індукції і напруженості магнітного поля. У простих випадках деформація пропорційна квадрату намагніченості. Взаємозв'язок між параметрами і геометричними розмірами перетворювача виводиться на основі розгляду його конкретної форми. На практиці використовують два типи магнітострикційних перетворювачів: стрижньові і кільцеві, виготовлені з магнітних сплавів або феритів. Металеві сплави використовують для виготовлення могутніх магнітострикційних перетворювачів, оскільки вони мають високі прочностниє характеристики. Проте велика електропровідність сплавів обумовлює окрім втрат на перемагніченіє значні втрати на макровихрові струми, або струми Фуко. Тому перетворювачі виконують у вигляді пакету пластин завтовшки 0,1-0,2 мм. Значні втрати визначають порівняно низький до. п. д. такі перетворювачі (40-50%) і необхідність їх водяного охолоджування. Феритові перетворювачі володіють вищим до. п. д. (70%), оскільки при великому електроопоі не мають втрат на струми Фуко, але їх потужностні характеристики вельми обмежені через низьку механічну міцність.
При дії на обмотку, в яку поміщений сердечник-стріктор, змінним електричним струмом в останньому унаслідок електромагнітної індукції виникають коливальні процеси відповідні частоті генератора електричного сигналу. Гідністю таких генераторів є відносно низька робоча напруга, що дозволяє значно спростити при виготовленні інструментів конструктивні параметри ізоляції електричної частини робочого інструменту від приводного механізму і зробити їх розбірними для швидкої зміни приводу стоматологічного наконечника. Недоліком же магнітострикційного перетворювача є умова обов'язкового постійного охолоджування водою працюючого перетворювача.
П'єзоелектричний ефект – утворення електричної поляризації при механічній деформації. Для отримання ультразвукових коливань в ультразвукових апаратах використовують зворотний п'єзоелектричний ефект, тобто фізичне явище, яке може розвиватися в деяких кристалах. При дії на такі кристали (пьезоелементи) змінним струмом високої частоти відбувається їх послідовне стиснення і розширення, що лежить в основі розвитку коливань, відповідних частоті струму, що подається.
На відміну від електрістрікциі п'єзоефект спостерігається тільки у кристалів, що не мають цента симетрії. Кристалічні грати таких матеріалів складаються з полярних молекул, що володіють дипольним моментом. Всі кристали по властивостях симетрії розділені на 32 класи, з них 20 не мають симетрії. У ультразвуковій техніці найбільше поширення набули перетворювачі на основі пьезокераміки. Основними матеріалами для виготовлення перетворювачів в медичній апаратурі є пьезокераміка на основі: титанату барію (ТБ); титанату барію, кальцію (ТБК); цирконат титанат свинцю (ЦТС); ніобат свинцю, барію (PZT).
Терапевтичні випромінювачі звичайно зроблені у вигляді дисків з високоякісної пьезокераміки цирконат-титанату свинцю. Вони поміщаються у водонепроникну оболонку з алюмінію або неіржавіючої сталі, прикріплену до кінця легкої ручки. Зворотна сторона диска граничить з повітрям.
У ультразвуковій технології на частотах 20-60 кГц пьезокерамічеській перетворювач роблять стрижньового типа з частотопоніжаюшимі металевих накладками - перетворювач Ланжевена. Виготовлення суцільного пьезокерамічеського напівхвильового перетворювача недоцільне через технологічні труднощі, сильне розігрівання кераміки в робочому режимі, оскільки він має низьку теплопровідність, і необхідності високих робочих напруг при великій товщині кераміки. Звичайно перетворювач виконують у вигляді двох пьезокерамічеськіх шайб, робочої дюралевої і тильної сталевої накладок, стягнутих центральним болтом.
Електрична енергія є найбільш універсальним видом енергії, що і визначає переважне використовування в ультразвуковій технології систем, в яких джерелом механічних коливань є електричні коливання ультразвукової частоти. Електричні коливання заданої частоти формуються в ультразвукових генераторах. В даний час широко використовують два типи генераторів - транзисторні і тірісторниє, що відповідають технологічним вимогам по рівню надійності, коефіцієнту корисної дії, потужності і т.д. Окрім транзисторних і тірісторних генераторів для живлення електроакустичних перетворювачів іноді застосовують лампові генератори (“Ультрастом”). Лампові ультразвукові генератори практично зняті з виробництва і їх використовують тільки в могутніх генераторах мегагерцового діапазону.
Енергія електричних коливань трансформується в енергію механічних коливань в розглянутих вище електроакустичних перетворювачах. Типовими представниками ультразвукових стоматологічних оброблювальних приладів з магнітострикційним і пьезокерамічеськім приводом є апарати: “Turbo 25-30” /Parkell (США)/[магнітострикція]; “Piezon Master 400” /EMS (Щвейцарія)/[пьезокераміка].