Повна версія

Головна arrow Медицина arrow УЛЬТРАЗВУК В МЕДИЦИНІ, ВЕТЕРИНАРІЇ, БІОЛОГІЇ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ЗАГАСАННЯ УЛЬТРАЗВУКУ

Поширюючись в середовищі, ультразвукові хвилі затухають, і їх інтенсивність, а отже, і амплітуда коливання частинок середовища зменшуються зі збільшенням відстані від джерела.

Загасання обумовлено поглинанням звуку середовищем, т. Е. Переходом звукової енергії в інші види енергії, зокрема в теплову, розсіюванням звуку на неоднорідностях середовища, в результаті чого зменшується потік енергії в первісному напрямку поширення хвилі, а також розбіжністю звукового променя в міру віддалення від джерела.

Плоска хвиля в однорідному середовищі загасає в основному в результаті поглинання ультразвуку. Амплітуда коливання частинок і інтенсивність ультразвуку зменшуються з відстанню * відповідно до рівнянь

де / о та Ао - інтенсивність ультразвуку і амплітуда коливання частинок поблизу джерела;

/ І Л 0 - інтенсивність і амплітуда на відстані х від джерела; а - коефіцієнт поглинання; е - число Непера (е - 2,72).

Коефіцієнт поглинання в рідких середовищах пропорційний їх в'язкості ц і квадрату частоти коливань:

Коефіцієнт поглинання швидко збільшується зі зростанням частоти, залежить від властивостей речовини, в якому поширюється хвиля, а також температури, тиску та інших умов.

Величина 1 / а, зворотна коефіцієнту поглинання, визначає відстань, на якому амплітуда коливань частинок зменшується в е раз, т. Е. Приблизно в 3 рази.

Загасання ультразвуку в біологічних тканинах значно більше, ніж у воді. Так, загасання в жировій тканині в 4 рази, в м'язі в 10 разів, а в кістковій тканині приблизно в 75 більше, ніж у воді або в рідких біологічних середовищах - крові і лімфі.

У терапевтичних цілях для ефективного впливу на тканини найчастіше використовують ультразвук з частотою 0,7 МГц і вище. Ультразвук в діапазоні 0.7 ... 1 МГц зазвичай застосовують для впливу на глубоколежащие тканини і внутрішні органи. Для лікування шкірних захворювань частоту підвищують до 2.5 ... 3 МГц.

В діагностиці, зокрема для візуалізації внутрішніх органів, застосовують інтенсивний імпульсний ультразвук з частотою

6 ... 10 МГц, так як роздільна здатність діагностичної апаратури пропорційна частоті ультразвуку. При більш високих частотах поглинання ультразвуку значно збільшується. Тому для отримання сигналу, відбитого від внутрішніх органів, довелося б застосовувати занадто високі інтенсивності ультразвуку, небезпечні для життєдіяльності організму.

Поглинена речовиною, зокрема біологічними середовищами, ультразвукова енергія виділяється в основному у вигляді тепла, що призводить до підвищення температури речовини. Це підвищення температури неодноразово вимірювали експериментально і розраховували теоретично. Теплопродукція в різних тканинах неоднакова через відмінності в їх коефіцієнтах поглинання (табл. 1.2).

Таблиця 1.2

Акустичні властивості деяких тканин і води

Тканина

швидкість

ультразвуку.

м / с

Акустичний опір, кг / м 2 з

Коефіцієнт поглинання, дБ / см, при / = 1 МГц

кров

1570

1,61

0,13

мозок

1541

1,58

0,85

жир

1450

1,38

0,63

нирка

тисячі п'ятсот шістьдесят-одна

1,62

1,0

печінка

1549

1,65

0,94

м'яз:

1585

1,70

вздовж фібрил

-

-

1,30

поперек фібрил

-

-

3,30

кістки черепа

4080

7,80

13

вода

1480

1,48

0,0022

Можна показати, що в м'язовій тканині товщиною в 1 см при інтенсивності 1 Вт / см 2 протягом секунди поглинається близько 0,3 Вт. Цьому відповідає виділення тепла, достатню для нагрівання 1 см 3 води на 0,1 в С. Вважаючи, що теплоємність м'язової тканини і води приблизно однакова, легко підрахувати (без урахування розсіювання тепла), що м'язова тканина в цих умовах нагрівається на 1 ° С за 10 с. Експериментально підвищення температури в тканинах спостерігали багато авторів. Однак результати їх досліджень суттєво різняться, що може бути обумовлено нерівномірністю ультразвукового поля різних випромінювачів, різним ступенем неоднорідності досліджуваних тканин, різними умовами розсіювання теплоти.

При опроміненні, наприклад, черевної порожнини собаки ультразвуком (0,5 Вт / см 2 ; 0,88 МГц) температура в жировій тканині за 10 хв підвищується на 3 ... 4 ° С, а в печінці і на передній стінці шлунка - на 0Д..0.8 в С. в литкового м'яза жаби, що опромінюється ультразвуком (1 Вт / см 2 ; 0,88 МГц) протягом 5 хв, температура підвищується не більше, ніж на 5 ... 7 ° С.

Поріг теплового пошкодження тканин мало залежить від їх початкової температури, режиму опромінення і частоти ультразвуку. Якщо температура тканини в ультразвуковому полі не перевищує 42 ... 43 ° С, то, за даними деяких авторів, морфологічні зміни в ній не спостерігаються навіть після 8-годинного опромінення.

Значно більше, ніж в обсязі однорідної тканини, виділяється теплота на кордонах розділу тканин з відмінними акустичними опорами або на неоднорідностях структури тканини. Можливо, саме цим пояснюється й те, що тканини зі складною архітектонікою (наприклад, легені) більш чутливі до ультразвуку, ніж однорідні тканини (наприклад, печінка).

Додаткова різниця температур між сусідніми тканинами може виникнути також через відмінності в їх коефіцієнтах теплопровідності (табл. 1.3), в насиченості кровоносними судинами і т. Д.

Таблиця 1.3

Коефіцієнти теплопровідності різних тканин

Тканина

Теплопровідність, Вт / см До

жир

0,017-0,021

епідерміс

0,025

м'яз

0,05-0,06

Кров, вода

0,058

Кость

1,16

Вважають, що нагрівання тканин і градієнти температур на границях розподілу різних тканин в основному і обумовлюють біологічну дію ультразвуку. Однак імітація ультразвукового нагрівання тканин за допомогою інших термогенних впливів - інфрачервоним випромінюванням, високочастотними електромагнітними хвилями, гарячим парафіном та ін. Не дає того біологічного і терапевтичного ефекту, якого вдається досягти за допомогою ультразвуку.

Реакція біологічної системи на підвищення температури обумовлена різними причинами: первинними ушкодженнями клітинних елементів; сукупністю порушень, вдруге розвиваються в клітинах і прямо або побічно залежать від первинних ушкоджень; синтезом термошокових білків, що забезпечують реактивне підвищення стабільності клітинних компонентів у відповідь на підвищення температури; репарацією ушкоджень, що здійснюється не тільки після припинення нагрівання, але і під час нього.

Крім того, градієнт температур між вмістом клітини і позаклітинної середовищем, що виникає при ультразвуковому впливі з частотою 1 МГц і інтенсивністю 1 Вт / см 2 , досягає 2 ... 5 град / см. При такому градієнті температури в результаті термодифузії через мембрану буде прискорюватися транспорт речовин в одну сторону і сповільнюватися їх перенесення в протилежному напрямку. Зі збільшенням інтенсивності ультразвуку або його частоти градієнт температур на мембрані зростає.

 
<<   ЗМІСТ   >>