2..Тепловое действие

Ультразвук может сильно нагревать среды, через которые проходит вследствие двух причин:

1. может быть достигнута большая интенсивность ультразвука,

2. ультразвук сильно поглощается веществом, при этом энергия ультразвуковой волны превращается во внутреннюю энергию вещества – вещество нагревается.

3. Физико-химическое действие ультразвука

При больших интенсивностях ультразвук повышает константу скорости химических реакций, увеличивает проницаемость мембран, При очень больших интенсивностях ультразвуковой волны может наблюдаться ионизация вещества и появление свободных радикалов.

4. Биологическое действие ультразвука

Действие ультразвука на биологические объекты определяется его частотой, временем действия и интенсивностью

При малых интенсивностях 0, 01 Вт/ – нет заметного влияния на организм.

При средних интенсивностях 1 Вт/ при ограниченном времени облучения возможно благотворное действие ультразвука.

При больших интенсивностях и при длительном воздействии– вредное действие на организм, а при интенсивностях 3 Вт ультразвук разрушает ткани.

4.3 ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА В МЕДИЦИНЕ И ФАРМАЦИИ

ТАБЛИЦА 4.2

Схема различных применений ультразвука в медицине

и фармации:

диагностика	хирургия	санитария и гигиена	фармация
эхолокация, доплерография	рассечение тканей сваривание тканей, дробление камней	стерилизация	диспергирование, приготовление лечебных суспензий, эмульсий, аэрозолей.

1. Диагностика.

Для диагностики применяются ультразвуковые волны малой интенсивности, I ≈ 0,01 Вт/см, не оказывающие заметного биологического действия. Наиболее известный метод ультразвуковых исследований –УЗИ – ультразвуковая эхолокация. Эхолокация – определение неоднородностей в организме на основе исследования отражения волны от этих неоднородностей. Для определения малых неоднородностей, например определяющих пол плода на ранних стадиях развития, камней в печени или в почках, зародышей раковых опухолей звуковые исследования не годятся. У звука большая длина волны, порядка метра. Поэтому звуковая волна не отразится от малых неоднородностей, а обогнёт их вследствие дифракции. А ультразвук с длиной волны порядка миллиметра великолепно отражается от малых однородностей размером больше нескольких миллиметров.

Ультразвуковая эхолокация не только обнаруживает малые неоднородности в организме, но и определяет глубину их расположения.

На рисунке 4.5 показана упрощённая схема эхолокации.

Рис. 4.5 Упрощённая схема эхолокации (объяснения в тексте).

В излучателе – приёмнике ИП электрический сигнал от генератора Г преобразуется в ультазвуковую волну. Ультразвуковой сигнал,отразившись от неодноодности н/о, возвращается к ИП. Теперь он опять преобразуется в электрический сигнал, который поступает в регистратор Р.Фиксируется время между посылкой и приёмом ИП ультразвукового сигнала. Глубина расположения неоднородности связана со временем и со скоростью распространения ультразвуковой волны простым соотношением

Это очень упрощённо изложенная идея, положенная в основу ультразвуковой эхолокации. Современная аппаратура УЗИ позволяет сканировать исследуемый объект и получать на дисплее изображение объекта в разрезе.

Доплерография же позволяет еще определять направление и величину скорости движения неоднородностей. Эффект Доплера – изменение частоты волнового сигнала, принимаемого приёмником. при движении источника сигнала относительно приёмника. Если источник И движется к приёмнику П, частота принимаемого сигнала повышается, если от приёмника – понижается. (см. рис.4.6.)

Рис.4.6 Эффект Доплера (объяснения в тексте)

Зависимость частоты сигнала на приёмнике _V от скорости движения источника относительно приёмника u при скорости распространения ультразвука в среде и частоте сигнала, излучаемого источником - ₀ можно представить упрощённой формулой:

Неоднородности, от которых отражается ультразвук, сами становятся как бы источником ультразвука. При их движении частота ультразвука, воспринимаемая приёмником, меняется (см. рис.4.6).

Доплерография позволяет, например, исследовать скорость течения крови, по изменению частоты сигнала, отражённого от эритроцитов, работу клапанов сердца.

2. Терапия

Ограниченное по времени облучение ультразвуком средних интенсивностей применяется при лечении ряда заболеваний. Например, радикулита, артрита, тромбозов, воспалительных процессов, гинекологических заболеваний. Широко применяется фонофорез – введение лекаственных препаратов под действием ультразвука. Лечебное действие ультразвука объясняется физико–химическим и тепловым эффектами.

3.Хирургия

Ультразвук больших интенсивностей ( до 10 Вт/см ) применяется для рассечения тканей. А также и для других целей, например для дробления камней в почках. При этом используется механическое действие ультразвука на вещество. Но также в хирургии ультразвук применяется для сваривания костей, что основано на тепловом эффекте.

4.Санитария и гигиена

Ультразвук больших интенсивностей губителен для клеток болезнетворных микроорганизмов. Его, например, можно применять для стерилизации хирургических инструментов, воды, фармацевтического оборудования. Ультразвук больших интенсивностей разрушает клеточные мембраны.

5.Фармация

Важнейшее применение нашёл ультразвук в фармации. Ультразвуковые диспергаторы – размельчители широко используются для приготовления различных лекарственных средств, например лечебных суспезий, эмульсий, аэрозолей. Здесь используется механическое действие ультразвука больших интенсивностей на вещество.

Ультразвук также применяется для приготовления липосом – маленьких, размером от несколько десятков до сотен нанометров фосфолипидных везикул – пузырьков. Липосомы применяются как контейнеры для доставки лекарственного вещества в организм. Фосфолипидная оболочка предотвращает преждевременную дезактивацию лекарства и обеспечивает его пролонгированное действие.