4. Применение ультразвука

Многообразные применения ультразвука, при которых используются различные его особенности, можно условно разбить на три направления.

Первое направление связано с получением информации посредством ультразвуковых волн, второе – с активным воздействием на вещество, третье – с обработкой и передачей сигналов.

Ультразвуковые методы широко используются в научных исследованиях для изучения свойств и строения веществ, для выяснения происходящих в них процессов на макро и микроуровнях. Эти методы основаны на зависимости скорости распространения и затухания акустических волн от свойств веществ и от процессов, в них происходящих.

Изучение распространения ультразвука в кристаллах дает информацию об особенностях строения кристаллической решетки.

По скорости ультразвука определяют упругие и прочностные характеристики металлов, керамики, бетона, степень чистоты материалов, наличие примесей. Точность определения состава веществ, концентрации примесей ультразвуковыми методами высока и составляет доли процента.

По изменению скорости звука или по эффекту Доплера в движущихся жидкостях и газах определяют скорость их течения.

Применение акустической локации в гидроакустике имеет исключительное значение, поскольку звуковые волны являются единственным видом волн, распространяющихся на большие расстояния в естественной водной среде. Гидролокационные приборы – эхолоты, гидролокаторы применяются для целей навигации, в рыбном промысле, в военно-морском деле, в океанологических исследованиях.

Огромное значение имеет применение ультразвуковых волн для обнаружения скрытых дефектов в материалах и изделиях – ультразвуковая дефектоскопия, которая широко используется в промышленности.

В фармацевтической промышленности при изготовлении лекарств используется способность ультразвука дробить тела, помещенные в жидкость и создавать эмульсии.

При лечении таких заболеваний как туберкулез, бронхиальная астма, катар верхних дыхательных путей, применяют аэрозоли различных лекарственных веществ, полученные с помощью ультразвука.

В медицине ультразвук в различных диапазонах частот используется для терапевтического и хирургического лечения и диагностики.

Первое применение ультразвука в медицине относится к началу 30-х годов 20 века.

Метод лечения, при котором используются колебания в диапазоне 800-3000 кГц, называется ультразвуковой терапией.

Для лечебных целей применяют аппараты, в которых электрический ток подается на пластинку излучателя – кварца или титанита бария. Пластинка под действием переменного электрического поля изменяет свой объем – сжимается и разжимается. Движения пластинки через контактную среду (вазелиновое масло, вода) передаются на подлежащие ткани. Ультразвук в этих частотах распространяется в средах почти прямолинейным пучком, что позволяет воздействовать им на ограниченный участок и проникает на глубину от 1 до 5-6 см. Это дает возможность использовать его для лечения заболеваний различных органов: в большей степени он поглощается мышцами, от костей отражается 40-60 % падающей энергии, не распространяется в воздухе.

В лечебном действии ультразвука выделяют механические (микромассаж клеток и тканей), термические (образование тепла) и физико-химические (образование биологически активных веществ) факторы.

В лечебной практике используют в основном малые дозы ультразвука, активизирующие внутриклеточные процессы в тканях (биосинтез белка, усиление активности ферментов и т.д.). Терапевтические дозы ультразвука оказывают выраженное болеутоляющее, сосудорасширяющее, противовоспалительное действие.

Под влиянием ультразвука в зоне воздействия повышается проницаемость кожи и слизистых оболочек, что способствует введению в ткани через кожу нанесенных на нее лекарственных средств. Этот метод лечения называется фонофорезом.

Создан аппарат для ультразвуковой сварки и резки костей. При переломах сварка прочно соединяет костные фрагменты и не нарушает естественных процессов восстановления кости. Сварку используют также для заполнения костных дефектов. При хирургических вмешательствах ультразвуковые инструменты используют для разрезания костей и мягких тканей.

Способность ультразвуковых волн без существенного поглощения проникать в мягкие ткани организма и отражаться от уплотнений и неоднородностей используется в диагностических целях. Ультразвуковая диагностика дополняет основной метод исследования внутренних органов – рентгенодиагностику, а иногда имеет перед ней существенные преимущества. Практически полное отсутствие каких-либо побочных эффектов позволяет проводить многократные ультразвуковые исследования любых частей тела, включая исследования плода при беременности.

Высокая чувствительность ультразвуковой аппаратуры поз­воляет получит эхограмму мягких тканей, проследить за движущимися объектами, например, за частотой сердечных сокращений, скоростью кровотока в крупных сосудах. С помощью ультразвука достаточно точно определяются размеры внутренних органов и их частей, опухоли, кровоизлияния, инородные тела, камни и др. Это обусловливает широкое признание метода и его внедрение во многих областях медицины: хирургии, офтальмологии, акушерстве и гинекологии, онкологии, спортивной и космической медицине.

В диагностике, основанной на эхо – методе, используются частоты ~ 10⁷ Гц. Интенсивность ультразвука при этом не превышает 0,5 м Вт/см^2, что считается безопасным для организма.