2.6. Влияние условий измерений

В основном измерение коэффициентов затухания проводят in vitro. Лишь в редких случаях бывают возможны измерения in vivo. Аналогичная ситуация возникает и при измерении скорости звука. При этом всегда существует проблема, которая заключается в том, каким образом обработать образцы биоткани, чтобы:

1) по возможности облегчить проведение измерений;

2) не исказить характеристики живых тканей;

3) гарантировать, что результаты измерений совпадут с результатами измерений, которые будут выполнены через какой-то промежуток времени на другой аппаратуре и на других образцах.

Все указанные проблемы можно разбить на две группы вопросов и свести их в таблицу (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Основные проблемы, связанные с подготовкой образцов биотканей для акустических измерений	Факторы, влияющие на результаты измерений
С какой точностью можно измерить акустические параметры биотканей in vivo и что влияет на эту точность? Будут ли эти параметры стабильными? Если эти параметры не будут стабильными, то можно ли каким-либо образом сделать их стабильными?	Время, прошедшее после смерти Температура хранения Среда хранения Гистохимическая фиксация Замораживание Наличие и образование газов Неточное измерение температуры и давления Различие образцов ткани одного вида (например, из-за различия в возрасте) Пространственные неоднородности в пределах одного образца
Каковы соотношения между акустическими параметрами биологических тканей, измеренными in vitro и in vivo? Чем эти соотношения определяются?	Кровоток и движение тканей Кровяное давление Свойства крови и других жидких суспензий (рH и концентрация) Окружающие ткани и органы Температурные различия Факторы, приводящие к гибели определенных клеток и тканей

К подготовке образцов биотканей к измерениям, выбору образцов, контролю условий измерений и т. д. следует подходить очень продуманно. Отсутствие специальных мер предосторожности приведет к большому расхождению коэффициентов затухания как на одном, так и на разных образцах. Это, в частности, справедливо для образцов печени и жировой ткани, разброс результатов измерений на которых может достигать нескольких сотен процентов при фиксированной частоте [3].

2.7. Частотная зависимость затухания

В литературе приведены конкретные зависимости коэффициентов затухания звука от частоты в различных тканях и биологических жидкостях [3]. Для большинства мягких тканей опубликованные данные характеризуются большим разбросом, причем полученные значения перекрываются для тканей различных типов. Для костных тканей также получен широкий диапазон значений коэффициента затухания. Установлено, что затухание звука пропорционально , где f – частота. Для большинства мягких тканей и биологических жидкостей человеческого организма значения m близки к единице. Вариации значений m связаны, видимо, с различными относительными вкладами различных механизмов затухания. Экспериментальные исследования показали, что для некоторых тканей эти значения остаются неизменными в довольно широком частотном диапазоне, вплоть до тех частот, на которых существенную роль начинает играть поглощение в воде. При дальнейшем повышении частоты следует ожидать, что значение m для этих тканей будет возрастать и приближаться к m = 2.

Следует отметить, что затухание звука по закону не всегда является наилучшей аппроксимацией реальных зависимостей затухания от частоты [3]. На практике довольно часто величина m уменьшается при понижении частоты (иногда она близка к нулю) и стремится к более высоким значениям с ростом частоты. Хотя такое поведение может объясняться погрешностями измерения, связанными с присутствием в тканях газовых пузырьков, можно привести примеры, которые достаточно убедительно говорят о том, что подобный характер зависимостей затухания от частоты определяется свойствами именно исследуемой ткани (такой эффект наблюдается, например, в мышечной ткани).

Таблица 2.2

Ткань	, дБ/см	Ткань	, дБ/см
Сыворотка Кровь Жировая ткань Мозг Печень Стенки прямой кишки	0,03 0,09 0,60 0,90 1,00 1,20	Мышцы Сердечная мышца Почка Кожа Кость Ткань легкого	0,71,4 2,0 2,5 3,5 Более 8,0 30,0

Основываясь на данных [1], можно привести таблицу значений коэффициентов затухания ультразвука в биологических средах. Так, в табл. 2.2 приведены их средние значения при частоте 1 мГц.

Вопросы, связанные с исследованием затухания и поглощения продольных ультразвуковых волн в различных биологических средах и тканях, представляются чрезвычайно сложными. В настоящее время не существует каких-либо удовлетворительных объяснений наблюдаемых зависимостей затухания звука как от физических параметров (частота, температура и т. д.), так и от свойств самой ткани.

При определении коэффициента затухания возникают большие трудности, и вряд ли кому-либо удалось измерить его с высокой точностью.

При использовании разных методов измерения для одних и тех же образцов получаются различные значения коэффициента затухания. Хотя такое расхождение результатов обусловлено главным образом влиянием систематических погрешностей измерения, не следует думать, что какой-либо метод, характеризующийся наименьшими погрешностями, во всех случаях будет давать наиболее правильные оценки акустических потерь.