Особенности ультразвука

Ультразвуки отличаются от слышимых звуков лишь тем, что их не воспринимает человеческое ухо, в остальном же они подчиня­ются тем же закономерностям, что и все механические колебания. Однако есть одна особенность, которая в практическом использова­нии все же отличает ультразвуки от прочих механических колеба­ний,— малая длина волны ультразвука, замеренной в проводящей среде (скорость распространения ультразвука в воздухе 331 м/с, в воде 1496 м/с, в мышцах 1568 м/с и в кости 3360 м/с).

Зная скорость распространения звука по формуле можно подсчитать, что длины волн слышимых звуков измеряются метрами, т. е. длина волны существенно больше размеров источника звука. Вследствие этого звуковые волны исходят из источника звука в ви­де сферических волн и распространяются в пространстве по всем направлениям.

С увеличением частоты распространение ультразвука все боль­ше напоминает распространение света. При высоких частотах рас­пространение ультразвуковых волн происходит почти по прямой, В этой области применимы те же законы отражения, фокусировки, рассеяния, что и для света. Здесь могут применяться отражатели и звуковые линзы.

На основании простых физических рассуждений можно сделать вывод о том, что механическое действие ультразвука на живой ор­ганизм зависит от амплитуды колебаний частиц. Можно доказать, что эта амплитуда тем больше, чем выше интенсивность звука, дей­ствующего на среду, а смещение обратно пропорционально частоте. Если при ультразвуковой терапии обычно используют аппараты мощностью 2 Вт/см² с частотой 800 кГц, то амплитуда смещения ча­стиц составит 0,03 мкм. Это значит, что если диаметр живых клеток, принимать равным в среднем 30 мкм, то практически можно пре­небречь смещением вещества, ведь даже теоретически оно не со­ставит больше тысячной части диаметра клетки.

Некоторые специалисты считают, что применяемый в терапии ультразвук большой интенсивности может вырывать клетки из их окружения. Это утверждение не соответствует действительности. Боле того, данные свидетельствуют о том, что с точки зрения тера­певтического эффекта смещение клеток вообще не следует прини­мать во внимание.

Поглощение ультразвука

В упругой среде ультразвук распространяется с определенной скоростью. Однако по мере удаления от источника амплитуда уль­тразвуковых колебаний становится все меньше и меньше, как и энергия, которую они несут. Уменьшение эне'ргии есть следствие поглощения. Дело в том, что среда, в которой распространяется ультразвук, вступает во взаимодействие с проходящей через нее энергией и часть ее поглощает. Преобладающая часть энергии пре­образуется в тепло, меньшая часть вызывает в передающем веществе необратимые структурные изменения.

Являясь результатом трения частиц вещества друг об друга, поглощение в различных материалах различно. Однако оно зависит не только от вещества, но и от частоты ультразвуковых колебаний, ведь небезразлично, сколько колебаний нужно произвести частич­кам среды за единицу времени. Согласно теоретическим расчетам поглощение пропорционально квадрату частоты. Однако при опре­деленных условиях эта взаимосвязь имеет линейный характер. Мо­жет быть и такой случай — показатель степени частоты в этой за­висимости будет лежать между 1 и 2.

Величину поглощения можно характеризовать коэффициентом поглощения, который показывает, как уменьшается интенсивность ультразвука в облучаемой среде. С ростом частоты он увеличи­вается. В качестве характеризующего параметра обычно использу­ют глубину проникновения. Под этим понимают глубину, при ко­торой интенсивность уменьшается наполовину. Эта величина обрат­но пропорциональна поглощению: чем сильнее среда поглощает ультразвук, тем меньше расстояние, на котором интенсивность уль­тразвука ослабится наполовину.

Поглощение ультразвука играет важную роль в ультразвуковой терапии. Именно это явление и обусловливает преобразование уль­тразвуковой энергии в тканях тела в тепло.