Рассмотрим поглощение ультразвуковых волн.
Стокс высказал предположение, что коэффициент поглощения ультразвука связан с силами внутреннего трения, которое испытывают колеблющиеся частицы среды при движении под влиянием ультразвуковой волны:
(7.22)
При =0,5 амплитуда колебаний падает до 0,37 своей первоначальной величины, а зависит от физических свойств вещества и внешних условий: температуры, давления и частоты колебаний.
При частоте колебаний в 40 кГц энергия в воде и мягких тканях падает на 1/3 первоначальной величины.
Биологические ткани в поле ультразвуковых волн нагреваются вследствие поглощения акустической энергии, которая трансформируется в тепловую энергию. Следует отметить, что различные вещества по-разному нагреваются в поле ультразвуковых волн. При падении звуковой волны на границу двух сред часть звуковой волны отражается, часть преломляется и переходит в другую среду.
Доля звуковой энергии, перешедшей из одной среды в другую, зависит от соотношения между величинами акустических сопротивлений обоих сред. Коэффициентом отражения r называется отношение интенсивностей отраженной и падающей волн. Его рассчитывают по формуле Релея:
. (7.23)
Чем больше различаются акустические сопротивления, тем меньшая доля звуковой энергии проникает через границу раздела. Так, из воздуха в воду переходит всего 0,12%. Большое затухание звука происходит в неоднородных и пористых телах в связи с тем, что звук отражается на границе двух сред с различными акустическими сопротивлениями.
Ультразвук позволяет дифференцировать мягкие ткани, различающиеся по плотности всего на 0,1%.
Кроме того, ультразвук низких интенсивностей практически безвреден, а ультразвуковая аппаратура компактнее и дешевле рентгеновской. Для повышения разрешающей способности УЗ-диагностики необходимо уменьшать длину волны и повышать частоту. Поэтому в УЗ-акустике используют генераторы с частотой от 1 до 10 МГц интенсивностью 1000 Вт/м2.
7.6. Ультразвуковые исследования (узи)
УЗИ основаны на способности ультразвуковых волн (от 1 до 10 МГц) отражаться от границ сред (тканей) и биологических жидкостей с различной плотностью. Эти отраженные лучи попадают в датчик и преобразуются в электрические импульсы с последующей обработкой компьютером и получением своеобразного черно-белого изображения на экране монитора. Высокая информативность и отсутствие лучевой нагрузки делают данный метод одним из важнейших при диагностическом исследовании.
Например, переносной ультразвуковой аппарат ЕАВ-405 (Япония) позволяет проводить весь спектр ультразвуковых диагностических исследований. Отличительной особенностью данного аппарата является наличие функций, присущих лишь стационарным аппаратам, датчиков высокого разрешения с 192 каналами, динамической фокусировки, возможности сканирования в режиме двойной плотности, скоростной системы выработки сигналов, функции обработки сигналов, дистанционного управления.
Ультразвуковой сканер «Пантера» является многоцелевым УЗ - аппаратом для исследований в режимах доплеровского цветного картирования кровотока, энергетического, спектрального и звукового доплера и может с успехом применяться во всех сферах медицины.
Использование управляемого доплера делает возможным визуализацию и исследование кровотока в сосудах, то есть получить с помощью эффекта Доплера полную характеристику кровотока и сердечной деятельности по таким параметрам, как: индекс сопротивления, пульсовой индекс, площадь митрального клапана и т.д. Перемещение между изображениями производится при помощи трэк-блока.
В настоящее время в нашей стране разрабатывается несколько модификаций динамических измерительных эхотомоскопов различного предназначения. Модификации приборов отличаются введением специальных процедур обработки и отображения эхоинформации, а также типом применяемых многоэлементных УЗП.
В новых модификациях динамических приборов предусматривается формирование числового и текстурного «портрета» объектов, включающего определение следующих параметров: соотношение амплитуд произвольно выбранных эхосигналов с учетом диссипативных и дифракционных поправок; среднестатических величин пространственных интервалов между сосредоточенными рассеивателями в ткани; среднестатических величин коэффициента рассеяния на заданном участке ткани, корреляционных функций и коэффициента поглощения в ткани.
Базовые эхотомоскопы снабжены многоэлементными пьезопреобразователями, настроенными на частоту ультразвуковых волн 2,64 и 3,5 МГц и обеспечивают путь линейного сканирования 95 мм и на глубину зондирования до 200 мм. На экране дисплея данных эхотомоскопов наблюдается динамическое отображение исследуемого анатомического сечения с высокой разрешающей способностью.
Численные результаты измерений и параметры формирований эхоизображений отражаются в виде алфавитно-цифровых данных.
Следует отметить, что с помощью «эхографии» и «сонографии» получают изображение среза внутренних органов, который соответствует их реальным размерам и состоянию. Причем ультразвуковые исследования (УЗИ) используются для исследования многих внутренних органов – от мочеполовой системы (почек, мочеточников, мочевого пузыря и простаты) до печени и размеров сердца. Результаты диагностики в значительной степени зависят не только от подготовки специалиста, но и от тщательности исследования.
Таким образом, высокая информативность и отсутствие лучевой нагрузки делают (УЗИ) крайне важными в диагностике патологических состояний организма.
Энергия звука используется в клинических условиях. В первую очередь это относится к ультразвуку. Биологические ткани как поглощают, так и отражают ультразвуковую энергию. Доля звуковой энергии, прошедшей из одной среды в другую, зависит от соотношения между величинами акустических сопротивлений обоих сред.
Ультразвук позволяет дифференцировать мягкие ткани, различающиеся по плотности на 0,1 %. Ультразвуковые волны могут проникать в биоткань на глубину до 200 мм при интенсивностях практически безурядных для организма.