4.2. Прохождение уз в биологических средах

Продольные УЗ волны, т.е упругие колебания распространяются в направлении перпендикулярном поверхности УЗ излучателя. Действие УЗ колебаний на ткани организма при терапии складывается из трех составляющих:

• механическое действие, обусловленное колебаниями частиц ткани, приводит к изменению взаимного пространственного положения клеточных структур;

• тепловой действие, связанное с поглощением энергии УЗ волны и взаимного трения частиц приводит к нагреву мышечных и особенно косных тканей;

• химическое действие является следствием механических и тепловых эффектов. Результатом является изменение интенсивности окислительных процессов, усиление процессов диффузии и т.п.

В УЗ диагностических системах используется эхолокационный принцип получения информации об органах и структурах тканей. Отраженные сигналы, принимаемые датчиком, называются эхо-сигналами. При этом используются волны, распространяющиеся в сторону, обратную волнам, излучаемым датчиком первоначально.

На качество информации, полученной с помощью отраженных волн, оказывают влияние следующие физические явления:

• преломление – изменение направление волн при переходе из одной среды в другую, что приводит к геометрическим искажениям изображения;

• рассеяние – множественные изменения направления волн от мелких геометрических и физических неоднородностей среды;

• поглощение – переход энергии УЗ волн в тепло в результате вязкости среды.

Все указанные явления служат причинами затухания УЗ волн по мере проникновения в биологические ткани и во многом зависят от скорости звука в среде и плотности среды.

Скорость распространения УЗ в мягких тканях организма находится в пределах 1350 – 1600 м/с, а в костных тканях 2500 – 4300 м/с.

Характеристикой биологической среды, является акустическое сопротивление Z = C, где  – плотность среды, С – скорость звука.

Различия в акустических сопротивлениях сред определяют характер отражения на границе сред.

Уровень отраженного сигнала зависит только от разности акустических сопротивлений сред и не зависит от того, какая из сред находится дальше другой – с большим или меньшим акустическим сопротивлением, т.е. зависит от степени акустической неоднородности граничащих тканей.

Процесс затухания УЗ влияет на максимальную глубину, с которой можно получить информацию и на качество изображения.

Основными причинами затухания УЗ волн являются: отражение, рассеяние и поглощение.

В зависимости от расстояния (глубины) амплитуда давления УЗ волны уменьшается по экспоненциальному закону

P = P₀  e^-x , ( 9 )

где P₀ – начальная амплитуда давления (х = 0);

P – амплитуда давления на расстоянии х;

 – коэффициент затухания равный _P + _n ,

где _P и _n – коэффициенты затухания, соответствующие рассеянию и поглощению УЗ.

Ориентировочное значение затухания (в ДБ) на расстоянии Х можно определить как

, (10)

где x – расстояние в см;

f – частота в мГц.

Для принятых в диагностике частот устойчивый прием эхо-сигналов и получение качественного изображения возможно на глубине 70 – 100 мм.