1.8. Ультразвук и его применение в медицинских целях

Ультразвуком (УЗ) называют механические колебания и волны с частотами более 20 кГц.

Верхним пределом ультразвуковых частот условно можно считать 10⁹ – 10¹⁰ Гц. Этот предел определяется межмолекулярными расстояниями и поэтому зависит от агрегатного состояния вещества, в котором распространяется ультразвуковая волна.

УЗ обладает существенно меньшей длинной волны по сравнению со звуком. Дифракция волн существенно зависит от соотношения длинны волны и размеров тел на котором она дифрагирует. Непрозрачное (для звука) тело размером 1 м не будет препятствием для звуковой волны с длинной 1,4 м, но станет препятствием для УЗ-волны с длинной 1,4 мм: возникает «УЗ-тень».

Отражение УЗ на границе двух сред зависит от соотношения их волновых сопротивлений. Так, УЗ хорошо отражается на границах мышца – надкостница – кость, на поверхности половых органов и т.д. Поэтому можно определить расположение и размер неоднородных включений, полостей, внутренних органов и т.п. (УЗ-локация). При УЗ-локации используется как непрерывное так и импульсное излучения. В первом случае исследуется стоячая волна, возникающая при интерференции падающей и отраженной волн от границы раздела. Во втором случае наблюдают отраженный импульс и измеряют время распространения ультразвука до исследуемого объекта и обратно. Зная скорость распространения, определяют глубину залегания объекта.

Сжатия и разряжения, создаваемые УЗ, приводят к образованию разрывов сплошности жидкости – кавитаций.

Кавитации существуют недолго и быстро захлопываются, при этом в небольших объемах выделяется значительная энергия, происходит разогревание вещества, а также ионизация и диссоциация молекул.

Медико-биологические приложения ультразвука можно разделить на два направления: методы диагностики и методы воздействия.

1.9. Инфразвук. Вибрации

Инфразвуком (ИЗ) называют механические (упругие) волны с частотами меньше тех, которые воспринимает ухо человека (<20 Гц).

Источниками ИЗ могут быть как естественные объекты (море, землетрясение и др.) так и искусственные (взрывы, автомашины, станки и др.). ИЗ часто сопровождается слышимым шумом, поэтому возникают трудности при его измерении и исследовании собственно инфразвуковых колебаний.

Для ИЗ характерно слабое поглощение разными средами, поэтому он распространяется на значительное расстояние. Это позволяет по распространению ИЗ в земной коре обнаруживать взрыв на большом расстоянии от источника, прогнозировать цунами и т.д.

ИЗ оказывает неблагоприятное влияние на функциональное состояние ряда систем организма: вызывает усталость, головную боль, сонливость, раздражение и др. Предполагается, что первичный механизм действия УЗ на организм имеет резонансную природу.

Вибрации – механические колебания различных конструкций и машин.

Они оказывают воздействие на живой организм, который соприкасается с вибрирующими объектами. Это воздействие может быть как вредным и приводящим в определенных условиях к вибрационной болезни, так и полезным, лечебным (вибротерапия и вибромассаж).

Основные физические характеристики совпадают с характеристиками механических колебаний тел, это

• частота колебаний или гармонический спектр ангармонического колебания;

• амплитуда смещения, скорости и ускорения;

• энергия и средняя мощность колебаний.

Кроме того, для понимания действия вибраций на биологический объект важно представлять себе распространение и затухание колебаний в теле.

Вибрации являются источником слышимых звуков, ультразвуков и инфразвуков.