Ультразвуковая аппаратура и методы ее поверки.

Под ультразвуковыми колебаниями в акустике понимают такие колебания, частота которых лежит за верхним пределом слышимости человеческого уха, т.е. более 20 кГц. Помимо собственных звуковых колебаний, под которыми обычно подразумевают распространяющиеся в среде продольные волны, к ультразвуковым относят колебания изгиба и сдвига, а также поперечные и поверхностные колебания, если их частота составляет более 20 кГц. В настоящее время удается получать колебания с частотой 1*10¹⁰ Гц. Область ультразвуковых колебаний примерно охватывает 16 актов. Малость длины волны ультразвуковых колебаний в твердых телах обусловила широкое применение ультразвука. Благодаря малой длине волны ультразвуковые волны допускают отличную фокусировку получение направленного излучения. Поэтому можно говорить об ультразвуковых лучах и строить на их основе звукооптические системы. Также сравнительно простыми методами удается получить ультразвуковые колебания относительно больших интенсивностей.

В 1880 году Кюри открыли, что при растяжении и сжатии в определенных направлениях у некоторых кристаллов на их поверхности возникают электрические заряды. Опыты показали, что возникающий при деформации заряд пропорционален сжатию или растяжению кристаллов. Знак заряда зависит от рода деформации. При переходе от сжатия к растяжению он меняется. Пьезоэлектрический эффект обнаружился у кристаллов турмалина, кварца, хлората натрия, винной кислоты, тростникового сахара, сегнетовой соли.

С точки зрения физики и биофизики при взаимодействии ультразвука с биологическими средами можно выделить целый ряд механизмов действия на ткани организма. Тепловые механизмы проявляются в тех случаях, когда поглощения акустической энергии приводит к локальному росту температуры среды. При чем основной вклад в акустическое поглощение дают такие механизмы потерь на рассеяние, как молекулярная релаксация внутреннего трения и относительное движение частиц среды. Параметрами взаимодействия, связанного с тепловыми механизмами, являются интенсивность и время облучения.

Кавитация, под которой понимается процесс роста и колебаний газовых пузырьков в поле акустической волны, обычно возникает в тех случаях, когда используется ультразвук высокой мощности в режиме непрерывного излучения. А также ее можно наблюдать и при использовании диагностического звука с малым числом периодов в импульсе. При исследовании кавитации необходимо знать такие параметры, как максимальное отрицательное давление и длительность импульса, так как именно в фазе разряжения газ диффундирует из раствора в воздушный пузырек, что приводит к росту последнего.

К нетепловым механизмам действия ультразвуковых колебаний относят стационарные: радиационное давление, перемешивание поглощающих ультразвуковых жидкостей за счет возникновения акустических потоков, сдвиговые напряжения в структурах, находящиеся в акустических потоках в жидкости.

Согласно данным американского института по применению ультразвука в медицине ультразвуковое облучение не оказывает заметного биологического действия на ткани млекопитающих при интенсивностях ниже 100 мВт/см². При более высоких уровнях интенсивности, отчетливо выраженные биологические эффекты отсутствуют, если произведение интенсивности на время облучения не превышает 50 Дж/см². Обычно мощность ультразвуковых доплеровских приборов с непрерывным излучением лежит в пределах 20 – 800 мВт/см², мощность эхоимпульсных сканеров 7*10^-2 – 680 мВт/см², однако иногда плотность потока излучаемой акустической энергии эхоимпульсных сканеров составляет 2800 Вт/см². При исследовании глубоко залегающих структур организма применяют низкие частоты: для сердца – 2,25 – 5 МГц, гинекологии – 3,5 – 5 МГц. Для исследования неглубоких структур применяют более высокие частоты, так эхографию глаза проводят при частоте 10 – 15 МГц.

По принципу действия ультразвуковые приборы делятся на две группы:

1. Эхоимпульсные – служат для определения аналитических структур, визуализации и измерения;

2. Доплеровские – позволяют получать кинематическую характеристику быстропротекающих процессов: кровотока в сосудах, сокращения сердца.

Однако такое деление условно. Существуют установки, которые дают возможность одновременно изучать как аналитические, так и функциональные параметры.

Наибольшее распространение в клинической практике нашли три метода ультразвуковой диагностики:

1. одномерные исследования – эхография;

2. двумерные исследования – сонография;

3. доплерография.