4. Физическое действие ультразвука и его характеристика.

Физическое действие ультразвука сводится к трем основным проявлениям ( эффектам ): тепловое, механическое и физико-химическому действие.

1. Тепловое действие - это явление нагревания среды при прохождении через неё ультразвука.

Обусловлено поглощением УЗ средой в результате чего механическая энергия УЗ волны переходит в тепловую.

Так как поглощение УЗ различными средами не является полным, то и выделение тепла не будет одинаковым. При I_УЗ = 5 Вт/см² и t = 1 мин. температура костного мозга повышается на 5 ⁰С, а мышц всего лишь на 1 ⁰С.

Сравнительно много тепла выделяется на границе мягких тканей и кости. Ткани со сложной структурой более чувствительны, чем однородные. Локальный нагрев ткани на доли градуса увеличивает жизнедеятельность биологических объектов, интенсивность процессов обмена. Длительное воздействие приводит к перегреву.

2. Механическое действие – обусловлено переменным давлением, возникающим в среде при прохождении УЗ. При распространении УЗ в жидкости в момент разряжения происходит микроразрыв жидкости, то есть образуется полость ( кавитационный пузырек ), в который устремляются пары жидкости. В момент сжатия происходит захлопывание пузырьков. При этом создаются кратковременные (t  10^-6 с) импульсы давления (  10⁸ Па). Они способны разрушить весьма прочные материалы. Захлопывание пузырьков сопровождается адиабатным нагревом газа в пузырьке и его ионизацией. Кавитация начинается при интенсивностях I  8 кВт/м². Перепады давления приводят в колебательное движение частицы среды, что обуславливает его «дробящее» действие и более равномерное распределение частиц по всему объёму ( используется при приготовлении эмульсий и суспензий ). Эффект возникновения акустических потоков носит специальное название: звуковой ветер. С его помощью перемешиваются жидкости.

2. Физико-химическое действие – тесно связано с явлением кавитации, так как в кавитационных пузырьках кроме больших давлений возникают свободные радикалы и атомарный водород. Это приводит к тому, что под действием УЗ могут ускоряться различные химические процессы (звуковая химия).

5. Особенности распространения ультразвука в тканях тела человека.

Физически тело человека представляет собой неоднородную среду с участками различной плотности и акустических свойств, разделёнными фазовыми поверхностями на различные области.

При прохождении ультразвука в теле человека имеются следующие особенности:

1) Скорость ультразвука в тканях тела человека зависит от вида ткани и тканевой среды. Её значения (м/с) для отдельных тканей следующие:

кровь 1543

кость 3270

мышцы 1568

печень 1570

2) Ткани тела человека сильно рассеивают и отражают ультразвук. Причина — морфологическая неоднородность тканей, наличие множественных поверхностей раздела, различия в акустических сопротивлениях. Например, акустическое сопротивление черепа и крови различаются в 3.5 раза.

3) В тканях тела человека происходит сильное ослабление ультразвуковой волны вследствие её поглощения. Пример: значение коэффициента поглощения черепа в 14 раз больше коэффициента поглощения мозга.