2.3 Интерференция
Если в процессе прохождения УЗ через объект волны пересекаются, то в результате наложения волн друг на друга в различных участках среды наблюдается их усиление или ослабление - интерференция. Результат интерференции будет зависеть от соотношения фаз колебаний в данном месте среды. Если ультразвуковые волны достигают определенного участка среды в одинаковых фазах (синфазно), то амплитуда ультразвуковых колебаний в этом месте увеличивается. Если в противофазе, то уменьшается.
Интерференция играет важную роль при оценке явлений, возникающих в тканях вокруг ультразвукового излучателя, а также при отражении их от препятствия.
2.4 Интенсивность волны
Интенсивность волны I - плотность потока энергии волны (Φ) величина, равная количеству энергии, проходящей за единицу времени через единичную площадку (S):
I = Φ/S
Интенсивности УЗ волн, применяемых в медицине, подразделяются на три интервала:
малая - (0,05 - 1,5 Вт/см2),
средняя - (1,5 - 3 Вт/см2),
большая - (3 - 10 Вт/см2),
а в биологических исследованиях до 1000 Вт/см2.
Применение УЗ различной интенсивности представлено в табл. 1.1.1.
Таблица 1.1.1.
-
Частота
Интенсивность
Время экспозиции
Применение
0,1-1 МГц
до 2 Вт/см2
минуты
Терапия
1-10 МГц
0,1-50 мВт/см2
минуты
Диагностика
1-10 МГц
до 1кВт/см2
секунды
Хирургия
Из таблицы 1.3 видно, что в медицинской практике используются интенсивности УЗ, различающиеся в 107 раз.
2.5 Уз давление
При распространении УЗ волны в среде возникают области сжатия и разрежения. Появляющееся при этом переменное давление называется звуковым и равно
p = р0 + Аρсω cos[ω(t-x/с)],
где р0- давление в среде в отсутствие волны, Аρcω - амплитуда переменного звукового давления.
Существует связь между интенсивностью и звуковым давлением:
Ι = р2/2ρС
где ρ - плотность среды, С - скорость звука.
2.6 Колебательная скорость
Частицы среды, участвующие в передаче энергии волны, колеблются около положения своего равновесия. Скорость, с которой частицы колеблются около среднего положения равновесия, называется колебательной скоростью. Колебательная скорость частиц изменяется согласно уравнению:
V = V0 sin ω t
где V - величина колебательной скорости;
V0 - амплитуда колебательной скорости;
ω = 2¶ע, где ע - частота ультразвука;
t – время.
Амплитуда колебательной скорости характеризует максимальную скорость, с которой частицы среды движутся в процессе колебаний, и определяется частотой колебаний и амплитудой смещения частиц среды.
V0 = 2עA = ωА
2.7 Волновое сопротивление
При рассмотрении распространения УЗ волн важнейшим свойством среды является ее волновое сопротивление (акустический импеданс):
Ζ = ρС, (Па·с/м)
где
ρ - плотность среды, С - скорость УЗ в данной среде).
Скорость УЗ волны в мягких тканях практически постоянна, поэтому в эхографии волновое сопротивление является лишь функцией плотности ткани. Даже при незначительном различии плотностей между средами УЗ волна, достигшая границы двух сред, может и отразиться и пройти через границу раздела (Рис. 1.1.2).
В однородной среде или в случае неоднородных сред при падении УЗ по нормали к поверхности раздела УЗ луч распространяется прямолинейно.
При падении луча под углом к поверхности раздела (Рис. 1.1.2):
Рис. 1.1.2
а) угол отражения α1 равен углу падения α;
б) отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β обратно пропорционально отношению волновых сопротивлений сред: sinα/sinβ = Z2/Z1
При этом, чем меньше угол падения, тем меньше доля отраженных от границы раздела УЗ волн и больше доля преломлённых (прошедших в другую среду).
Следует отметить, что в случае эхолокации, когда отражённый луч должен вернутся по тому же направлению, что и падающий, максимальная интенсивность будет тогда, когда луч падает по нормали к границе.