2.10 Поглощение и глубина проникновения уз

Если среда, в которой происходит распространение ультразвука, обладает вязкостью и теплопроводностью, то при распространении УЗ волны происходит её поглощение, то есть по мере удаления от источника её энергия уменьшается.

Преобладающая часть поглощенной тканью энергии преобразуется в тепло, меньшая часть вызывает необратимые структурные изменения.

Известно, что 2/3 энергии ультразвука поглощается на молекулярном уровне и 1/3 на уровне микроскопических тканевых структур.

Поглощение зависит также от частоты ультразвуковых колебаний. Теоретически, поглощение пропорционально квадрату частоты.

Величину поглощения можно характеризовать коэффициентом поглощения, который показывает, как изменяется интенсивность ультразвука в облучаемой среде.

Интенсивность УЗ при прохождении через ткани убывает по экспоненциальному закону:

I = I_ое^-кh

где I - интенсивность УЗ волны на глубине проникновения h,

I₀ - интенсивность УЗ волны у поверхности вещества,

к - коэффициент поглощения, который зависит от плотности и вязкости среды, а также от частоты УЗ волны.

Кроме того, возможно аномальное поглощение энергии ультразвуковых колебаний в некоторых диапазонах частот - это зависит от особенностей молекулярного строения данной ткани.

Коэффициент проникновения

Коэффициент проникновения УЗ волны в другую среду равен отношению интенсивностей:

β = I₂/I₁=1-R.

где I₂ - интенсивность преломленной волны, I₁, - интенсивность падающей волны.

Релей показал, что:

β = (4С₁ρ₁/С₂ρ₂)/(С₁ρ₁/С₂ρ₂ + 1)2

Коэффициент поглощения обратно пропорционален глубине проникновения УЗ волны, на которой ее интенсивность убывает в «е» раз - к  1/h (1/м).

Чем больше частота УЗ волны, тем меньше глубина её проникновения. Так при частоте (800-900)кГц ультразвук проникает на глубину 4-5 сантиметров, а при частоте (1600 - 2600)кГц на 1см.

Структуры, в которых происходит полное затухание УЗ волн, т.е. через которые УЗ не может проникнуть, дают позади себя акустическую тень (например, кальцинированные структуры сердца).

В медицинских исследованиях поглощение УЗ волн оценивается глубиной полупоглощения. Глубину полупоглощения можно определить, используя закон:

I = I₀2^-h/H

где Н - глубина полупоглощения, это глубина, на которой интенсивность УЗ волны уменьшается вдвое,

h – глубина проникновения.

Например, при частоте 1 МГц, в воде Н = 350 см (к = 0,001), в крови 17 см (к = 0,01).

В приведённой таблице 1.4 представлены значения коэффициента поглощения k и глубины полупоглощения Н на различных частотах для различных тканей:

Таблица 1.1.4

Ткань	f (МГц)	k (см-1)	Н (см)
Вода	1	0,001	350
	2	0,004	90
Кровь	1	0,01	17
Плазма крови	0,87	0,02	17
	1,7	0,04	8,7
Хрящ	3	1,45	0,24
	5	2,2	0,16
Кожа	3	0,85	0,41
	5	1,05	0,33
Кость	0,88	0,71	0,5
	2,64	6,3	0,055
	4,5	9,2	0,038

ЛЕКЦИЯ 2