1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Ультразвук — упругие механические колебания среды, частота которых превышает верхний предел слышимости уха человека (около 18 кГц). Они находятся в диапазоне частот от 18 кГц до 15 МГц. Колебания эти распространяются в виде волн, которые представляют собой периодически чередующиеся области растяжения и сжатия. Скорость распространения упругой волны определяется свойствами среды и не зависит ни от частоты, ни от интенсивности ультразвука. Особенности ультразвуковых колебаний — их направленность и возможность фокусирования энергии на небольшой площади рабочего инструмента.

Основную характеристику распространяющейся упругой волны представляет расстояние, которое она проходит за один период. Эта величина — длина волны, зависящая от скорости распространения звука в материале, а также от частоты.

Звуковая волна, распространяясь в среде, несет определенную энергию, которая периодически переходит из потенциальной в кинетическую и обратно.

Для оценки энергии звукового поля определена величина, называемая интенсивностью звука. Интенсивность — количество энергии, переносимой звуковой волной за одну секунду через площадку 1 см2, перпендикулярно к направлению распространения.

При распространении плоских ультразвуковых волн в среде часть энергии затрачивается на преодоление необратимых потерь, (например, вязкости материала). Такой процесс носит название «поглощение ультразвука», когда энергия переходит в тепло, нагревая среду.

Если распространяющаяся волна попадает на границу раздела между двумя средами, то часть ультразвуковой энергии проходит во вторую среду, а другая отражается обратно. Распределение энергии между прошедшей и отраженной энергией зависит от соотношения акустических сопротивлений двух сред.

Специфические свойства ультразвуковых колебаний для воздействия на биологические ткани заключаются в следующем:

— отмечается   высокая   интенсивность   энергии   с максимальными амплитудами колебаний;

— звуковое радиационное давление появляется в поле продольных звуковых волн с конечными амплитудами смещения. Давление всегда направлено от среды с большей плотностью к среде с наименьшей;

— возникает кавитация: процесс разрыва жидкости под действием растягивающихся напряжений с образованием газовых полостей;

— наблюдается нагрев тканей под действием ультразвука.

Основной параметр ультразвуковых колебаний, определяющий биологическое воздействие, — интенсивность ультразвука. Величина интенсивности определяет степень разрушения биологических структур.

Время воздействия ультразвука тоже играет немаловажную роль.

С увеличением времени воздействия свыше 10 минут при средней интенсивности ультразвук может вызвать необратимые изменения в клетках и разрушение живых тканей. Импульсивный режим действия источника колебаний позволяет удлинить время воздействия (до 20 мин) без существенных морфологических изменений в биологических тканях.

Величина поглощения ультразвуковой энергии зависит от гистологического строения тканей. Поглощение в жировых тканях, например, меньше, чем в обычных. Значительное поглощение отмечается в ателектазированных легких, а хрящи и мышцы обладают более высокими значениями коэффициента затухания, чем паренхиматозные ткани. Коэффициент поглощения ультразвуковой энергии зависит и от направления введения ультразвука по отношению к направлению коллагеновых волокон. Кость имеет максимальный коэффициент поглощения, а следовательно, при ультразвуковом распиливании в ней выделяется наибольшее количество тепла.

При высокой частоте ультразвуковых волн больше образуется тепла на поверхности раздела мягкая ткань — кость. При этом примерно 40% ультразвуковой энергий отражается в тканях.

Кавитация в мягких тканях крайне затруднена из-за большой вязкости тканевых жидкостей и большей концентрации клеток в них. Кавитация в кровеносных сосудах возникает легче, нежели в других тканях.

Для объяснения механизма действия ультразвуковых волн в последнее время появились новые гипотезы, теоретические основы которых связаны с акустическими течениями. Для врачей и биологов представляет интерес возникновение   акустических   течений в слое жидкости,   граничащей с колеблющимся   ультразвуковым инструментом. Цитологические и функциональные изменения клеток, вызываемые ультразвуковыми волнами, обусловлены возникновением микроскопических течений на границе клетка — жидкость и внутри клеток. Характер и форма микроскопических течений зависят не только от интенсивности ультразвука, но и от вязкости цитоплазмы и ряда других физических параметров такой сложной системы, как живая клетка.

При использовании ультразвуковых колебаний для воздействия на мягкие ткани и осуществления процесса их рассечения необходимо учитывать как биологические свойства самой ткани, так и физические параметры ультразвука.

Л. К. БОГУШ, академик АМН СССР,
А. Я. ШАЙХАЕВ, кандидат медицинских наук


Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Copyright ©, МЕДИЦИНА Научно-популярный журнал, 2012-1018. Все права защищены.