Применение ультразвука в биологии и медицине

виде попеременных сжатий и разрежений вещества.
Частота ультразвуковых колебаний лежит в неслышном акустическом диапазоне (выше20 000 Гц).

Ультразвук. Основные физические параметры

Частота колебаний – число чередований сжатий и разряжений в единицу времени. Единица измерения в СИ – герц (Гц). 1 Гц – одно колебание в секунду. В терапевтической практике ультразвук используют в диапазоне частот 800-3000 кГц (1 кГц=1000 Гц).

Глубина проникновения УЗ-колебаний зависит от их частоты. Чем больше частота колебаний, тем меньше глубина проникновения и наоборот.
при частоте 1600-3000 кГц ультразвук проникает на глубину 1-1,5 см (поглощается кожей).
при частоте 800-900 кГц – на 4-5 см.
при частоте 20-45 кГц проникает на глубину 8-14 см.

1 см² площади излучателя аппарата в течение 1 секунды. Ед. измер. в системе СИ – Вт/см².
Применяемую в физиотерапевтической и косметологической практике интенсивность ультразвуковых колебаний условно подразделяют на:
малую(0,05-0,4 Вт/см²) – стимулирующее действие
среднюю(0,5-0,8 Вт/см²) – корригирующее действие (противовоспалительное, обезболивающее)
большую(0,9-1,2 Вт/см²) – рассасывающее действие.

вещество проводит звук.

Скорость распространения ультразвуковой волны необходимо знать для вычисления расстояний между объектами, а также нахождения глубины их залегания. Средняя скорость распространения УЗ в мягких тканях 1540 м/с.

превышает в большинстве сред нескольких сантиметров. Малая длина волны обуславливает лучевой характер распространения УЗ волн. Вблизи излучателя ультразвук распространяется в виде пучков по размеру близких к размеру излучателя.
Малый период колебаний, что позволяет излучать ультразвук в виде импульсов и осуществлять в среде точную временную селекцию распространяющихся сигналов.
Возможность получения высоких значений энергии колебаний при малой амплитуде. Это позволяет создавать УЗ пучки и поля с высоким уровнем энергии, не требуя при этом крупногабаритной аппаратуры.
В ультразвуковом поле развиваются значительные акустические течения. Поэтому воздействие ультразвука на среду порождает специфические эффекты: физические, химические, биологические и медицинские. Такие как кавитация, звукокапиллярный эффект, диспергирование, эмульгирование, дегазация, обеззараживание, локальный нагрев и др.
Ультразвук неслышим и не создаёт дискомфорта обслуживающему персоналу.

Специфические особенности ультразвука

при прохождении УЗ-колебаний, с переменным акустическим давлением.
Микромассаж клеток и тканей, изменение функционального состояния клеток: повышается проницаемость клеточных мембран, усиливаются процессы диффузии и осмоса, изменяется кислотно-щелочное равновесие, пространственное взаимоотношение субмикроскопических структур в клетке.

При увеличении интенсивности ультразвука на границе неоднородных биологических сред образуются сильно затухающие поперечные волны и выделяется значительное количество тепла.
Из-за поглощения энергии ультразвуковых колебаний в тканях происходит повышение температуры.
Повышение температуры в тканях способствует расширению кровеносных и лимфатических сосудов, увеличивается объемный кровоток в тканях, повышается степень их оксигенации и интенсивности метаболизма. Проявляется противовоспалительное и рассасывающее действие УЗ.

УЗ-колебания вызывают сложные физико-химические реакции в тканях. Они ускоряют перемещение биологических молекул в клетках, что увеличивает вероятность их участия в метаболических процессах. Этому же способствует разрыв слабых межмолекулярных связей, переход ионов и биологически активных соединений в свободное состояние.

МГц. Конкретное значение определяется объектом исследования: для исследования органов брюшной полости и забрюшинного пространства, а также полости малого таза используется частота 2,5 – 3,5 МГц, а для исследования щитовидной железы – 7,5 МГц.

Ультразвуковые исследования в медицине

Принцип работы ультразвуковой системы

кокременты.
Отражение слабее – эхогенные структуры (серые) – большинство плотных органов, мышцы.
Слабое отражение – гипоэхогенные структуры (темные) – кровь, жидкость внутри мочевого и желчного пузырей.

Получение изображения при УЗИ

высокое разрешение, но минимальная глубина.
Удобен на шее и в подмышечной области.

↓ частоты= ↑ глубины проникновения.
3МГц-датчик проникнет глубоко в тело,
однако разрешение полученной картинки
хуже, чем при использовании 12 МГц.

Ультразвуковые исследования в медицине

потока направляют в ткани. Непрерывный режим работы, сопровождающийся большим выделением тепла, используется для повышения интенсивности воздействия. При импульсном режиме посылаемая энергия чередуется с паузами.
Импульсные режимы используют для достижения нетепловых эффектов.

Ультразвуковые волны распространяются перпендикулярно от пластины излучателя. Пластина вибрирует с частотой ультразвука, передавая механические колебания тканям. Поскольку в воздухе ультразвуковые волны практически не распространяются (гаснут), обязательно между пластиной излучателя и кожей должна быть контактная среда (гель, масло, вода).
Продольная волна приводит к сжатию-разрежению среды вдоль направления приложения силы: вибрация уходит вглубь тканей.
Поперечная, или сдвиговая волна, распространяется перпендикулярно приложенной силе – как круги на воде. Такая волна распространяется не в толще тканей, а на границе раздела двух сред (на поверхности воды, на границе кожи и воздуха).

Режим воздействия, растространение УЗ-волн

структур (лизис) посредством ультразвука применяется для извлечения межклеточных соединений в целях микробной инактивации.

Извлечение белков и ферментов, хранящихся в клетках и внутриклеточных частицах, является уникальным и эффективным применением высокоинтенсивного ультразвука, так как извлечение органических соединений, содержащихся в теле растений и в семенах