§ 2.6. Ультразвук та інфразвук

Ультразвуком називають механічні коливання і хвилі з частотами, більшими 20 кГц. Застосування ультразвуку в різних галузях, включаючи медицину, пов'я­зані з тією їх важливою властивістю, що будь-які зміни в середовищі, через яке проходить ультразвукова хвиля, приводять до зміни швидкості розповсюдження і поглинання цієї хвилі, відбиття хвилі від границі розділу, акустичної кавітації - по­яви мікропорожнин в матеріальному середовищі (наприклад, в рідині) під дією ко­ливань тиску. Так, при інтенсивності ультразвукової хвилі = 10⁵ Вт/м² і частоті 5 10⁶ Гц на відстані половини довжини хвилі А/2=0,03 мм утворюється дуже великий перепад тиску, що дорівнює 6,3 10⁷ Па/см, тобто цей перепад в 630 разів перевищує нормальний атмосферний тиск. Кавітаційний та інші механізми дії уль­тразвуку можуть викликати механічні ефекти (розрив і загибель бактерій тощо), хімічні ефекти (збудження й іонізація атомів та молекул з утворенням радикалів), які можуть бути як позитивними, при відносно малих інтенсивностях, так і нега­тивними, при великих інтенсивностях ультразвукової хвилі.

Розповсюдження ультразвукової хвилі залежить від акустичних властивостей біосередовища. Найменший хвильовий (акустичний) опір мають біорідини, найбільший – кісткова тканина. Так, при частоті 1 МГц поглинання ультразвукової хвилі поглинання ультразвукової хвилі відбувається на глибині 0,2 см, а в рідині – 35 см, тому рідина є ідеальним середовищем для розповсюдження ультразвукових коливань.

Медико-біологічне застосування ультразвуку має два напрямки: методи діагностики і методи лікування.

Зміна швидкості і поглинання ультразвуку в різних органах і тканинах, а також відбиття ультразвукової хвилі на границях різних середовищ в організмі людини лежать в основі відомого методу ультразвукового дослідження (УЗД). Створені спеціальні комп'ютеризовані пристрої, які за певною програмою дозволяють візуалізувати зображення на екрані монітора. Сучасними прикладами УЗД в медицині є ультразвукова ехоенцефалографія - діагностування пухлин та запалень головного мозку, ультразвукова кардіографія - дослідження динаміки серцевої діяльності за допомогою ультразвуку, ультразвукова голографія - отримання тривимірних зобра­жень біооб'єктів з використанням інтерференції ультразвукових променів, ультразвукова локація для визначення розмірів в офтальмології тощо .

Дія ультразвукової хвилі з малою інтенсивністю (на рівні 1 Вт/м²) використо­вується як позитивний терапевтичний вилив, в основі якого лежить прискорення фізіологічних процесів у клітинах.

При збільшенні інтенсивності ультразвуку на декілька порядків (до 10⁶ Вт/м² і вище) внутрішні рухи окремих цитоплазматичних частин клітин підсилюються, виникає ефект кавітації і, як наслідок, незворотні зміни структури і функцій клітин. Подібний механізм лежить в основі бактерицидної дії ультразвуку, що використовується для стерилізації медичних інструментів.

Ультразвук великої інтенсивності використовується також з метою руйнуван­ня різного роду новоутворень (пухлин тощо). Подібний механізм дії ультразвуку застосовується також в стоматології (зняття зубних каменів, висвердлювання зуб­них каналів тощо). Процес руйнування біологічних тканин при інтенсивностях вище 10⁶ Вт/м² використовується в ультразвуковій хірургії та при ультразвуковому остеосинтезі - зварюванні тканин та кісток за рахунок значного підвищення в них швид­кості процесів дифузії.

У фармацевтичній промисловості кавітаційні процеси, що виникають під дією ультразвукової хвилі великої інтенсивності, використовуються для диспергування твердих і рідких матеріалів з метою отримання лікувальних порошків, емульсій, суспензій.

Механічні та теплові ефекти, що виникають при дії ультразвуку на різні біо­логічні тканини, лежать в основі методу ультразвукової фізіотерапії. Один з генераторів ультразвукових хвиль ( апарат для ультразвукової терапії УТП-3м) показано на рис.21

Рисунок 1.21

Ультразвук використовують в акушерстві, кардіології, неврології, урології. За допомогою ультразвуку подрібнюють камені в нирках. При

туберкульозу , бронхіальної астми, катару верхніх дихальних шляхів застосовують аерозолі різних лікувальних засобів, отриманих за допомогою ультразвуку.

Коливання частинок середовища викликає мікромасаж тканин, поглинання ультразвуку дає локальне нагрівання.