Отражение ультразвуковых волн

Рассматривая поглощение ультразвука, мы предполагали, что энергия распространяется в однородной среде. Если это условие не соблюдается, то, как и в оптике, на границе сред с различными свойствами наблюдается отражение. На этом явлении и основана ультразвуковая диагностика. Отражение происходит в пригранич­ных областях кожи и жира, жира и мышц, а также мышц и костей. Точно такие же изменения ультразвука наблюдаются на границе частей тела, касающихся воздуха (полости тела, сердце и т. д.). Если ультразвук при распространении наталкивается на пре­пятствие (например, на постороннее тело в организме человека), здесь тоже наблюдается отражение. Если же препятствие по отно­шению к длине волны ультразвука мало, то ультразвук как бы об­текает препятствие. Неоднородности живого организма (клетки, мы­шечные волокна и т д.) не вызывают заметного отклонения, ведь по сравнению с длиной волны (800 кГц—2 мм) их размерами (макси­мально 0,1...0,2 мм) можно пренебречь.

Если ультразвук на своем пути наталкивается на органы или участки тканей, размеры которых больше длины волны, то направ­ление распространения ультразвука изменяется — происходит пре­ломление и отражение.

Если не принимать во внимание инородные препятствия в теле, то наиболее сильное отражение происходит на границе кости и окружающих ее тканей (главным образом, мышечных), а также на границах участков тканей, соприкасающихся с воздухом. Однако поскольку разные кости имеют разную структуру и форма их тоже очень Многообразна, то отраженные от костей ультразвуковые сиг­налы трудно распознать. Значительно благоприятнее положение при отражении на граничных поверхностях воздух—ткань. Дело в том, что у воздуха очень малая плотность, и если ультразвуковые волны распространяются в воде или тканях тела и подходят к граничной поверхности, соприкасающейся с воздухом, то наблюдается почти полное отражение.

Биологическое воздействие ультразвука

Попадая в живой организм, ультразвук оказывает на него био­логическое воздействие, которое не ограничивается влиянием только на облученные органы или ткани. Несмотря на то, что физическое и химическое воздействие ультразвука само" по себе не объясняет механизма его комплексного влияния, эти воздействия следует учи­тывать.

Мы уже рассматривали механическое воздействие и установили, что при облучении ультразвуком обычной интенсивности хоти и производится микромассирующее воздействие на клетки, но сто эф­фект незначителен. Разумеется, с повышением интенсивности уль­тразвука механическое воздействие может привести даже к повреждению ткани. Это явление и применяют в ультразвуковой нейрохи­рургии, где с помощью фокусированного излучения интенсивностью примерно 1000 Вт/см2 разрушают больные нервные ткани, опухоли.

Более важным, чем механическое, является тепловое воздейст­вие. Поскольку поглощение ультразвука в тканях человека характеризуется коэффициентом приблизительно 0,33 (т. е. 33% на I см), то одна треть энергии ультразвука, проходящая через сантиметро­вый слой, преобразуется в тепло, а две трети проникает дальше, чтобы вызвать в более глубоких слоях механический и тепловой эффект. Ясно, что в тканях, находящихся на различной глубине, по­вышение температуры под влиянием излучения различно и тем мень­ше, чем глубже. А поскольку коэффициент поглощения тканей раз­ный, поэтому и степень нагревания тоже различна, и бывает, что в ткани, находящейся глубже и обладающей большей поглощающей способностью, в тепло превращается больше ультрал1укоиой энер­гии, чем в слоях над ней, несмотря на то, что интенсивность ультра­звука в глубине уже существенно меньше.

Как показывают опыты, при ультразвуковом облучении имеет место и химическое воздействие. И хотя эксперименты дают убе­дительный ответ еще не на все вопросы, есть полная уверенность в том, что облучение ультразвуком ускоряет процессы диффузии в клетках, способствует деполимеризации крупномолекулярных бел­ков, ускоряет процессы биохимического окисления и т. д.