Физические основы ультразвука

т. е. чем больше частота, тем меньше длина волны.

Благодаря малым длинам волн ультразвук распространяется в среде, подчиняясь законам геометрической оптики. Так же, как и свет, ультразвук распространяется прямолинейно в однородной среде, отражается и преломляется на границах сред

с разными акустическими свойствами. Его можно фокусировать, используя линзы и сферические зеркала.

Интервал интенсивности ультразвука, применяемого в ветеринарной и биомедицинской практике, весьма широк: от 10-3 Вт/см2 в поле излучателей диагностических аппаратов, до 104 Вт/см2 в фокальной области фокусирующих излучателей, используемых для разрушения глубинных структур без повреждения окружающих тканей.

В диагностических целях используют как непрерывный ультразвук низкой интенсивности, так и импульсный ультразвук довольно большой интенсивности, но с короткими импульсами и невысокой частотой их следования (табл.2).

Имеются отдельные сообщения о применении в диагностике ультразвука значительно более высоких интенсивностей. Известен опыт использования для визуализации полостей во внутренних органах ультразвук с интенсивностью до 500 Вт/см2 в импульсе. Однако такие попытки исключительны, так как возможная опасность применения ультразвука в диагностических целях обусловливает постоянную тенденцию к снижению его интенсивности.

Таблица 2. Характерные параметры диагностического ультразвука

В зависимости от условий задачи и режима воздействия ультразвук характеризуют либо максимальной в облучаемом объеме, либо усредненной но пространству интенсивностью.

Отражение ультразвука

Ультразвуковые волны, как и любые другие волны, при падении на границу раздела двух сред с разными акустическими свойствами частично отражаются, а частично преломляются и переходят в другую среду. Доля энергии волн, перешедшей из одной среды в другую, зависит от соотношения между акустическими сопротивлениями этих сред.

Коэффициент отражения акустических волн от границы двух сред равен отношению интенсивностей отраженной и падающей волн. Если волна падает на поверхность перпендикулярно к ней, то коэффициент отражения может быть вычислен по формуле Релея:

где и - акустические сопротивления, соответственно, первой и второй сред.

Из формулы Рэлея следует, что чем больше различаются между собой акустические сопротивления, тем меньше доля энергии, переносимой волной через границу раздела. Так, интенсивность ультразвуковой волны, перешедшей из воды в воздух, составляет всего 0,1% интенсивности волны, падающей на поверхность воды, а 99,9 % отразится от границы вода-воздух. Именно поэтому при терапевтическом воздействии ультразвуком или его применении в диагностических целях необходимо следить, чтобы между излучателем ультразвука и поверхностью тела всегда была прослойка жидкости - специального геля, воды, глицерина, вазелинового масла, раствора лекарства. В противном случае акустический контакт будет нарушен, и ультразвуковая волна не дойдет до биологических тканей, так как она практически целиком отразится от прослойки воздуха. Отражение ультразвука наблюдается также на границах тканей с различными акустическими свойствами, например на границе мышцы и надкостницы, на поверхности полых органов и в ряде других случаев.