Физические основы воздействия звука на биологические ткани. Применение ультразвуковых исследований в медицине

 Опухоли молочной железы  являются самым распространенным  видом онкологических заболеваний. Только в США ежегодно рак  молочной железы выявляется приблизительно  у 184 тыс. женщин и у 1,5 тыс. мужчин, становясь причиной смерти для 45 тыс. человек. Ключом к решению  данной проблемы считается ранняя  диагностика опухолей молочной  железы. Все предшествующие годы  выявление новообразований молочной  железы проводилось в основном  методом рентгеновской маммографии. К сожалению, маммография не позволяет  отличать доброкачественные образования  от злокачественных. Здесь и пришли на помощь ультразвуковые исследования. По некоторым данным рентгеновская маммография не позволяет визуализировать до 40% опухолей у молодых женщин до 40 лет. А факт отсутствия лучевой нагрузки при ультразвуковом методе исследования является определяющим в выборе метода диагностики при обследовании женщин детородного возраста. Группа системных заболеваний молочной железы объединяется термином мастопатия, и встречается у 75-80% всех женщин.

УЗИ в кардиологии.

 Ультразвуковое исследование  сердца (эхокардиография) - позволяет оценить клапанный аппарат сердца, полости сердца (правый и левый желудочки, правое и левое предсердия), сократительную активность миокарда левого желудочка. Выявляет: пороки сердца (врожденные и приобретенные), пролапсы клапанов, кардиомиопатии, миокардиты, эндокардиты, перикардиты, гипертрофию миокарда желудочков, нарушение локальной сократимости миокарда левого желудочка, осложнения инфарктов миокарда, дополнительные образования (опухоли, тромбы), легочную гипертензию.

Дополнительные примеры применения ультразвука в медицине

Выше мы рассмотрели способы диагностики, для которых характерно использование ультразвука малой интенсивности — ниже 50 мВт/см2. Сейчас мы опишем те активные методы, которые в ходе применения воздействуют на живой организм разрушающе, разумеется, с определенной терапевтической целью. Среди последних следует упомянуть ультразвуковую хирургию. Этот метод применяют главным образом в нейрохирургии. Например, в определенной точке мозга фокусированным излучением от нескольких ультразвуковых головок создается интенсивность около 1000 Вт/см2. Меняя время облучения, можно с точностью ±0,3° С добиться повышения температуры ткани в точке фокуса. Под действием ультразвука ткани в точке фокуса уничтожаются. Этим методом можно лечить такие заболевания, причина которых — патологическое функционирование какой-либо части центральной нервной системы (например, болезнь Паркинсона, гиперкинез, воображаемые боли у ампутированных, недосягаемые опухоли и т. д.). Преимущество этого хирургического метода состоит в том, что он полностью бескровный и оперированный больной выходит из операционной на ногах. Дозу облучения можно установить с большой точностью, область, которую надлежит ликвидировать, может иметь любую форму. Эффект селективен, поскольку сосудистая система даже при большой интенсивности облучения не страдает, в то время как серое и белое мозговое вещество в точке фокуса гибнет.

Ультразвуковое оборудование успешно применяют для чистки зубного камня в стоматологии. Ультразвуковой головкой аппарата достаточно буквально коснуться отложившегося слоя зубного камня, и он легко отделяется от зуба. Преимущество этого метода в том, что он не повреждает зубной эмали, зубы не подвергаются вредному механическому действию, да и десны больного остаются целыми.

Делались попытки применять механическое действие ультразвуковой энергии и для лечения болезней, связанных с появлением камней. Особенно хорошие результаты были достигнуты в разрушении камней в желчном пузыре и печени. Однако передача ультразвуковой энергии весьма сложный процесс, поэтому в этой области метод не получил еще широкого распространения. Точно так же в стадии эксперимента находится ультразвуковой хирургический нож, вводить который в ткань гораздо легче, чем обычный металлический скальпель, поскольку продольные колебания намного снижают сопротивление резанью. Разработан даже ультразвуковой шприц, работающий на аналогичном принципе. Здесь вкалываемая игла производит продольные колебания, за счет чего она легче преодолевает слой кожи, может быть точнее направлена и причиняет меньше боли. Кстати сказать, этим методом через грудную клетку удалось ввести в ткани сердца для его стимуляции заостренный стальной провод диаметром 0,2 мм. Острие провода, возбужденное частотой в 25 кГц, совершало колебательные движения с амплитудой 50 мкм.

Ультразвуковые приборы играют важную роль в аэрозольной терапии, где они используются для введения лечебных препаратов в дыхательные пути больного с помощью ингаляции. Диаметр частиц аэрозоли не должен превышать нескольких микрон. Иначе частички не попадут в альвеолы, а осядут в верхних дыхательных путях. Если же диаметр будет меньше указанного размера, то они, хотя и попадут в легочные пузырьки, со следующим выдохом снова будут выведены из легких. Аэрозоли но традиции создают с помощью распылителя, но получающиеся при этом капельки тумана крайне велики и с точки зрения их перемещения не являются оптимальными. В самых современных аэрозольных аппаратах используется механическое действие ультразвуковой энергии. Применяя фокусированное излучение с помощью кристалла титанита бария в форме сферического сегмента можно создавать из жидкости туман с весьма малыми капельками. Подбирая вязкость распыляемой жидкости и соответствующую интенсивность ультразвука, нетрудно регулировать размер частиц.

Широко применяют ультразвук в различных конструкциях, помогающих слепым самостоятельно ориентироваться в пространстве (в уличном движении). Небольшой батарейный прибор излучает ультразвуковые волны, которые отражаются от препятствий, находящихся вблизи. Время отражения зависит от расстояния до предмета. Если предмет находится в зоне действия прибора, то либо включается звуковой сигнал, либо вибратор в руке слепого начинает, вибрировать, сигнализируя о наличии препятствия и о расстоянии до него. Английские исследователи разработали аппарат для слепых, встроенный в очки. Прибор дает знать о препятствии на расстоянии 6...8 м. Владелец аппарата поворотом головы направляет лучи в нужную сторону. Характер звуков, слышимых в телефоне, зависит от размеров и формы отражающего предмета. Как показывает опыт, слепым удается различать, какие звуки характерны для того или иного препятствия.

Заключение

Перечисленные примеры не исчерпывают всех медико-биологических применений ультразвука, инфразвука и вибраций, перспектива расширения этих приложений поистине огромна. Так, можно ожидать, например, появления принципиально новых методов диагностики с внедрением в медицину ультразвуковой голографии.

ЛИТЕРАТУРА.

1.И.Г. Хорбенко

2.Звук, ультразвук, инфразвук.

3. Издательство «Знание» Москва 1978г.

4. И.И. Клюкин

5. Удивительный мир звука.

6. Ленинград «Судостроение» 1986г.

7.