Ультрадыбыстық диагностиканың физикалық негіздері

Ультрадыбыс - адамның есту мүшесінің дыбысты қабылдау шегінен жоғары жатқан дыбыстық тербелістер. Ультрадыбыстық тербелістер алатын Пьезо әсерін 1881 жылы ағайынды П. Кюри және Ж.-П. Кюри. Алғаш қолданысты Бірінші Дүниежүзілік соғыс кезінде К.В. Шиловский мен П. Ланжевен кемелер навигациясы үшін, нүктеге дейінгі қашықтықты және суасты кемелерін табу үшін сонар құрастырғанда тапты. В 1929 жылы С.Я.Соколов ультрадыбысты бұзылмас бақылау үшін металлургияда (дефектоскопия) қолданды. Бұл ірі кеңестік физик-акустик ультрадыбыстық интроскопияның бастаушысы және қазіргі таңда жиі қолданылатын және өз мәні бойынша дыбыстық көрудің заманауи әдістерінің авторы

Ультрадыбыстың медициналық диагностикада қолдану талпыныстары 1937 бірқалыпты эхоэнцефалографтың пайда болуына алып келді. Алайда тек елуінші жылдардың басында ғана ішкі ағзалардың және ұлпалардың ультрадыбысты суретін алды. Осы кезден бастап ультрадыбысты диагностика көптеген ішкі ағзалар ауруларының және зақымдануларының сәулелік диагностикасында қолданыла бастады.

Ультрадыбыс биофизикасы.

Ультрадыбыс физикасынан қарағанда адам денесінің ұлпалары қасиеті жағынан сұйық ортаға сай келеді, сондықтан оларға ультрадыбыстық толқынның әсері - сұйықтыққа әсер ететін күш ретінде сипатталады.

Ортадағы қысым өзгерісі түпнұсқаның жазықтықтағы тербелісіне перпендикуляр бола алады. Бұл жағдайда толқынды бойлық толқын деп атайды. Ультрадыбыстық диагностикада негізгі ақпаратты бойлық толқындар тасиды. Қатты заттарда, мысалы, сүйекте немесе металда, көлденең толқындар пайда болады.

Дыбыстық толқындар табиғаты бойынша механикалық болып есептеледі, себебі олардың негізінде тепе-теңдік нүктесінен серпімді ортаға жылжу жатыр. Серпімділігі арқасында дыбыстық энергияның ұлпа арқылы өтуі жүзеге асады. Серпімділік – бұл заттың сығылу немесе созылудан кейін өз қалпына келе алу қасиеті. Ең алдымен ультрадыбыстың таралу жылдамдығы ұлпаның серпімділігі мен тығыздығына байланысты.Ұлпаның тығыздығы көбейген сайын, ультрадыбыстық толқындар соншалықты баяу жылжуы қажет(бірдей серпімділікте). Бірақ бұл физикалық параметрге сақтықпен қарау қажет. Дыбыс жылдамдығы биологиялық ағзаның әртүрлі ортасынан өткенде әрқалай болады. Кестеде әртүрлі ортада ультрадыбыстың таралу жылдамдығы көрсетілген.

Кесте №1. Әртүрлі ортадағы дыбыс жылдамдығы.

Ультрадыбыстық зерттеудің әртүрлі типтеріне ультрадыбыстық толқынның әр түрлері қолданылады. Ең негізгі параметрлер сәулелену жиілігі, трандюссер бетінің диаметрі және ультрадыбыстық түйіннің шоғырлануы. Медициналық ультрадыбыстық диагностика жүйесінде көбіне 1; 1,6; 2,25; 3,5; 5 және 10 МГц жиіліктері қолданылады.

Аппараттарда шығатын және қабылданатын сигналдарды реттеу және эхосигнал суреттерін күшейту мүмкіншіліктері бар.

Ультрадыбыстық зерттеудің сәулелік қауіпсіздігі.

Ультрадыбыс медицинада кең ауқымда қолданылады. Алайда сәулелену тәртібі бар төмен жиілікті ультрадыбыс қолданылатын техникалық ортаға қарағанада, медицинада барлығы бұдан күрделірек болып табылады. С одной стороны, отсутствует возможность провести прямую дозиметрию излучения в рабочем пучке, особенно на глубине; с другой же, - очень трудно учесть рассеяние, поглощение и ослабление ультразвука биологическими тканями. Кроме того, при работе с аппаратами реального масштаба времени практически невозможно учесть и экспозицию, так как длительность озвучивания, а так же его направление и глубина варьируют в широких пределах.

Биологиялық ортада ультрадыбыстың таралуы механикалық, термиялық және физико-химиялық әсерлермен сүйемелденеді. Ультрадыбыстың ұлпалармен жұтылуы нәтижесінде акустикалық энергия жылулыққа айналады. Ультрадыбыстық толқындар өтетін орындарда жарылуға әкелетін механикалық әрекеттің бір түрі – кавитация.

Бұл құбылыстардың барлығы жоғары қарқынды ультрадыбыстар биологиялық ұлпаларға әсер еткенде болады, және белгілі жағдайларда олар қажет, мысалы, физиотерапевтикалық практикада. Диагностика кезінде аз қарқынды ультрадыбысты қолданғанда бұл әсерлер болмайды - 50 мВт*⁄см² аз емес. Сындарлы түрде ультрадыбысты медициналық диагностика аспаптары емделушіні дыбыстық энергияның болуы мүмкін зиян әсерлерінен қорғайды. Алайда соңғы кездерде ультрадыбысты зерттеудің емделушіге кері ықпалы туралы жұмыстар шығып жатыр. Көбіне бұл акушерліктегі ультрадыбыстық зерттеуге тиесілі. Ультрадыбыс хромосомаға кері әсер тигізіп, көбіне мутацияға әкелуі мүмкін екендігі дәлелденді. Кейбір елдерде, мысалы Жапонияда жүкті әйелге бұл зерттеу тек негізделген қажеттілік кезінде ғана жасалынады. Ұзақ уақыт бойы ультрадыбыс ықпалында отырған дәрінереге тигізер әсері күмәнсіз. Уақыт өте келе теткішті устайтын дәрігердің қол білезігі зақымданады деген хабар бар.