Частота. Она показывает число полных колебаний в секунду и измеряется в герцах (Гц) или кратных единицах килогерцах (1 кГц = 103 Гц) и мегагерцах (1 МГц = 103 кГц = 106 Гц). В физиотерапии используется ультразвук определенных (фиксированных) частот: 880, 2640, 22,44 кГц и др. Частота колебаний (f) связана с длиной волны (λ) простым соотношением: λ = C/f, где С - скорость распространения ультразвуковых волн (м/с) в среде. Длина волны - расстояние между двумя смежными точками кривой (см. рисунок).
Сгущение и разрежение. Графическое изображение волн: λ - длина волны: А - амплитуда; Р - акустическое давление.
Важной физической характеристикой ультразвука является амплитуда волны, или амплитуда смещения. Она указывает на максимальное смещение (отклонение) колеблющихся частиц среды от положения равновесия. Чем выше амплитуда смещения, тем более глубоко будет распространяться ультразвук, и большие изменения будет вызывать в тканях.
Сила, или интенсивность, ультразвука – энергия, проходящая за 1 с через площадь в 1 см2. В физиотерапии ее обычно выражают во внесистемных единицах - в Вт/см2. С лечебно-профилактическими целями применяют ультразвук интенсивностью от 0,05 до 1,2 Вт/см2. В соответствии с режимом работы генератора ультразвук может быть непрерывным или импульсным. Для характеристики последнего часто пользуются величиной скважности. Скважность - отношение периода следования импульсов к длительности импульсов. В отечественных аппаратах для ультразвуковой терапии период следования импульсов равен 20мс, а длительность импульса равна 2,4 и 10мс, а следовательно, скважность равна соответственно 10, 5 и 2. Важно помнить, что чем выше скважность, тем меньше нагрузочность на организм больного.
Скорость распространение
Ультразвуковые волны в тканях организма распространяются с конечной скоростью, определяющейся упругими свойствами среды и ее плотностью. Скорость ультразвука в жидкостях и особенно в твердых телах значительно выше, чем в воздухе. В процессе распространения ультразвуковых волн в среде интенсивность ультразвука уменьшается по мере удаления от источника излучения. Ультразвуковые колебания распространяются от источника излучения в упругой среде благодаря силам взаимодействия между частицами. В гомогенной среде ультразвук расходится коническим пучком с углом отверстия, обратным частоте.
|
Скорость распространения в различных средах |
|
|
воздух |
330 м/с |
|
вода |
1500 м/с |
|
сыворотка крови |
1520 м/с |
|
мягкие ткани |
1540 м/с |
|
костная ткань |
3350 м/с |
При распространении ультразвуковых волн возможны дифракция, интерференция и отражение. Дифракция (огибание волнами препятствий) имеет место тогда, когда длина ультразвуковых волн сравнима (или больше) с размерами находящегося на пути препятствия. Отражение явление обратное дифракции и развивается если препятствие больше по сравнению с длиной акустической волны.
Интерференция общее название наложение волн друг на друга. Суперпозиция (наложение) этих волн возникает в определенной точке среды при одновременном движении в тканях нескольких ультразвуковых волн. Результат интерференции зависит от пространственного соотношения фаз ультразвуковых колебаний в данной точке среды. Интерференция лежит в основе получения фокусированного ультразвука.
При гетерогенной структуре тканей возможно преломление и отражение ультразвука на границе сред с различными акустическими свойствами. Чем больше различаются среды по своему акустическому сопротивлению, тем сильнее будет преломление ультразвука при переходе из одной среды в другую.
Распространение ультразвука в биологических тканях сопровождается уменьшением его амплитуды вследствие поглощения. Поглощение ультразвуковых колебаний тканью при ее однородности зависит от частоты колебаний (оно пропорционально квадрату частоты), а также свойств ткани (плотности, вязкости). Чем вязкость выше, тем больше энергии колебаний затрачивается на преодоление сил сцепления между частицами среды и тем больше поглощается энергии, тем сильнее затухание ультразвука. Поглощение ультраакустической энергии и её рассеяние увеличиваются с ростом гетерогенности ткани. При патологических процессах поглощение ультразвука изменяется. В случае отека ткани коэффициент поглощения уменьшается, а при инфильтрации клеточными тканями - увеличивается. Принято считать, что 2/3 энергии ультразвука затухает на молекулярном уровне и 1/3 - на уровне микроскопических тканевых структур. Наименьшее поглощение имеют твердые тела, большее - жидкости и еще большее газы. Поэтому при высокой частоте ультразвуковые волны в воздухе практически не распространяются. Слой воздуха толщиной 0,01 мм уже является непреодолимым препятствием для ультразвука высокой (800-1000 кГц) частоты. Поглощение ультразвука обусловлено внутренним торможением, трением и соударением колеблющихся частиц среды.
Глубина проникновения ультразвука, как и его поглощение, зависит от частоты ультразвуковых колебаний и акустической плотности самих тканей. Обычно полагают, что в условиях целостного организма ультразвук частотой 800-1000 кГц распространяется на глубину 8-10 см, а при частоте 2500-3000 кГц на 1,0-3,0 см.
