(от лат. ultra - сверх, за пределами + звук) - не слышимые человеческим ухом механические колебания (упругие волны), частота которых превышает 20 кГц. Он занимает в диапазоне звуковых волн положение между звуком и гиперзвуком (рисунок).
В ультразвуковых колебаниях выделяют диапазоны:
- Низкочастотный 22 – 100 кГц
- Среднечастотный 800 – 1000 кГц
- Высокочастотный 2000–3000 кГц (2-3 мГц)
Развитие ультразвуковой терапии берет начало с теоретически предсказанного немецким физиком Липпманом прямого и обратного пьезоэлектрических эффектов (от греч. piézō (πιέζω) – давлю, сжимаю).
В 1880 г. братьями Кюри открыты пьезоэлектрики (пьезокристаллы – кварц, сегнетова соль, титанат бария или свинца, турмалин, фосфорнокислый аммоний и др.) – кристаллы, которые под действием электрического поля изменяют свою толщину. В тоже время были обнаружены и экспериментально подтверждены пьезоэлектрические эффекты. Прямой пьезоэлектрический эффект – появление на противоположных поверхностях пьезокристалла разноименных электрических зарядов (поляризация) и возникновение электрического напряжения между поверхностями деформируемого твердого тела при деформации под действием внешней механической силы.
Обратный пьезоэлектрический эффект – приложенное напряжение вызывает деформацию пьезокристалла, который будет сжиматься и растягиваться в соответствии с частотой электрического тока, если напряжение переменное. При этом происходи смена полярности на поверхности пластинки пьезокристалла.
Продолжение изучение звука стало возможным после создания в 1883 г. Ф.Гальтон «свистка», излучающий акустические волны, частота которых определялась геометрией резонатора. Уже 1899 г. Konig впервые получил ультразвук. Практическому использованию ультразвука положили начало русский инженер Н. Шиловский и выдающийся французский изобретатель П. Ланжевен (P. Langevin) в 1914-1918 гг. Их работы послужили основой для создания мощного ультразвукового излучателя, где был использован пьезоэлектрический эффект.
Вскоре были разработаны методы концентрирования ультразвука путем конусирования и фокусирования, что позволило получать на малой площади высокую интенсивность излучения. С этого периода и начинается широкое использование ультразвука не только в промышленности, но и в медицине. В 1927 г. Wood и Lomis опубликовали первую работу о биологическом действии ультразвука, которая явилась толчком и к использованию его в медицине.
В 1937 г. немецкий врач-психиатр К.Дуссик сделал первую попытку обнаружения опухолей головного мозга с помощью ультразвуковой диагностики. Сведения о том, кому принадлежит первая попытка применения ультразвука с лечебной целью принадлежит Р. Польману (R. Pohlman). Ему удалось построить портативный ультразвуковой вибратор, при помощи которого можно было озвучивать различные части тела. В конце 1938 г. Польман впервые провел лечение ультразвуком и получил хорошие результаты при ишиасе, невралгиях и миалгиях. С этого времени ультразвук начал применяться в Германии при ряде других заболеваний. С 1945 г. в развитии ультразвуковой терапии наступает прогресс, который начинают использовать с лечебной целью в странах Западной Европы, США и Японии.
В России ультразвук с лечебной целью впервые был применен в 1953 г. Л.М. Плотниковым при контрактуре Дюпюитрена. С 1955 г. ультразвук стал применяться при лечении заболеваний периферической нервной системы, суставов кожных болезней. С 1961 г. он стал применяться особенно широко, когда отечественной промышленностью был налажен серийный выпуск ультразвуковых терапевтических аппаратов, генерирующих ультразвук через обратный пьезоэлектрический эффект.
Углубленное изучение биологического и лечебного действия ультразвука, в которое существенную лепту внесли отечественные ученые (В.И. Рокитянский, Сперанский, И.Е. Эльпинер, Н.Ф. Свадковская, Р.К. Мармур, А.Б. Гринштейн, P.M. Цок, А.Н. Шеина и др.), привело к выводу, что ультразвуковая терапия является эффективным методом лечения при многих заболеваниях, а при некоторых из них - методом выбора. В 1986 г. группе белорусских ученых (Л.И. Богданович, B.C. Улащик и А.А. Чиркин) за разработку новых технологий ультразвуковой терапии была присуждена Государственная премия в области науки и техники. В настоящее время ультразвук занимает прочное место среди других методов физической терапии.
Для наиболее эффективного преобразования электрических колебаний в ультразвуковые необходимо, чтобы частота приложенного напряжения совпадала с собственной частотой колебаний пьезоэлемента. В результате поочередного последовательного уменьшения или увеличения объема пластинки из пьезокристалла будут возникать разрежение или сжатие прилегающих слоев окружающей среды - ультразвуковые колебания. Графически ультразвук может быть изображен в виде синусоиды, положительные части которой соответствуют сжатию в среде, а отрицательные - разрежению (рисунок), таким образом, в УЗ поле возникает переменное акустическое давление.
На сегодняшний день ультразвук широко используется в промышленности и медицине. Он применяется для дефектоскопии, навигации, получения эмульсий, сушки, очистки, сварки, подводной связи, для ускорения ряда химико-технологических процессов, в диагностических исследованиях, стерилизации, обработки биологических тканей, разрушения тромбов, хирургии, урологии, физиотерапии и др. Ультразвук небольшой интенсивности (до 1,2 Вт/см2) эффективен при лечении заболеваний и ингаляционной терапии. В физиотерапевтической практике ультразвук используется на фиксированных частотах, преимущественно в диапазоне от 800 до 3000 кГц, а в последние годы - 2244 кГц (реже 100 кГц). Использование ультразвука частотой 100 кГц и ниже получило название низкочастотной ультразвуковой терапии.
