Ультразвук - це що? Ультразвук в медицині. Лікування ультразвуком

Незважаючи на те що дослідження ультразвукових хвиль почалися більше ста років тому, тільки останні півстоліття вони стали широко використовуватися в різних областях людської діяльності. Це пов`язано з активним розвитком як квантового і нелінійного розділів акустики, так і квантової електроніки та фізики твердого тіла. Сьогодні ультразвук - це не просто позначення високочастотної області акустичних хвиль, а цілий напрям в сучасній фізиці і біології, з яким пов`язані промислові, інформаційні та вимірювальні технології, а також діагностичні, хірургічні та лікувальні методи сучасної медицини.

Що це?

Всі звукові хвилі можна поділити на чутні людиною - це частоти від 16 до 18 тис. Гц, і ті, які виходять за межі діапазону людського сприйняття - інфра-та ультразвук. Під інфразвуком розуміються хвилі аналогічні звуковим, але з частотами, нижче сприймаються людським вухом. Верхньою межею інфразвуковий області вважається 16 Гц, а нижній - 0,001 Гц.

Ультразвук - це теж звукові хвилі, але тільки їх частота вище, ніж може сприйняти слуховий апарат людини. Як правило, під ними розуміють частоти від 20 до 106 кГц. Верхня їх межа залежить від середовища, в яких ці хвилі поширюються. Так, в газовому середовищі межа становить 106 кГц, а в твердих тілах і рідинах він досягає позначки в 1010 кГц. В шумі дощу, вітру або водоспаду, грозових розрядах і в шурхіт перекочувати морською хвилею гальки є ультразвукові компоненти. Саме завдяки здатності сприймати і аналізувати хвилі ультразвукового діапазону кити і дельфіни, кажани і нічні комахи орієнтуються в просторі.

Трохи історії

Перші дослідження ультразвуку (УЗ) були проведені ще на початку XIX століття французьким вченим Ф. Саварен (F. Savart), який прагнув з`ясувати верхній частотний межа чутності людського слухового апарату. Надалі вивченням ультразвукових хвиль займалися такі відомі вчені, як німець В. Вин, англієць Ф. Гальтон, російська П. Лебедєв з групою учнів.

У 1916 році фізик з Франції П. Ланжевен, у співпраці з російським вченим-емігрантом Костянтином Шиловським, зміг використовувати кварц для прийому і випромінювання ультразвуку для морських вимірювань і виявлення підводних об`єктів, що дозволило дослідникам створити перший гідролокатор, що складався з випромінювача і приймача ультразвуку. У 1925 році американець В. Пірс створив прилад, званий сьогодні інтерферометром Пірса, що вимірює з великою точністю швидкості і поглинання ультразвуку в рідких і газових середовищах. У 1928 році радянський вчений С. Соколов першим став використовувати ультразвукові хвилі для виявлення різних дефектів в твердих, в тому числі і металевих, тілах.

У повоєнні 50-60-ті роки, на основі теоретичних розробок колективу радянських вчених, очолюваних Л. Д. Розенбергом, починається широке застосування УЗ в різних промислових і технологічних областях. В цей же час, завдяки роботам англійських і американських вчених, а також дослідженням радянських дослідників, таких як Р. В. Хохлова, В. А. Красильникова і багатьох інших, швидко розвивається така наукова дисципліна, як нелінійна акустика.

Приблизно тоді ж робляться перші спроби американців використовувати ультразвук в медицині.

Радянський вчений Соколов ще в кінці сорокових років минулого століття розробив теоретичний опис приладу, призначеного для візуалізації непрозорих об`єктів - «ультразвукового» мікроскопа. Грунтуючись на цих роботах, в середині 70-х років фахівці зі Стенфордського університету створили прототип скануючого акустичного мікроскопа.

Особливості

Маючи загальну природу, хвилі чутного діапазону, так само як і ультразвукові, підкоряються фізичним законам. Але у ультразвуку є ряд особливостей, що дозволяють широко його використовувати в різних областях науки, медицини і техніки:

1. Мала довжина хвилі. Для найбільш низького ультразвукового діапазону вона не перевищує декількох сантиметрів, обумовлюючи променевої характер поширення сигналу. При цьому хвиля фокусується і поширюється лінійними пучками.

2. Незначний період коливань, завдяки чому ультразвук можна випромінювати імпульсно.

3. У різних середовищах ультразвукові коливання з довжиною хвилі, що не перевищує 10 мм, мають властивості, аналогічними світлових променів, що дозволяє фокусувати коливання, формувати направлене випромінювання, тобто не тільки посилати в потрібному напрямку енергію, а й зосереджувати її в необхідному обсязі.

4. При малій амплітуді існує можливість отримання високих значень енергії коливань, що дозволяє створювати високоенергетичні ультразвукові поля і пучки без використання великогабаритної апаратури.

5. Під впливом ультразвуку на середу виникає безліч специфічних фізичних, біологічних, хімічних і медичних ефектів, таких як:

• диспергування;
• кавітація;
• дегазація;
• локальний нагрів;
• дезінфекція та багато інших. ін.

види

Всі ультразвукові частоти поділяються на три види:

• УНЧ - низькі, з діапазоном від 20 до 100 кГц;
• УСЧ - середньо частотні - від 0,1 до 10 МГц;
• УЗВЧ - високочастотні - від 10 до 1000 МГц.

Сьогодні практичне використання ультразвуку - це перш за все застосування хвиль малої інтенсивності для вимірювань, контролю та досліджень внутрішньої структури різних матеріалів і виробів. Високочастотні використовуються для активного впливу на різні речовини, що дозволяє змінювати їх властивості та структуру. Діагностика і лікування ультразвуком багатьох захворювань (за допомогою різних частот) є окремим і активно розвиваються напрямком сучасної медицини.

Де застосовується?

В останні десятиліття ультразвуком цікавляться не тільки наукові теоретики, а й практики, все більш активно впроваджують його в різні види людської діяльності. Сьогодні ультразвукові установки використовуються для:

У сучасному світі ультразвук - це важливий технологічний інструмент в таких промислових галузях, як:

• металургійна;
• хімічна;
• сільськогосподарська;
• текстильна;
• харчова;
• фармакологічна;
• машино- і приладобудівна;
• нафтохімічна, переробна та інші.

Крім цього, все більш широко використовується ультразвук в медицині. Ось про це ми і поговоримо в наступному розділі.

Використання в медицині

В сучасній практичній медицині існує три основних напрямки використання ультразвуку різних частот:

1. Діагностичне.

2. Терапевтична.

3. Хірургічне.

Розглянемо більш докладно кожну з цих трьох напрямків.

діагностика

Одним з найбільш сучасних і інформативних методів медичної діагностики є ультразвуковий. Його безперечні переваги - це: мінімальний вплив на людські тканини і висока інформативність.

Як вже говорилося, ультразвук - це звукові хвилі, що поширюються в однорідному середовищі прямолінійно і з постійною швидкістю. Якщо на їх шляху знаходяться області з різними акустичними плотностями, то частина коливань відбивається, а інша частина заломлюється, продовжуючи при цьому своє прямолінійний рух. Таким чином, чим більша різниця в щільності прикордонних середовищ, тим більше ультразвукових коливань відбивається. Сучасні методи ультразвукового дослідження можна поділити на локаційні і просвічують.

ультразвукова локація

У процесі такого дослідження реєструються відбиті від кордонів середовищ з різними акустичними плотностями імпульси. За допомогою переміщуваного датчика можна встановити розмір, розташування та форму досліджуваного об`єкта.

просвічування

Цей метод заснований на тому, що різні тканини людського організму по-різному поглинають ультразвук. Під час дослідження будь-якого внутрішнього органу в нього направляють хвилю з певною інтенсивністю, після чого спеціальним датчиком реєструють минулий сигнал із зворотного боку. Картина об`єкту сканування відтворюється на основі зміни інтенсивності сигналу на «вході» і «виході». Отримана інформація обробляється і перетворюється комп`ютером у вигляді ехограми (кривої) або сонограми - двомірного зображення.

Допплер-метод

Це найбільш активно розвивається метод діагностики, в якому використовуються як імпульсний, так і безперервний ультразвук. Доплерографія широко застосовується в акушерстві, кардіології та онкології, так як дозволяє відстежувати навіть найнезначніші зміни в капілярах і невеликих кровоносних судинах.

Області застосування діагностики

Сьогодні ультразвукові методи візуалізації і вимірювань найширше застосовуються в таких областях медицини, як:

• акушерство;
• офтальмологія;
• кардіологія;
• неврологія новонароджених і немовлят;
• дослідження внутрішніх органів:

- ультразвук нирок;

- печінки;

- жовчного міхура і проток;

- жіночої репродуктивної системи;

• діагностика зовнішніх і приповерхневих органів (щитовидної і молочних залоз).

Використання в терапії

Основний лікувальний вплив ультразвуку обумовлено його здатністю проникати в людські тканини, розігрівати і прогрівати їх, здійснювати мікромасаж окремих ділянок. УЗ може бути використаний як для безпосереднього, так і для непрямого впливу на вогнище болю. Крім того, за певних умов ці хвилі мають бактерицидну, протизапальну, знеболювальну та спазмолітичну дію. Використовуваний в терапевтичних цілях ультразвук умовно поділяють на коливання високої і низької інтенсивності. Саме хвилі низької інтенсивності найбільш широко застосовується для стимуляції фізіологічних реакцій або незначного, що не пошкоджуючого нагріву. Лікування ультразвуком дало позитивні результати при таких захворюваннях, як:

• артрози;
• артрити;
• міалгії;
• спондиліти;
• невралгії;
• варикозні і трофічні виразки;
• хвороба Бехтерева;
• облітеруючі ендартеріїти.

Проводяться дослідження, під час яких використовується ультразвук для лікування хвороби Меньєра, емфіземи легенів, виразок дванадцятипалої кишки і шлунку, бронхіальної астми, отосклерозу.

ультразвукова хірургія

Сучасна хірургія, яка використовує ультразвукові хвилі, підрозділяється на два напрямки:

- вибірково руйнує ділянки тканини особливими керованими ультразвуковими хвилями високої інтенсивності з частотами від 10⁶ до 10⁷ Гц;

- використовує хірургічний інструмент з накладенням ультразвукових коливань від 20 до 75 кГц.

Прикладом виборчої УЗ-хірургії може послужити дроблення каменів ультразвуком в нирках. У процесі такої неінвазивної операції ультразвукова хвиля впливає на камінь через шкіру, тобто зовні людського тіла. На жаль, подібний хірургічний метод має ряд обмежень. Не можна використовувати дроблення ультразвуком в наступних випадках:

- вагітним жінкам на будь-якому терміні;

- якщо діаметр каменів більше двох сантиметрів;

- при будь-яких інфекційних захворюваннях;

- при наявності хвороб, які порушують нормальне згортання крові;

- в разі важких поразок кісткової тканини.

Незважаючи на те що видалення ультразвуком ниркових каменів проводиться без операційних розрізів, воно досить хворобливе і виконується під загальною або місцевою анестезією.

Хірургічні ультразвукові інструменти використовуються не тільки для менш болючого розсічення кісткових і м`яких тканин, але і для зменшення крововтрат. Звернемо свій погляд у бік стоматології. Ультразвук камені зубні видаляє менш болісно, та й всі інші маніпуляції лікаря переносяться набагато легше. Крім того, в травматологічній та ортопедичній практиці ультразвук використовується для відновлення цілісності зламаних кісток. Під час таких операцій простір між кісткових уламків заповнюють спеціальним складом, що складається з кісткової стружки і особливої рідкої пластмаси, а потім впливають ультразвуком, завдяки чому всі компоненти міцно з`єднуються. Ті, хто переніс хірургічні втручання, в ході яких використовувався ультразвук, відгуки залишають різні - як позитивні, так і негативні. Однак слід зазначити, що задоволених пацієнтів все ж більше!