Глава 4. Ультразвук и его применение в медицине

4.1. УЛЬТРАЗВУК, ЕГО СВОЙСТВА

Ультразвук - это механическая волна с частотой более 20 000 Гц.

По определению, ультразвук лежит за пределами частотного диапазона слышимости человека, и поэтому мы не слышим его. Некоторые представители животного мира, например дельфины, летучие мыши, издают и принимают сигналы на частотах порядка 40 кГц. Хотя природа звуковых и ультразвуковых волн одинакова, ультразвук имеет ряд особенностей, которые определяют его широкое применение в медицине. В этом разделе мы обсудим свойства распространения ультразвуковых волн в различных средах и способы его генерации и приема.

Скорость распространения ультразвука в различных средах близка к скорости звука. Частота ультразвука, которая наиболее часто применяется в медицинской практике, лежит в диапазоне 0,8-2 МГц. Длина ультразвуковой волны:

которая распространяется в воде с частотой 2 МГц, равна 0,7 мм, т.е. 700 мкм. Столь короткая длина механической волны позволяет ее фокусировать и создавать большие интенсивности в ограниченном объеме среды. Кроме того, возможность фокусирования ультразвуковой волны приводит к тому, что она распространяется в средах по законам геометрической оптики.

Интенсивность ультразвуковой волны существенно превышает интенсивность звука. В выражении для интенсивности (2.12а) круговая частота стоит в квадрате. Поэтому для одинаковой амплитуды волны интенсивность ультразвука может превышать интенсивность звука в миллионы раз.

В ультразвуковом поле возникает интенсивное колебательное движение частиц среды. При больших интенсивностях в среде могут происходить ее разрывы, в результате чего образуются микрополости (в фазе разрежения), которые заполняются насыщенным паром окру-

Рис. 4.1. Отражение ультразвуковой волны от границы раздела двух сред. I_А - падающая волна на плоскость А, пунктир - отраженная волна - I_отр