популярно о природе звука

Ультразвук в медицине

Теперь рассмотрим примеры использования ультразвука в медицинской диагностике. Ультразвуковая медицинская диагностика впитала в себя многие методы промышленной дефектоскопии. В 1942 году немецкий ученый Дуссиле впервые попытался изготовить фонограммы человеческого тела. Используя методику Мюльхаузера, он «освещал» ультразвуковым пучком человеческое тело и затем измерял интенсивность прошедшего сквозь тело ультразвукового пучка, то есть полностью повторял методику работы с рентгеновскими лучами. К сожалению, Дуссиле все свое внимание сконцентрировал на мозге, который, как известно, защищен черепной коробкой. Черепная коробка и кости скул настолько сильно поглощают ультразвук, что небольшая разница в поглощении ультразвука мозговой тканью и мозговой жидкостью не могла быть выявлена.

В начале 50-х годов американские ученые Уилд и Хаури и английские физики из онкологического госпиталя впервые и довольно успешно применили ультразвук в клинических условиях. Свои исследования они сосредоточили также на мозге. Дело в том, что диагностика мозга с помощью рентгеновских лучей не только сложна, но и весьма опасна. В первое время для ультразвуковой медицинской диагностики пытались приспособить обычные промышленные установки, которые в то время были уже достаточно распространены. Применение ультразвука для диагноза при серьезных повреждениях головы, когда происходит смещение мозга больного, позволяет хирургу точно определять места кровоизлияний. Получение такой информации с помощью рентгеновских лучей требует около часа времени, что весьма нежелательно при критическом состоянии больного. Используя же простой переносной ультразвуковой зонд, можно установить положение средней линии мозга (линии, разделяющей мозг на два полушария) буквально в течение одной минуты. Некоторые образцы таких зондов в настоящее время уже выпускаются промышленностью. Несмотря на небольшие различия, все они по принципу работы (регистрируется ультразвуковое эхо от границы раздела полушарий) и назначению подобны друг другу.

Сейчас область применения ультразвуковых зондов в клинике значительно расширилась. Одни из них позволяют, например, определять размеры глаза и положение хрусталика, другие - местонахождение камней в желчном пузыре. Недавно были созданы устройства, которые помогают хирургам при операциях на сердце следить за работой митрального клапана, расположенного между желудочком и предсердием. С появлением новых хирургических методик, в частности операции по пересадке сердца, роль ультразвука в медицинской диагностике значительно возросла. Группой американских ученых было сконструировано ультразвуковое устройство для контроля размеров пересаженного сердца. Организм человека, которому пересажено сердце, встречает его как инородное тело. С помощью ультразвуковых устройств можно регистрировать первые сигналы надвигающейся опасности, что позволяет хирургу вовремя принять необходимые меры.

В последние годы особый интерес вызывает использование в медицинской диагностике эффекта Доплера. Суть этого эффекта заключается в изменении частоты звука вследствие относительного движения источника и приемника звука. В подобных исследованиях также применяется переносный зонд. Когда звук отражается от движущегося объекта, частота отраженного сигнала изменяется - как говорят, происходит сдвиг частоты. При наложении первичного и отраженного сигналов возникают биения, которые прослушиваются с помощью наушников или громкоговорителя. В теле любого живого существа можно указать тысячи движущихся объектов и сред: текущая по артериям кровь, бьющееся сердце, движение в кишечнике, выделение мочи и желудочного сока. Но в настоящее время на основе эффекта Доплера исследованы только движение крови и биение сердца.

Наиболее широко ультразвуковая диагностика, основанная на эффекте Доплера, применяется в акушерстве, так как звуки, идущие от матки, хорошо распространяются по телу и легко регистрируются. На ранней стадии беременности звук проходит через мочевой пузырь. Далее, когда матка наполняется жидкостью, она сама начинает проводить звук. Положение плаценты (органа, питающего плод) определяется по звукам протекающей через нее крови, а через 9 или 10 недель с момента образования плода прослушивается биение его сердца. С помощью ультразвуковых устройств оператор может определить, сколько зародышей развивается в утробе матери, а также констатировать смерть плода, если она произошла. В настоящее время такая методика широко используется не только в акушерстве, но и в животноводстве. Она позволяет устанавливать начало беременности у животных и количество развивающихся зародышей, что очень существенно при составлении рациона кормления животного.

Возвращаясь к медицине, следует сказать, что сейчас с помощью ультразвуковых устройств, работающих на основе эффекта Доплера, кардиологам удается измерять не только биения сердца, но и потоки крови в наиболее крупных сосудах.