0272

ry, zgrzewarki, drążarki, defektoskopy. W nawigacji i rybołówstwie ultradźwięki stosowane są w echosondach służących do hydrolokacji (echolokacja w środowisku wodnym). Generacja ultradźwięków. W urządzeniach używanych do wytwarzania ultradźwięków w medycynie stosuje się wyłącznie metodę polegającą na odwróceniu efektu piezoelektrycznego. Tnne bowiem sposoby, jak mechaniczne (syreny i piszczałki ultradźwiękowe) oraz oparte na zjawisku magnetostrykcji (drgania ferromagnetycznego pręta w zmiennym polu magnetycznym) nie pozwalają na otrzymanie ultradźwięków o potrzebnych parametrach, zwłaszcza o dużej częstotliwości. Zjawisko piezoelektryczne polega na powstawaniu ładunków elektrycznych na powierzchniach niektórych, odpowiednio wyciętych kryształów, np. kwarcu, pod wpływem mechanicznego ich odkształcania (np. ściskania). W generatorach fal ultradźwiękowych wykorzystujemy odwrócone zjawisko piezoelektryczne, tzn. doprowadzamy do płytki kwarcowej zmienne napięcie, pod wpływem którego dochodzi do periodycznego kurczenia i rozszerzania się płytki w określonych kierunkach, czyli do jej drgań mechanicznych, z częstotliwością zmian pola elektrycznego. Przy częstotliwościach rezonansowych amplituda drgań osiąga stosunkowo dużą wartość i płytka staje się źródłem fal ultradźwiękowych. W urządzeniach stosowanych w medycynie płytka kwarcowa znajduje się najczęściej w ruchomej głowicy generatora, której położenie można dowolnie zmieniać.

Parametry fal i pola ultradźwiękowego. Częstotliwość (v) ultradźwięków określona jest budową i właściwościami danego generatora i nie ulega zmianie przy przechodzeniu tych fal przez różne tkanki i narządy. W terapii najczęściej stosowane są częstotliwości od 800 kHz do 1,2 MHz, zaś w diagnostyce od 1 do 15 MHz.

Długość fali (X) ultradźwiękowej wynika ze znanej zależności: X = c/v, gdzie c — prędkość rozchodzenia się fali. Ze względu na niejednakową prędkość c w różnych ośrodkach, będzie w nich także odpowiednio zmieniona długość fali. Na przykład w wodzie fale ultradźwiękowe o częstotliwości 1 MHz mają długość około 1,5 mm i są około 5 razy dłuższe niż fale tej samej częstotliwości w powietrzu.

Prędkość (c) rozchodzenia się fali ultradźwiękowej jest taka sama, jak i dźwiękowej. W temp. 20°C w powietrzu wynosi ona około 340 m/s, zaś w wodzie około 1500 m/s. Także w tkankach występują różne prędkości fali, np. w kościach czaszki 3360, w mózgu 1510, w tkance tłuszczowej 1440 m/s; w mięśniach prędkość c wynosi 1575-1590 m/s i zależna jest od tego, czy kierunek rozchodzenia się fal jest równoległy, czy prostopadły do przebiegu włókien mięśniowych.

Natężenie (/) ultradźwięków (zwane też gęstością mocy, lub gęstością emisji ultradźwiękowej), określa znana zależność I — E/S-t, gdzie E — energia przenoszona przez falę, S — powierzchnia prostopadła do kierunku rozchodzenia się fali, t — czas. W medycynie natężenie jest podawane najczęściej w W/cm² i dlatego przy omawianiu ultradźwięków będą stosowane te jednostki, przy czym 1 W/cm² równa się w układzie ST 10' W/m² lub 10’ J/s-m². Stosowane w lecznictwie wartości zwykle leżą w zakresie od 0,1 do 3 W/cm².

Zależność natężenia ultradźwięków, jak i dźwięków, od gęstości ośrodka p, prędkości c, amplitudy A i częstotliwości kołowej o = 2ttv określa wzór: I = pccoM²/2.

Przemienne ciśnienie (P) ultradźwiękowe. Fala ultradźwiękowa (względnie dźwiękowa) rozchodząc się w różnych ciałach, np. w tkankach, wywołuje w miejscach zagęszczeń zwyżki ciśnienia, a w miejscach rozrzedzeń zniżki. Na przykład dla natężenia 2 W/cm² te wahania ciśnienia wynoszą ok. ±2,6 atm.

279