0274

Druga postać tego wzoru (powstała przez podzielenie licznika i mianownika ułamka w nawiasie przez Z,) pozwala wykorzystać podawaną często wartość stosunku impedancji dwóch ośrodków, a więc ZJZ₂. Dla granicy między wodą i powietrzem (względnie odwrotnie) R wynosi ponad 0,99, czyli jest bardzo bliskie jedności; znaczy to, że prawie cała energia (ponad 99%) ulega odbiciu na powierzchni granicznej między ośrodkami i nie wnika do drugiego z nich. Podobnie duże odbicie jest na granicy między powietrzem a tkankami. Wynika stąd, że jeśli między głowicą generatora a skórą znajduje się nawet bardzo cienka warstwa powietrza, fale ultradźwiękowe praktycznie nie będą mogły wnikać w głąb ciała. Dlatego też dla lepszego kontaktu nadźwiękawiamy poprzez wodę warstwę płynnej parafiny, oliwy, maści itp., których opór dźwiękowy jest zbliżony do tkankowego. Odbijanie fal na powierzchniach granicznych w organizmie (np. okostna, ściany odcinków przewodu pokarmowego zawierających gazy, płuca i tkanki je otaczające) powoduje, że w miejscach tych wyzwala się dużo energii i działanie ultradźwięków jest tu najsilniejsze. Diagnostyka ultradźwiękowa na zasadzie echolokacji jest możliwa dzięki występowaniu między poszczególnymi tkankami i narządami różnic (zwykle niewielkich) w ich oporze dźwiękowym.

Dopiero wprowadzenie pojęcia impedancji akustycznej umożliwia właściwe zrozumienie roli kosteczek słuchowych. Nawet bez nich fale dźwiękowe mogłyby się przecież przenosić przez środowisko powietrzne ucha środkowego. Jednakże ze względu na dużą różnicę między oporem dźwiękowym powietrza i cieczy ucha wewnętrznego, a z tej przyczyny bliski jedności współczynnik refleksji R, tylko znikoma część energii fal akustycznych mogłaby przy braku kosteczek wnikać do ucha wewnętrznego. Dlatego też przy uszkodzeniu układu kosteczek słuchowych (połączonych z odpowiednimi błonami) mamy znaczne upośledzenie słuchu.

Podstawowe działanie ultradźwięków. W działaniu ultradźwięków na ciecze i ciała stałe wyróżnia się często trzy efekty: mechaniczny, cieplny i chemiczny (fizykochemiczny), które stanowią również podstawę biologicznego wpływu tych fal na organizmy żywe.

Efekt mechaniczny. Cząstki ośrodka wykonują drgania zależne od częs ości i amplitudy fal ultradźwiękowych, a w miejscach zagęszczeń i rozrzedzeń dochodzi do wzrostu względnie spadku ciśnienia. W odpowiednich warunkach zmiany te prowadzą do zniszczenia struktury ośrodka (w przypadku obiektów biologicznych np. niszczenie komórek). Charakterystycznym dla ultradźwięków pierwotnym efektem jest zjawisko kawitacji. Polega ono na tworzeniu się w cieczach drobnych próżnych jamek (cavum) w miejscach, gdzie dochodzi do rozrzedzeń i spadków ciśnienia. Kawitacja jest odpowiedzialna za niektóre efekty działania mechanicznego ultradźwięków, jednak zjawisko to nie występuje przy stosunkowo małych natężeniach i wysokich częstotliwościach, zwykle stosowanych w medycynie. W roztworach koloidalnych zachodzi zjawisko tyksotropowe, to jest przechodzenie żelu w zol, np. rozpuszczanie ściętej żelatyny. Mechaniczne działanie ultradźwięków pozwala na uzyskiwanie emulsji nie mieszających się cieczy oraz aerozoli o dużym stopniu rozdrobnienia kropelek; z drugiej strony w pewnych warunkach fale te powodują koagulację (np. wytrącanie pyłów z dymów fabrycznych).

Efekt termiczny. Pochłaniana w ośrodku energia fali ultradźwiękowej przekształca się w dużej części w cieplną. Prowadzi to do wzrostu temperatury ośrodka. W organizmie szczególnie zwiększa się temperatura w pobliżu powierzchni rozgraniczających ośrodki o różnej impedancji akustycznej (odbijanie fal). Uważa się, że część leczniczego działania ultradźwięków zależy od podwyższenia temperatury tkanek.

281