404 405

Jeżeli fale dźwiękowe przechodzą przez ośrodki o różnej gęstości, zachodzą wówczas różnice ciśnienia. Jako przykład służyć może przechodzenie fal przez tkankę mięśniową i kostną. Kość jako tkanka posiada dwukrotnie większą gęstość niż mięśnie i równocześnie dwukrotnie większą szybkość rozchodzenia się fal, więc wahania ciśnienia będą w niej również około dwa razy większe. Podczas leczniczego stosowania ultradźwięków ta sama dawka może powodować ból okostno-wy, nie wywołując go w mięśniach.

Opór dźwiękowy (tzw. impedancja akustyczna) zależy od szybkości rozchodzenia się fali (v) w danym ośrodku oraz gęstości ośrodka (d) i wyraża się wzorem: Z (opór dźwiękowy) = v • d

Tkanki posiadają różny opór dźwiękowy, np. tkanka kostna przedstawia dwukrotnie większy opór niż tkanka mięśniowa. Jeżeli między dwoma warstwami tkanek istnieje duża różnica oporów, to w warstwie granicznej wytwarzają się fale stojące, z nało-

Ryc. 283. Schemat wytwarzania ciepła w warstwach granicznych przy stosowaniu ultradźwięków (wg Koeppen): J — skóra, 2 — tkanka tłuszczowa, 3 — mięśnie, 4 — kość

żenią padających i całkowicie odbitych. Maksymalna wartość drgań cząsteczki jest większa i zależna od procentu odbicia. Tylko część energii UD przechodzi, fale odbite dają kumulację energii UD i występuje zjawisko wytwarzania się ciepła w warstwach granicznych (ryc. 283).

Odbicie fal dźwiękowych

Fale dźwiękowe ulegają odbiciu na granicy dwóch różnorodnych ośrodków. Kąt odbicia równy jest kątowi padania.

Odbicie może być częściowe lub całkowite i zależy zarówno od kąta padania, jak i od stosunku właściwości ośrodków, np. przy przejściu fali dźwiękowej przez warstwy wody i powietrza 99,9" o fal ulega odbiciu na granicy przejścia z wody do powietrza.

Jeżeli warstwa powietrza odgranicza wejście fal UD od ciała, to zostają one odbite. Dlatego stosujemy pomiędzy powierzchnią nadajnika a ciałem substancję łączącą (woda, parafina). W tkankach uwodnionych różnice oporów dźwiękowych są stosunkowo małe i praktycznie mogą zachodzić tylko częściowe odbicia.

Załamanie się fali występuje przy jej przejściu z jednego ośrodka do drugiego, jeśli szybkość rozchodzenia się fal w danych ośrodkach będzie różna.

W układzie warstwowym ośrodków zachodzą więc podczas rozchodzenia się fal następujące zjawiska: część fal ulega odbiciu, pozostała ilość załamaniu i przenikaniu do drugiego ośrodka, przy czym zmienia się szybkość rozchodzenia się fal, zależna od właściwości danego ośrodka.

Interferencja

Zjawisko interferencji może wystąpić, jeżeli fale dźwiękowe biegną w jednym kierunku. Wówczas fale mogą być wzmocnione lub osłabione, a nawet zniesione, w zależności od układu wartości amplitud oraz faz.

Fale stojące

Zjawisko fal stojących powstaje wówczas, jeśli fale posiadają jednakowe amplitudy i częstotliwość, ale kierunki ich rozchodzenia się są przeciwsobne. W ośrodku powstają wtedy zagęszczenia i rozrzedzenia, tzw. węzły fali stojącej, w miejscach, które odpowiadają połowie wartości długości fali (—i-). Drgania cząstek ośrodka są wówczas o kierunkach przeciwnych.

Fale stojące powstają najczęściej po odbiciu się wiązki fal dźwiękowych od granicy drugiego ośrodka np. podczas nadżwiękawiania w wodzie, gdy odbicie nastąpi na granicy zewnętrznej ściany naczynia i otaczającej go warstwy powietrza.

Absorpcja

Ciało ludzkie jest ośrodkiem różnorodnym i podczas przejścia fal ultradźwiękowych występują w nim zjawiska zgodne z prawami fizycznymi. Fale, przechodząc, zachowują swą częstotliwość, lecz wartość ich amplitudy może ulegać zmianie, ponieważ występuje zużycie ich energii. Spadek energii fal ultradźwiękowych w tkankach występuje głównie skutkiem absorpcji.

Intensywność dawki głębokiej zależy nie tylko od absorpcji, ale równie od odległości danej warstwy ciała od powierzchni czynnej nadajnika. Im dalej od nadajnika, tym bardziej wiązka fal staje się rozbieżna i natężenie (moc) maleje w stosunku do wielkości powierzchni prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fal. Każda wprawiona w ruch cząsteczka masy pochłania (absorbuje) pewną część energii, która zamienia się na ciepło. Absorpcja jest tym większa, im wyższa jest częstotliwość drgań. Od absorpcji zależy tzw. półwartość warstwowa. Określamy ją jako grubość warstwy tkanek, w której ulega pochłanianiu 50% energii wysyłanej z nadajnika. Przy częstotliwości 800 KHz półwartość warstwowa w odniesieniu do wytworzonej energii cieplnej wynosi około 2,1 cm, natomiast dla mechanicznego działania około 4 cm.

Wg Wiedau, przy maksymalnej terapeutycznej dawce natężenia 2W/cm- i częstotliwości 800 KHz zasięg działania na głębokość wynosi około 80 mm, a średnia półwartość warstwowa 30 mm.

Przy zwiększonej częstotliwości zwiększa się absorpcja, skutkiem czego zarówno działanie cieplne jak i mechaniczne jest znacznie większe w warstwie mniejszej, np. dla częstotliwości 2.000 KHz półwartość warstwowa wynosi około 12 mm; co oznacza, iż w tej warstwie absorpcja wynosi 50% podanej mocy. Dlatego przy częstotliwości większej od 800 KHz (np. 1.000 KHz) dawka mocy podawana na powierzchnię powinna być o m/w 20% obniżona.

* Należy jeszcze uwzględnić czynniki, od których zależy spadek na-

405