Осипов Л.В. - Ультразвуковые диагностические приборы (1035679), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Гораздо сложнее определить требования к акустическому излучению ультразвука. Это можно объяснить следующими причинами. 1. Очень трудно точно определить допустимые уровни акустического излучения с точки зрения возможных нежелательных биологических эффектов. 2. Имеются существенные сложности корректного измерения параметров акустического излучения, учитывающего специфику работы конкретного прибора и особенности распространения излучения в биологических тканях. В настоящее время изготовители отечественных УЗ сканеров руководствуются государственным стандартом СССР ГОСТ 2683-86 (2), которым определено требование к максимальному значению средней интенсивности излучаемых УЗ колебаний.
Па требованию стандарта это значение должно быть не более 50 мВт/смз и опреде- Глава и 206 Ультразвуковыедиагностические приборы ляется при испытаниях прибора расчетно-экспериментальным методом исходя из измеренных значений характеристик импульсов возбуждения УЗ датчика. Отметим, что требование этого ГОСТа по указанному параметру является более жестким, чем требование международного стандарта МЭК (см. раздел 8.4). Однако в соответствии с современным уровнем знаний только один указанный параметр не в полной мере характеризует возможные нежелательные последствия воздействия ультразвука. 8.2.
Биологические эффекты ультразвука Вопрос о безопасности УЗ исследований с точки зрения биологических эффектов, возникакицих при УЗ излучении, к сожалению, не имеет однозначноготочного ответа. Можно утверждать, что к настоящему времени отсутствуют статистически достоверные данные, которые подтверждали бы опасность УЗ исследований для пациента и для врача-диагноста, постоянно работающего с прибором. А ведь объем УЗ исследований, проводимых во всем мире, чрезвычайно велик — ультразвук сегодня наиболее популярный метод получения информации о состоянии внутренних органов человека. Не прекращаются исследования воздействия ультразвука на биологические ткани, в том числе на клетки крови, репродуктивную способность, ДНК, костные структуры, эмбрионы и т.д.
И эти исследования показывают, что при уровнях средней интенсивности ультразвука, не превышающих величину 100 мВт/см', не выявлено никакого существенного влияния длительного воздействия ультразвука на ткани млекопитающих. Более того, не выявлены отрицательные результаты такого воздействия и при более высоких уровнях интенсивности, правда при уменьшенном времени воздействия (экспозиции). Здесь следует дать общее понятие об интенсивности ультразвука. Интенсивностью называется удельная мощность УЗ волн, т.е.
мощность волн, проходящих через единицу площади. Для случая непрерывного излучения можно определить среднюю е пространстве интенсивность Р Вт В см' где р — мощность источника излучения, а В - вся площадь, через которую излучение проходит. Это определение интенсивности дано для простого случая непрерывного излучения. В диагностических системах используется импульсное излучение, да еще в различных направлениях в процессе сканирования, поэтому приходится вводить дополнительные понятия, определяющие интенсивность в различных интересующих исследователя случаях. Об этих понятиях более подробно будет сказано ниже.
Возвращаясь к вопросу о биологических эффектах ультразвука, можно сказать, что не получено абсолютных доказательств безопасности ультразвука при уровнях интенсивности, используемых в диагностике. Да это и невозможно в принципе. Любые воздействия в зависимости от условий и уровня интенсивности могут приводить к тем или иным последствиям. Известно, например, что ультразвук используется в физиотерапии, и уровни интенсивности УЗ излучения при этом не так уж сильно отличаются от уровней интенсивности диагностического ультразвука. Тем не менее, О безопасности ультразвуковых диагностических исследований Ультразвуковые диагностические приборы при физиотерапевтическом применении ультразвука достигается определенный полезный эффект, хотя характер излучения здесь используется другой, в частности нет сканирования.
Методы экстракорпоральной литотрипсии — ударноволнового фокусированного воздействия на камни в почках и желчном пузыре — также имеют ультразвуковую природу. Помимо полезного результата — разрушения твердых конкрементов — эти воздействия приводят к нежелательным последствиям в виде внутренних гематом в мягких тканях, прилегающих к конкрементам и находящихся в зоне фокуса ударного излучения. Правда, в этом случае уровни интенсивности излучения существенно больше, чем те, которые исгюльзуются в диагностике. Приведенные примеры свидетельствуют о том, что УЗ излучение при повышенных уровнях интенсивности и определенных временных и пространственных характеристиках дает весьма заметный эффект, используемый в медицинской практике.
Как же определить границу допустимого для диагностики уровня излучения ультразвука? В отличие от ионизирующего излучения, например рентгеновского, для ультразвука пока невозможно выделить интегральный показатель биологического эффекта типа дозы, поглощаемой биологическим объектом. Уже упоминавшаяся интенсивность излучения не всегда однозначно связана с биологическими эффектами. В ряде случаев более правильным было бы оценивать уровень давления ультразвука в биологических тканях. Очень важен характер изменения излучения во времени и, конечно, время экспозиции.
Наиболее изученными физическими эффектами ультразвука, которые в принципе могут вызывать нежелательные последствия, являются удар- ные волны, кавитвция и локальный нагрев тканей (3, 4). Ударные акустические волны, как уже говорилось, специально формируются для терапевтических целей в литотрипсии. При использовании УЗ диагностических систем также могут возникать ударные волны, что является следствием нелинейных эффектов, вызывающих искажения гармонических синусоидальных волн в процессе их прохождения через биологические ткани.
При тех уровнях интенсивности ультразвука„которые характерны для диагностических систем, ударные волны из-за нелинейных эффектов если и возникают, то имеют уровень достаточно низкий и практически не вызывают никаких последствий. Кавитвция — процесс, связанный с образованием и ростом газовых пузырьков в жидкости и возникающий, в частности„под действием УЗ волн. В биологических тканях всегда существуют микропузырьки газа и газ, растворенный в жидких средах, входящих в состав мягких тканей, УЗ волны, которые представляют собой чередование сжатия и разрежения в среде, провоцируют рост этих пузырьков. Прежде всего рост объема пузырька связан с полуволной разрежения (пониженного давления), при которой растворенный газ за счет диффузии переходит в полость пузырька из окружающей жидкой среды.
Процесс роста пузырьков называется стабильной кввитвцией. При достижении пузырьком определенных размеров под воздействием полуволны сжатия может произойти коллапс (со((арве) — «схлопывание» пузырька, что сопровождается появлением ударных волн и повышением температуры. Описанная коллапсирующая кавитация может явиться причиной разрушения клеток вследствие повреждения мембран.
Однако при уров- нях интенсивности ультразвука, используемых в диагностике, коллапсирующая кавитация маловероятна. Оснований для нее тем меньше, чем меньше длительность во времени используемых импульсов. В этом смысле режимы допплеровского анализа скоростей кровотока (энергетический допплер, цветовое допплеровское картирование и пр.) имеют недостаток по сравнению с режимом получения двухмерного изображения (режимом В, или 20), так как используемые в допплеровских режимах сигналы гораздо более продолжительны, чем в режиме В. Наиболее продолжительные сигналы используются в режиме непрерывноволновогодопплера. Нагрев биологических тканей при воздействии УЗ волн обусловлен вязкостью мягких тканей и поглощением вследствие этого существенной части мощности УЗ колебаний.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
