Unda ultrasonică, ca undă sonoră, constă în secțiuni alternante de condensare și rărire a particulelor mediului. Vitezele de propagare ale undelor sonore și ultrasonice sunt aproximativ aceleași. Lungimea undelor ultrasonice este mult mai mică decât lungimea undelor sonore. În acest sens, undele ultrasonice de la o sursă plană sunt propagate printr-un flux direct (fascicul de ultrasunete) și sunt ușor de focalizat. Valul ultrasonic are o intensitate mult mai mare decât valul sonor. Pot ajunge la ordinul câtorva watți pe centimetru pătrat, iar atunci când undele sunt focalizate într-un volum mic de mediu, sute și mii de W / cm3.
De exemplu: Dacă I = 10W / cm3, atunci acesta este de 10.000 de ori mai mare decât puterea sonoră din aer dintr-o orchestră mare cu sunetul maxim (10 -3 W / cm 2).
În funcție de frecvența ultrasunetelor poate fi impartita in 3 game: joase (1.5 10 aprilie - 10 Hz.), De mijloc (10 din 5 - 10 = 7 Hz) și mare (10 7 - 10 9 Hz) frecvențele.
Efectul biologic al ultrasunetelor este în mare parte determinat de frecvența undelor ultrasonice și diferă pentru vibrațiile ultrasonice cu frecvență joasă și cu frecvență înaltă.
Odată cu propagarea vibrațiilor cu ultrasunete în mediu, intensitatea acestora slăbește (pentru mai multe medii, invers proporțional cu pătratul distanței față de sursă). Pierderea de energie se datorează absorbției vibrațiilor cu ultrasunete de către mediu și depinde de vâscozitatea și conductivitatea termică a mediului. Valurile americane de mare frecvență, de ordinul sutelor de kilohertzi, sunt puternic absorbite de aer și sunt reflectate din interfața unui mediu solid și lichid și gaze. Prin urmare, contactul dintre sursa de ultrasunete și mediul iradiat nu trebuie să conțină un spațiu de aer. Din mediul biologic, cea mai mică absorbție a undelor ultrasonice este caracteristică țesuturilor grase. În țesutul muscular, absorbția ultrasunetelor este de două ori mai mare, iar în materia cenușie a creierului este de 2 ori mai mare decât în alb. Absorbția de ultrasunete prin țesuturi depinde în mod esențial de frecvența oscilațiilor ultrasonice - crește cu frecvență în creștere. Prin urmare, ultrasunetele cu frecvență joasă sunt absorbite de țesuturi mai slabe decât frecvențele de înaltă și mijlocie, dar pătrund la o adâncime mult mai mare. În medie, ecografia la o frecvență de 22-44 kHz poate pătrunde la o adâncime de 16-24 cm, în timp ce ultrasunetele la o frecvență de 800 kHz - cu 7-9 cm.
Propagarea vibrațiilor cu ultrasunete într-un mediu este însoțită de apariția unui număr de efecte mecanice, fizice (termice) și chimice. Efectele fizice primare includ mișcarea variabilă a particulelor în direcția propagării cu ultrasunete, iar presiunea acustică acționează asupra particulelor.
Pentru ultrasunete de mare intensitate (
10 W / cm2), amplitudinea deplasării particulelor și amplitudinea vitezelor lor sunt relativ mici, dar amplitudinea accelerațiilor este extrem de ridicată. Amplitudinea accelerației poate fi de zeci de mii și sute de mii de ori mai mare decât accelerația datorată gravitației. Amplitudinea de presiune poate avea mai multe atmosfere.
Propagarea ultrasunetelor de înaltă putere de joasă și medie frecvență este însoțită de un fenomen numit cavitație. Cu o frecvență crescândă a oscilațiilor ultrasonice, probabilitatea de cavitație este redusă drastic și, prin urmare, ultrasunetele de înaltă frecvență sunt mai puțin periculoase pentru obiectele biologice (utilizate în principal pentru diagnosticarea cu ultrasunete).
Atunci când undele ultrasunete de înaltă intensitate sunt propagate în lichid la punctele de rărire, discontinuitatea mediului este discontinuă - apare un balon de cavitație. Bubura de gaz formată în faza de rărire se prăbușește destul de repede sub influența compresiei ulterioare. Acest fenomen se numește cavitație acustică. Efectuează destul de eficient densitatea energetică relativ scăzută a câmpului sonor într-o densitate mare de energie, concentrându-se în volume mici în interiorul și în apropierea bulei de colaps. Acest lucru este cauzat de rolul cavitație în apariția unui număr de efecte cu ultrasunete (excitație luminiscență, inițiind reacții chimice, degradarea polimerului și Biomacromolecules, acțiune bactericidă, perturbarea celulelor animale și vegetale și organitele acestora etc.) observate în câmp ultrasonic intensiv.
Conform conceptelor moderne, mecanismul efectului biologic al ultrasunetelor se desfășoară pe 3 căi:
1. absorbția ultrasunetelor la nivel molecular și transformarea energiei lor în căldură, determinând modificări ireversibile;
2. Scattering - un proces care depinde de raportul dintre dimensiunea obiectului și lungimea de undă a ultrasunetelor;
3. cavitatie, ceea ce duce la o rupere mecanică a structurilor, divizarea moleculelor de apă (H2O ® H + OH) pentru a forma un produs reactive care interacționează cu substanțele care alcătuiesc pereții celulari sau membrane.
Este important ca rezultatul proceselor de cavitație sunt încălcări ale structurii și distrugerea completă a structurii obiectelor biologice: o violare a structurii macromoleculelor biologice duce la perturbarea sau pierderea funcției de obiecte biologice mai mari - celule, organe sau organisme. Deci, UZ distruge multe microorganisme, prezentând acțiune bactericidă. Deoarece efectul biologic observat este rezultatul interacțiunii factorilor fizici și biologici, se observă dependența eficacității SUA de caracteristicile structurale ale obiectului biologic. Deci, prin acțiunea ultrasunetelor asupra celulelor, schimbările mecanice predomină și, atunci când sunt expuse la țesut - principalul factor dăunător este energia termică. Soluțiile de macromolecule efect determinat de stresul mecanic rezonant și factorii care apar ca urmare a mișcării relative a moleculelor și mediu, precum și prin schimbări electrochimice în mediul în sine dăunătoare.
Trimiteți-le prietenilor: