Ультразвук на службе диагностики. Физика и космическая медицина

Для ультразвуковой диагностики решающую роль играют не интенсивность звука, а длина волн, в частности малая длина волны. Ультразвуковые волны малой длины дают возможность, во-первых, создать остронаправленные пучки звука и, во-вторых, использовать отражение звука для обнаружения внутренних дефектов.

Для использования ультразвука с целью диагностики должен быть выполнен ряд условий. Прежде всего необходимо избежать дифракции на исследуемом объекте — отсюда и требования к длине волны. Кроме того, необходима постоянная связь между излучателем и объектом исследования, иначе энергия излучения будет изменяться и результаты окажутся искаженными. Наконец, необходимо измерять энергию, выходящую из образца, — именно она и является носителем необходимой информации.

Преодоление этих трудностей и позволило применить ультразвук для диагностики.

Прежде всего используется так называемый «эхо - метод». Направляемые на тело исследуемого больного ультразвуковые импульсы отражаются от поверхностей раздела, например передней и задней стенок желудка, — «эхо» звука на экране осциллографа сравнивается с посланным импульсом, что дает возможность не только, например, обнаружить язву желудка, но и измерить толщину стенки.

Такого рода рефлектоскопы обладают достаточно высокой чувствительностью: можно обнаруживать внутренние дефекты, отражающие лишь 5% падающей звуковой энергии. В двухразмерном рефлектометре — сонаре — пучок звука «прощупывает» внутренние органы по различным направлениям подобно радиолокатору, что позволяет исследовать значительные поверхности.

В дальнейшем были предприняты успешные попытки визуализации звука, т. е. получения его видимого изображения. Один из способов, примененный для «просвечивания» черепа звуком, заключается в следующем. С одной стороны черепа устанавливается излучатель ультразвука, с другой — приемник (кварцевая пластинка).

Принятый кварцем сигнал усиливается и подается на неоновую лампочку, интенсивность свечения которой пропорциональна величине принятого сигнала. Затем зондируют череп, перемещая вдоль него излучатель и приемник, и одновременно протягивают мимо лампочки фотобумагу. После проявления на фотобумаге появляется теневое изображение опухоли, полости, инородного тела и т. д.

С помощью ультразвука можно регистрировать изменение объема сердца, размеры полости желудочка, амплитуду сокращений и толщину сердечной мышцы. Оказалось, что интенсивность звука, воспринятого кварцевым приемником, зависит от отношения длин акустического пробега в стенке сердца и в воздухоносной ткани легкого. Запись этой зависимости называется ультразвуковой кардиограммой.

Используя эффект «фокусированного» приема ультразвуковых колебаний, можно производить избирательный по глубине прием информации о движении структур сердца. Ультразвуковые диагностические приборы применяются уже довольно широко. С их помощью можно получить ультраграммы нормального желудка, грудной железы, сердца, костей, мышц, печени и т. д. Сравнивая ультраграмму органа пациента с ультраграммой здорового органа, врач ставит диагноз с достаточной степенью точности.

Преимущество ультразвукового «просвечивания» по сравнению с рентгеноскопией («просвечивание» рентгеновскими лучами) состоит в том, что рентгеновские лучи дают изображение «твердых» тканей на фоне «мягких» (на фоне мягких тканей хорошо видны кости). Для рассмотрения мягких тканей на фоне мягких тканей (например, кровеносный сосуд на фоне мышц) сосуд нужно заполнить веществом, хорошо поглощающим рентгеновское излучение (контрастное вещество). Ультразвуковые волны, благодаря уже указанным особенностям, дают изображение без введения контрастных веществ.

Ультразвуковые колебания довольно широко используются в медицинской практике. Однако поиски новых областей применения ультразвука в медицине продолжаются.

Физика и космическая медицина. Достижение с помощью ракетных двигателей первой и второй космических скоростей положило начало освоению космического пространства. Первый этап освоения ближнего космоса — околоземного пространства — мог считаться завершенным только после выхода в космическое пространство человека.

При овладении космосом наряду с комплексом физико-технических задач возникли и другие специфические задачи, связанные с медико-биологическим обеспечением полета, породившие новую науку — космическую медицину.

Естественно, что разработка проблем космической медицины целиком относится к компетенции медицины, биологии, физиологии, психологии и т. д. Однако специфика космической медицины теснейшим образом связывает ее с физикой. По существу, главной задачей космической медицины является обеспечение нормальной жизнедеятельности человека в условиях, когда он подвергается в космическом полете воздействию целого ряда физических факторов.

Каковы же те физические факторы, воздействию которых подвержен космонавт? Основными из них являются: действие на организм перегрузок, состояния невесомости, вибрации, шума, радиации, изменение атмосферного давления, температуры.