Главная > СВЧ, ультразвук, аккустика > Применение ультразвука в медицине: Физические основы
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

3.8. Измерение биологически эффективных экспозиций и доз

Другая важная область, в которой возникает необходимость измерения параметров акустических полей, связана с исследованием изменений, вызываемых ультразвуком в живых клетках и тканях, с практическими вопросами безопасности диагностического применения ультразвука и эффективности его терапевтического использования. Биологические и прикладные аспекты этой проблемы детально обсуждаются в гл. 12—14, но было бы полезным рассмотреть здесь ситуацию в отношении физических измерений.

По прочтении этих глав станет ясным, что ультразвук, производя какие-либо наблюдаемые эффекты, может вызывать изменения в живых клетках и тканях посредством большого числа различных механизмов, причем каждый из них по-своему зависит от условий облучения. Будет также показано, что некоторые механизмы изучены еще недостаточно и что взаимосвязь условий облучения с наблюдаемыми эффектами если и известна, то очень приблизительно. Следовательно, в настоящее время еще нет возможности разработать обоснованную и универсальную систему «ультразвуковой дозиметрии».

Существует важное, но не всегда должным образом оцениваемое отличие ультразвуковой дозиметрии от дозиметрии ионизирующего излучения, где установлено, что величина поглощенной энергии на единицу массы позволяет количественно предсказать как терапевтическую эффективность, так и ожидаемые повреждения. За исключением некоторых очень специфических ситуаций, не существует эквивалентного параметра для предсказания ультразвуковых эффектов.

Ввиду отсутствия для ультразвука единой удовлетворительной дозиметрической величины единственным разумным способом количественного описания условий экспериментального воздействия, позволяющим проводить сравнение результатов и предсказывать наиболее важные последствия, является приведение полных пространственных и временных характеристик используемого акустического поля. В большинстве случаев наиболее удовлетворительно

такие измерения осуществляются с помощью пьезоэлектрических гидрофонов, описанных выше в разд. 3.2.

Современная практика, которая исходит из традиционного представления о том, что простые радиометрические весы — наиболее удобный измерительный прибор, базируется на понятиях «интенсивность», или, что, возможно, более точно, «экспозиционная интенсивность» (мощность, проходящая через единицу площади используемой апертуры, обычно измеряемая в Интенсивность обычно подразделяется в зависимости от того, используется ли она для выражения пиковой величины или средней, которая в свою очередь подразделяется на среднюю по пространству, т. е. по используемой апертуре, и среднюю по времени, т. е. по определенному времени экспозиции.

Таким образом, на практике используются

интенсивность SATA - средняя по пространству, средняя по времени,

интенсивность SATP - средняя по пространству, пиковая по времени,

интенсивность SPTP - пиковая по пространству, пиковая по времени,

интенсивность SPTA - пиковая по пространству, средняя по времени.

Очевидно, что длительность импульсов и частота их повторения достаточно важны при изучении биологических эффектов, и поэтому они должны документироваться так же, как и частота ультразвука или спектральный состав в случае облучения широкополосным сигналом или короткими импульсами.

И все же в некоторых практических ситуациях возникает необходимость охарактеризовать излучение ультразвука аппаратурой или экспозицию живой ткани каким-либо одним числом. В публикации Всемирной организации здравоохранения [13] в этих случаях рекомендуется использовать следующие параметры:

1) для излучений и экспозиций в эхо-импульсных диагностических приборах — пиковую по пространству амплитуду давления (в паскалях);

2) для терапевтических, хирургических и доплеровских диагностических приборов (импульсных и на непрерывных волнах) — основную мощность пучка (в ваттах), которая определяется как 0,541 от произведения пиковой по пространству средней по времени интенсивности на площадь сечения пучка по уровню Множитель 0,541 выводится математически из предположений об аксиальной симметрии пучка с гауссовским профилем и о линейном распространении гармонической волны.

Логика такого подхода основывается на рассмотрении биофизических механизмов воздействия, наиболее вероятных в данной ситуации, и будет обоснована в гл. 12—14. То, что эхо-импульсные экспозиции приведут к заметным нагревам, кажется маловероятным; если они и вызовут какой-либо эффект, то скорее всего он будет связан с механическим воздействием, пригодной мерой для которого является амплитуда давления. В противоположность этому источники ультразвука, указанные выше во втором пункте, как известно, способны оказывать скорее термическое, чем механическое воздействие, и поэтому величина мощности, особенно той ее части, что сконцентрирована в центре пучка, вероятно, наиболее полно характеризует воздействие.

В вышеприведенном обсуждении использовались два термина: «доза» и «экспозиция». Хотя, по-видимому, не существует универсального подхода, но по аналогии с ионизирующим излучением предполагается, что экспозиция характеризует энергию или интенсивность пучка, падающего на мишень. В то же время доза указывает на энергию, преобразованную внутри мишени в биологически эффективную форму (важным, но не единственным примером которой может служить тепло). В большинстве акустических измерений регистрируется экспозиция, а не доза, и, несмотря на некоторую нескладность, предпочтительней было бы пользоваться термином «экспозиметрия», а не «дозиметрия» [16].

Литература

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление