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

5.3.2. ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ ЗВУКА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ

В разд. 4.3.5 уже обсуждалась зависимость скорости звука в воде и разбавленных водных растворах от температуры. Соответствующие кривые, показанные на рис. 5.2, имеют форму параболы. Другой характер имеют температурные зависимости скорости звука в мягких тканях (рис. 5.5). В частности, видно, что жировая ткань отличается от остальных тканей не только низкими значениями скорости звука, но и тем, что температурный коэффициент скорости у нее отрицателен. Исследования на тканях нежирового характера показали, что все они характеризуются положительными значениями Отсюда следует, что в сложных структурах типа паренхимы молочной железы [2] зависимость скорости звука от частоты носит непредсказуемый и изменчивый характер. Можно ожидать, что рассеяние ультразвуковых волн на границах раздела между жировой и нежировой тканью будет в сильной степени зависеть от температуры. Все эти эффекты могут найти и полезное практическое применение, поскольку целенаправленное изменение температуры может сделать более эффективным процесс характеризации тканей, основанный на измерениях скорости, затухания или рассеяния ультразвука. В работе [48] на основе анализа данных о скорости звука в жировой ткани молочной железы было высказано предположение, что при температурах около 35 °С в этой ткани имеет место фазовый переход твердое вещество — жидкость (рис. 5.5). Кремкау и др. [57] наблюдали, что скорость звука в мозге взрослого человека достигает минимума при температуре При исследовании мозга ребенка подобного поведения не наблюдалось. Авторы этой работы пришли к выводу, что полученный эффект может быть обусловлен сравнительно высоким содержанием липидов в мозге взрослого человека. При низких температурах температурный коэффициент скорости определяется в основном вкладом липидов, тогда как при повышении температуры

(кликните для просмотра скана)

основную роль начинают играть компоненты ткани нежирового характера. Результаты, полученные для мозга плода [91] с характерным высоким содержанием воды, показывают, что зависимость скорости звука от температуры в этом случае имеет вид, типичный для тканей нежировой природы.

Ранее определенные надежды возлагались на использование температурных зависимостей скорости звука для бесконтактного измерения температуры и ее пространственного распределения с целью контроля и регулировки дозы микроволнового или ультразвукового облучения при локальной гипертермии [48]. К сожалению, области медицинского применения современных методов измерения распределения скоростей звука ограничены по существу такими органами, как молочная железа. Кроме того, большие трудности возникают из-за того, что при фиксированной температуре скорость звука может существенно меняться при переходе от одной ткани к другой и даже от образца к образцу ткани одного типа. В ряде работ [11, 16, 69] высказывалась идея о том, что для указанный целей лучше использовать зависимость коэффициента от температуры, особенно в тех случаях, когда имеются априорные сведения о пространственном расположении тканей различного типа и данные об изменениях скорости звука и затухания в исследуемой области [43].

Вид зависимостей скорости звука от температуры для мягких тканей нежировой природы с характерным максимумом скорости в области 40—50°С аналогичен подобным зависимостям, измеренным для разбавленных водных растворов солей [86]. В противоположность этому поведение жировой ткани более похоже на поведение неводных жидкостей (см., например, данные для спиртов в работе [60]), что, вероятно, объясняется низким содержанием воды в жировой ткани.

Обычно скорость звука растет при повышении гидростатического давления. Следствием этого является нелинейный характер распространения ультразвуковых волн (см. разд. 4.3.6 и 4.3.8). Результаты измерения зависимости скорости звука от давления использовались для оценки нелинейного параметра В/А (разд. 1.8) мягких тканей и растворов макромолекул. При этом было установлено, что нелинейный параметр жировой ткани существенно превосходит его значения для всех других мягких тканей нежировой природы [59]. Этот результат представляется интересным в свете отмеченных ранее различий в температурном коэффициенте скорости звука между жировой и нежировой тканью.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление