Звуковые волны: основные свойства и характеристики их распространения

Все ультразвуковые методы диагностики построены на отражении от тканей и органов звуковых волн, которые ранее были посланы с помощью различных аппаратов. Приемник улавливает, фиксирует и передают механические изменения, возникшие в пространстве, а диагност на их основе делает соответствующие выводы. Однако для правильной постановки диагноза необходимо знать главные свойства звуковых волн и то, как они распространяются.

Звуковые волны

Как распространяются звуковые волны?

Волны могут возникать лишь в такой среде, где молекулы поочередно разрежаются или уплотняются: в жидкостях, воздухе и тканях человеческого организма. В вакууме они не могут отражаться. Распространение звуковых волн имеет несколько важных для исследования характеристик:

  • скорость — эта характеристика зависит от плотности среды, а для тканей человека относительно мала (около 1540 м/с), в медицинских исследованиях часто используется формула «время -расстояние», которая позволяет определить габариты органов, тканей и новообразований;
  • объем отражения — он может быть частичным или полным в зависимости от акустического сопротивления (импеданса) границ между различными типами тканей, часть волн может отразиться, а другая — продолжит двигаться в заданном направлении.

Доплеровский эффект

Данным термином называют то, как меняется длина и частота звуковых волн при движении их источника. Во время УЗИ-диагностики его используют, чтобы определить направление движения эритроцитов в кровотоке. Современные аппараты могут интерпретировать эффект Доплера тремя способами: цветовой схемой движения кровотока, графиком его скорости, а также воспроизведением звука. Использование всех трех вариантов одновременно называют тройным доплеровским исследованием и проводят для диагностики патологии сосудов, онкологии на ранней стадии и других заболеваний.

Свойства волн, которые необходимо учитывать при УЗИ

На точности и качестве ультразвуковой диагностики, в первую очередь, сказываются два свойства.

  1. Высшая частота передатчика, которая характеризует максимально допустимое  разрешение.
  2. Низшая частота, которая определяет, как глубоко поникает звуковая волна.

Для этих свойств существует важно правило: короткие звуковые волны позволяют получить высокое разрешение, но при этом проникают лишь на небольшую глубину, поэтому для УЗИ их оптимальная длина будет составлять 0.15-1,5 мм, а частота находиться в диапазоне 1-10 МГц.

Кроме того, необходимо учитывать, что разрешение может быть:

  • латеральным — проходя через ткани излучение сперва сужается, а затем расширяется, например, при частоте 3,5 МГц  оно составит около 2 мм, соответственно, если между объектами будет большее расстояние, то они определятся как отдельные;
  • осевым — волны движутся в продольном направлении и обеспечивают максимальную способность разделять в нем объекты, расстояние между ними должно быть равно длине одной звуковой волне или всего 0,5 (- 1) мм.

Учет данных свойств и характеристик при выборе УЗИ-аппарата и диагностике, позволит добиться высокоточных результатов.