Фокусированный ультразвук

Фокусированный ультразвук — ультразвук, получаемый с помощью так называемых фокусированных ультразвуковых излучателей и характеризующийся высокой интенсивностью в фокальной области. Для фокусирования ультразвука пользуются активными и пассивными фокусирующими системами. Активная система представляет собой излучатель ультразвука с вогнутой излучающей поверхностью, который создает сходящийся фронт ультразвуковых колебаний. Они позволяют фокусировать ультразвуковую энергию в районе центра кривизны излучающей поверхности. При этом через фокальную плоскость идет плоская волна (рис. 1 и 2).
Первые фокусирующие излучатели ультразвука изготовлялись в форме физических элементов, выточенных из кварца. В настоящее время они делаются на основе вогнутых пластин из пьезоэлектрической керамики (титаната или цирконата бария). Используются и так называемые «мозаичные» излучатели — наклеенные на алюминиевые сферические оболочки пьезокерамические пластины. Для питания фокусирующих излучателей применяют ультразвуковые генераторы типа УЗГМ (УЗГМ-100, УЗГМ-250, УЗГМ-500 и УЗГМ-1500). Кроме сферических излучателей для получения фокусированного ультразвука могут использоваться линзы или рефлекторы (пассивная система). С помощью фокусирующих систем в фокальной области не представляет затруднений получить ультразвук интенсивностью порядка тысяч Вт/см2, в то время как на поверхности излучателя она составляет единицы Вт/см2.
Фокусированный ультразвук оказывает на организм преимущественно тепловое и механическое действие. Исследования показали, что температура тканей в фокальной области может достигать десятка и более градусов. Одним из основных последствий теплового фокусированного ультразвука является разрушение тканей.
При озвучивании фокусированным ультразвуком на среду влияют высокочастотные знакопеременные давления, амплитуда которых может достигать сотен атмосфер. Одним из проявлений механического действия фактора является возникновение в тканях ультразвуковой кавитации. Последняя сопровождается возникновением ударной волны, люминесценции, появлением активных радикалов и др. Ультразвуковая кавитация в биологических тканях вызывает их грубые повреждения и разрывы, прежде всего на границах раздела тканей. Важное проявление механического действия фокусированного ультразвука — деформация структуры тканей или клеток вследствие резонансных эффектов.
Под действием фокусированного ультразвука могут происходить и эффекты физико-химического характера: разрыв клеточных мембран и макромолекул; повышение проницаемости клеточных мембран; образование ионов азотной и азотистой кислот, перекиси водорода, свободных радикалов и др.
Важно подчеркнуть, что характер действия фокусированного ультразвука зависит от многих факторов, среди которых прежде всего следует назвать интенсивность и длительность озвучивания, свойства подвергаемой воздействию ткани. Низкоинтенсивный фокусированный ультразвук обладает выраженным стимулирующим действием на местные клеточные и тканевые процессы.
Практическое применение фокусированного ультразвука определяется в основном двумя его особенностями: возможностью локализации воздействия и концентрации энергии на небольшом по площади участке ткани. Поэтому фокусированный ультразвук прежде всего был использован для локального разрушения биологических тканей, в частности глубоких структур мозга. Разрушение глубинных структур мозга фокусированным ультразвуком используется с различными целями: а) вызывание гибели патологически измененных участков мозга при болезни Паркинсона, опухолях гипофиза и других болезнях; б) изучение физиологической роли отдельных образований мозга и их анатомо-функциональных связей; в) лечение болезненных подкожных невром. Фокусированный ультразвук используется для разрушения опухолей различных локализаций, а также камней в желчном пузыре и мочевых путях, тромбов в сосудах.
Фокусированный ультразвук может применяться для раздражения различных нервных структур. По этому направлению ультразвук может использоваться для исследования порогов тактильной чувствительности, при аудиологической диагностике и слухопротезировании, в нейрофизиологии. Нами предложено его применять для воздействия на биологически активные точки и точки акупунктуры. Имеется опыт применения фокусированного ультразвука для направленного введения лекарств, в офтальмологии (лечение отслойки сетчатки, ускорение созревания катаракты, снижение внутриглазного давления), в онкологии (для усиления противоопухолевой эффективности лучевой терапии и криогенных жидкостей и др.), для лечения болезни Меньера и др.