Обсуждение вопросов безопасности использования ультразвука. Влияние УЗИ на ткани
Ультразвуковые волны с высокой энергией воздействуют на ткани путем нескольких механизмов. Под воздействием энергии, подводимой медицинскими диагностическими приборами или детекторами газовых пузырьков, видимых повреждений в интактных тканях млекопитающих не установлено.
Чтобы рассмотреть проблему повреждения тканей, мы должны определить единицы экспозиции ультразвука. По исторически сложившимся причинам для измерения скорости превращения энергии используют ватты. Ватт — это единица мощности, и тепловой или нагревающий эффект ультразвука пропорционален плотности мощности, выраженной обычно в ваттах на квадратный сантиметр (Вт/см2). Этот показатель называют «интенсивностью» ультразвука.
Интенсивность большинства диагностического и детекторного ультразвукового оборудования находится в пределах 10— 100 мВт/см2. Для сравнения средняя мощность теплопродукции тела человека в результате метаболических процессов составляет около 10 мВт/см2. При интенсивности 1—3 мВт/см2 превращение энергии ультразвука в тепло в результате поглощения в тканях становится уже заметным.
Следовательно, возникающий при работе аппаратуры тепловой поток выше обусловленного метаболизмом, в результате чего наблюдается отчетливый нагревающий эффект. Такой эффект реализуют с помощью медицинской ультразвуковой аппаратуры в физиотерапии.
При высоких уровнях интенсивности от 1 Вт/см2 до нескольких тысяч Вт/см2 можно получить повреждение тканей. Акустические термические поражения могут быть вызваны при интенсивностях около 100 Вт/см2. Кроме того, зоны низкого давления звуковой волны способны вызвать разрывы в жидкостях. Это явление носит название «кавитации» и заключается в образовании в среде небольших полостей.
Кавитация — высокоэнергетический процесс, ведущий к появлению свободных радикалов с развитием различных химических и биологических эффектов. Кавитация отсутствует в веществах с высокой вязкостью и при частотах ультразвука, намного превышающих 5 МГц. Данное явление заслуживает некоторого внимания, поскольку максимальная мощность импульсных звуковых аппаратов, таких как обычные эходиагностические клинические приборы и доплеровские измерители скорости потока, может достигать 10—100 Вт/см2.
В случаях где надо подводить высокие уровни энергии, грозящие вызвать кавитацию, следует использовать частоты с посылками, имеющими крайне короткую продолжительность (1*10 6—5-10-6 с), что, по-видимому, предотвращает появление кавитации даже в средах с более низкой вязкостью, таких как кровь.
В течение многих лет не ослабевает интерес к изучению влияния ультразвука на ткани. В настоящее время проводятся исследования по использованию ультразвукового нагревания тканей для усиления эффекта радиоизотопной терапии при опухолях. Эти и ряд других исследований, специально направленные на изучение вероятности повреждения тканей диагностической аппаратурой, в настоящее время не в состоянии подтвердить, что все возможные повреждения происходят в результате использования данного оборудования при существующих уровнях передаваемой энергии.
Неблагоприятных эффектов при использовании доплеровского детектора газовых пузырьков во время обследования животных и человека не наблюдали. Теоретический анализ показывает, что применение клинических уровней ультразвуковой энергии в мегагерцевом диапазоне частот не может вызвать кавитацию. Заслуживает особого внимания отсутствие процесса кавитации в коже непосредственно под зоной наложения датчика-преобразователя.
Можно ожидать, что ослабление энергии ультразвука по мере углубления в ткани обеспечивает дополнительную безопасность. Так, по скромным подсчетам, мощность, подводимая к поверхности сердца при излучении прекардиальным преобразователем 10 мВт/см2, не превышает 30 мкВт/см2. Давление, создаваемое ультразвуком мощностью 30 мкВт/см2 и частотой 5 МГц, приблизительно эквивалентно 2,54•10-3 кгс/ /см2. Даже, если учесть возможный эффект «накачки» газовых пузырьков в результате быстрых звуковых колебаний, то величина дополнительно приложенного давления, равная 2,54•10—3 кгс/см2, ниже обусловливающий перенасыщение на первых ступенях декомпрессии, безопасно применяемой в течение ряда лет в водолазной практике.
Несмотря на то, что уровни ультразвука при интенсивности ниже 100 мВт/см2, безопасные для тканей, еще окончательно не установлены, биологических нарушений не наблюдали. На животных было показано, что ультразвук интенсивностью 0,001—0,05 Вт/см2 и продолжительностью от 15 мин до 23 ч 20 мин при частоте 5—15 МГц не вызывает заметных поражений тканей.
Экспериментами на животных во время декомпрессии установлено, что подведение высоких уровней энергии к преобразователям, расположенным на полой вене, кавитационных газовых пузырьков в крови не вызывает.
Окончательное признание возможности «накачки» газовых пузырьков под действием ультразвуковых колебаний потребует демонстрации данного явления при разных уровнях подводимой энергии и снижения интенсивности клинического ультразвука до величин ниже установленных экспериментально. Разумное рассмотрение практических и теоретических аспектов применения ультразвука ведет к заключению, что ценность информации, получаемой при использовании доплеровского детектора газовых пузырьков, превышает любую возможность неблагоприятных воздействий, которые могут проявиться.
