«Безопасность», приписываемая общественным мнением ультразвуку, считается одним из главных преимуществ ультразвуковой диагностики. И действительно, не известно подтвержденных нежелательных явлений или повреждений, вызванных у человека диагностическим применением ультразвука. С другой стороны, следует также констатировать, что биологические эффекты ультразвука изучены недостаточно подробно. Двумя наиболее известными биологическими проявлениями ультразвуковых волн являются нагревание и кавитация.
а) Нагревание. Нагревание возникает при любом использовании ультразвука; в случае применения ультразвука для диагностики оно минимально даже при длительном облучении, но при использовании килогерцовых диапазонов в терапевтических целях с помощью ультразвука можно нагреть ткань вплоть до ее термического повреждения. Этот эффект используется в физических методах реабилитации и в ортопедии.
Типичная интенсивность излучения (SPTA, spatial peak/temporal average, т.е. «пик-пространственная усредненная по времени интенсивность», которая также обозначается как SPTA-интенсивность) при двумерном ЭхоКГ-исследовании находится в диапазоне 50-100 мВт/см2, что примерно на два порядка (в сто раз) ниже, чем интенсивность излучения терапевтических ультразвуковых аппаратов.
б) Кавитация. Это чуть менее ясный процесс. Термином «кавитация» обозначается образование пузырьков газа в жидкости, подвергающейся воздействию ультразвука. Эти пузырьки образуются из присутствующего в жидкости газа, который за очень короткое время переходит из растворенного состояния в газообразное, а затем при схлопывании короткоживущих пузырьков снова растворяется.
При этом в месте схлопывания на очень короткое время возникают поразительно высокие температура и давление (до 1000°С и до 1000 бар), которые, по крайней мере в определенных экспериментальных и технических условиях, могут действовать очень разрушительным образом. Так, кавитация может приводить к разрушению стальных корабельных гребных винтов. Биологические эффекты кавитации в конечном итоге неясны. Точно так же неясно, каких еще иных эффектов, например, внутриклеточных или внутриядерных, следует ожидать от воздействия ультразвука.
Схема ультразвуковой волны. Вверху представлено уплотнение и разрежение участвующих в колебаниях частиц (например, молекул газа).
Зоны уплотнения (высокое давление) и разрежения (низкое давление) чередуются на расстоянии длины волны (λ).
Внизу представлено изменение давления (р) вдоль линии распространения волны. Между максимумами (и, соответственно, между минимумами) давления расстояние также равно длине волны.
Подобную синусоиду можно было бы также записать на временной оси, если регистрировать давление в заданной точке, подверженной звуковой волне (по 36).
в) Воздействия на биологическую субстанцию. Целый ряд экспериментов in vitro и на животных показал, что ультразвук вполне способен вызывать биологические эффекты. В экспериментах на животных было показано, что энергия используемого в диагностических целях ультразвука может приводить к кровоизлияниям в легочные альвеолы.
При облучении эхокардиографических контрастных средств, лопающихся под действием ультразвука, воспроизводимо вызываются желудочковые экстрасистолы. Многочисленные исследования показали полезный дополнительный эффект ультразвука в килогерцовом диапазоне при тромболизисе острой и хронической окклюзии сосуда, и этот эффект еще усиливается при добавлении эхокардиографического контрастного средства. Дозозависимые эффекты возникают и при внутрисосудистом использовании. Примером биологического «воздействия ультразвука» является ударная литотрипсия, представляющая в конечном итоге особенно низкочастотную волну.
По этим причинам американское Управление по контролю качества продуктов питания и лекарственных средств (FDA, Food and Drug Administration) рекомендовало отражать на экране ультразвуковых приборов информацию о мощности излучения. Поэтому современные аппараты указывают так называемый механический индекс (Mechanical Index), безразмерный коэффициент на основании пикового отрицательного давления в мегапаскалях и корня из средней несущей частоты в мегагерцах. Этот индекс не должен превышать 1,9.
