Рис. 7. Інтенсивність УЗ променя, який генерується  датчиком.

      В медичній практиці використовуються датчики, які генерують різні частоти  УЗ (1-10 МГц), мають різний діаметр (0,7-2 см) і фокусну відстань від 6 до 12-14 см. [4]

       3. Вплив УЗ на організм людини

      У виробничих умовах можливий вплив низькочастотного ультразвуку на працівників як через повітря, так і при безпосередньому контакті з рідким або твердим середовищем зі збудженими коливаннями. Контактна дія спостерігається при утримуванні інструмента, чи оброблюваної деталі (при лудінні та паянні), при завантажуванні виробів в УЗ ванни і розвантажуванні їх, зварюванні та інших операціях. Розрізняють короткочасну та періодичну контактну дію.

      УЗ коливання, які генеруються промисловим устаткуванням, несприятливо впливають на організм людини. При тривалій систематичній дії УЗ, який поширюється через повітря, можуть виникати порушення нервової, серцево-судинної і ендокринної систем, слухового аналізатора, системи крові.

      Характерним є розвиток вегетосудинної дистонії і астенії. Ступінь вираженості  змін, що відбуваються в організмі  людини під впливом УЗ, залежить від інтенсивності й тривалості його дії і може посилюватися за рахунок наявності у спектрі високочастотного шуму і можливості контакту із середовищем, яке озвучується.

      Біологічна  дія ультразвуку на організм при  контактному його передаванні залежить від потужності ультразвукових коливань, їх частоти, тривалості дії, способу  випромінювання ультразвукової енергії (безперервного, імпульсного), чутливості тканин, інтенсивності кровопостачання  і стану метаболізму у тканинах. Поширюючись у тканинах організму, ультразвукові хвилі впливають  на фізико-хімічні та біологічні процеси, що відбуваються в цих тканинах. Найчутливіші до дії контактного високочастотного ультразвуку вегетативна і периферична нервові системи.

      В осіб, які працюють в умовах інтенсивного ультразвуку, що супроводжується шумом, поряд із змінами функцій нервової системи спостерігається зниження судинного тонусу, особливо в місцях контакту з джерелами ультразвуку. Загальноцеребральні порушення часто поєднуються з помірним вегетативним поліартритом рук, парезом пальців, кистей і передпліччя. Іноді у працівників спостерігаються вестибулярні розлади, підвищення температури тіла тощо.

      Залежно від інтенсивності ультразвукових хвиль розрізняють три види УЗ і впливу його на живі тканини:

      1. УЗ малої інтенсивності (до 1,5Вт/см2). Викликає зміни фізико-хімічних реакцій організму, прискорення обмінних процесів, слабке нагрівання тканини, мікромасаж і не призводить до морфологічних порушень всередині клітин.

      2. УЗ середньої інтенсивності (1,5-3 Вт/см2). Викликає реакцію пригнічення у нервовій тканині. Швидкість відновлення функцій залежить від інтенсивності і тривалості впливу ультразвуку.

      3. УЗ великої інтенсивності. Викликає незворотне пригнічення аж до повного руйнування тканини.

      УЗ  високочастотного діапазону викликає підвищення проникності судин шкіри, що виражається гіперемією аж до крововиливів на поверхні шкіри (петехій).

      Під час контактної дії ультразвуку  підвищується серцевий ритм, помітно  змінюється ЕКГ; при збільшенні його інтенсивності виникає аритмія, а в окремих випадках — зупинка  серця (у піддослідних тварин). Аналогічні реакції спостерігаються і в  людей: виникають неприємні відчуття при озвучуванні грудної клітки, згодом розвиваються тахікардія та стенокардія.

      Високочастотний УЗ малої інтенсивності (0,2-1,0 Вт/см2) викликає судинорозширювальний ефект, великої (3,0 Вт/см2 і більше) — судинозвужувальний. При цьому змінюється тонус артерій: УЗ малої інтенсивності дає гіпотензивний  ефект, при збільшенні його інтенсивності  виникає артеріальна гіпертензія.

      Зміни в нирках, печінці, статевих органах, ендокринних залозах відбуваються внаслідок впливу ультразвуку на гіпоталамус, який регулює діяльність внутрішніх органів рефлекторним і  нейрогуморальним шляхами. Спостерігається  зміна морфологічної картини  крові; зменшується кількість еритроцитів  та лейкоцитів. Зміни нагадують такі, що відбуваються під впливом радіоактивного випромінювання. Виявляються вегетативно-судинні  ураження рук (парез пальців, кистей і передпліччя, вегетативний поліневрит). Ступінь вираженості патології залежить від рівня ультразвукового тиску. Негативні наслідки більшою мірою проявляються у працівників, які зазнають одночасного впливу ультразвуку через повітря і контактно. Істотно підвищує негативний вплив ультразвуку шум чутного діапазону.[1]

      4. Фізіологічна дія  УЗ

      У механізмі дії ультразвуку на організм головне значення мають механічний, тепловий і фізико-хімічний фактори. Механічний фактор, який спричиняється змінним акустичним тиском, виявляється своєрідним „мікромасажем” на клітинному і субклітинному рівнях. При цьому відбувається підвищення проникності клітинних мембран, гістогематичних бар'єрів та посилення проникнення речовин через шкіру; має значення і деполімеризуюча дія УЗ на гіалуронову кислоту. Виникає активація електрокінетичних (електрокапілярних) явищ, що спостерігаються на межі середовищ з різним акустичним опором і мають велике значення при фонофорезі. З'являються акустичні мікропотоки в протоплазмі, переміщення внутрішньоклітинних включень, зміна їх просторового взаємо-положення, що викликає стимуляцію функції клітинних елементів і клітини в цілому.

      Тепловий  фактор УЗ пов'язаний із поглинанням енергії ультразвукових хвиль і перетворенням її в тепло. Раніше у разі використання великих інтенсивностей ультразвуку спостерігали значне підвищення температури тканин, і тому цей фактор вважали найважливішим у механізмі дії УЗ. При використанні невеликих інтенсивностей і лабільної методики впливу значного підвищення температури тканин не спостерігається. Нині, не заперечуючи значення теплового фактора, за ним не визначають головного значення. Наслідком теплової дії ультразвуку можна вважати зміну дифузних процесів, швидкості біохімічних реакцій, виникнення температурних градієнтів, що врешті-решт проявляється в життєдіяльності озвучених тканин.

      Фізико-хімічний фактор УЗ виявляється зміною біохімічних реакцій і біофізичних процесів, просторовою перебудовою внутрішньоклітинних молекулярних комплексів. Збільшується активність ряду ферментів, інтенсивність тканинних окисно-відновних реакцій, прискорюється мітоз, утворення БАР (гепарину, гістаміну, серотоніну та ін.). [3]

      5.  Поглинання УЗ  біологічними тканинами

      Тканини поглинають ультразвук нерівномірно. Слабке поглинання відбувається в підшкірній жировій клітковині, більше в м'язах, нервах і особливо в кістках. І  тканини, що виконують функцію опори, і тканини, що отримують і передають механічне напруження, мають вищі значення поглинання, ніж тканини паренхіматозних органів. Коефіцієнт поглинання ультразвуку для кісткової тканини у 12—15 разів вищий, ніж для м'язової тканини. Глибина проникнення ультразвуку у кістку мінімальна і становить близько 0,3 см. Максимально енергія ультразвуку поглинається на межі поділу різних тканин: шкіра — підшкірна жирова клітковина, фасція—м'яз, окістя — кістка. При патологічних процесах поглинання ультразвуку змінюється. Якщо патологічний процес супроводжується набряком тканин, то коефіцієнт поглинання ультразвукових хвиль зменшується. Інфільтрація тканин клітинними елементами веде до підвищення коефіцієнта поглинання.

      Вважається, що в умовах цілісного організму  ультразвук частотою 800—1000 кГц поширюється на глибину 5—6 см, а частотою 2500—3000 кГц — на 1,5—2 см. Оскільки амплітуда ультразвукових коливань поступово зменшується, то для оцінки глибини їх проникнення користуються величиною напівпоглинаючого шару. Вона вказує, на якій глибині інтенсивність коливань унаслідок поглинання тканинами зменшується вдвоє. Величина напівпоглинаючого шару тим менша, чим більша в'язкість тканини і чим вища частота коливань. Так, при частоті 800 кГц величина цього шару для м'яких тканин (жирова і м'язова) дорівнює 4,9 см, а при частоті — 2400 кГц — 1,5 см. З урахуванням цього для лікування хвороб внутрішніх органів використовують частоту 880 кГц, а в дерматологічній практиці частіше застосовують УЗ із частотою коливань 2000—3000 кГц. Основними дозиметричними параметрами ультразвукової терапії є потужність, інтенсивність, режим і тривалість дії

      Режим генерації ультразвуку може бути постійним (неперервний ультразвук) і імпульсним, коли коливання подаються окремими імпульсами з інтервалами (імпульсний ультразвук). При цьому частота імпульсів дорівнює 50 Гц, тривалість— 10,4 і 2 мс, а скважність (відношення тривалості всього періоду до тривалості проходження імпульсу) відповідно дорівнює 2,5 і 10. В імпульсному режимі при одній і тій самій інтенсивності коливань за один і той самий проміжок часу енергії випромінюється в середньому менше, ніж при неперервному.[5]

        6. Перші УЗ діагностичні пристрої

      Дуглас  Хаурі першопрохідник 1940-их років, зіграв важливу роль у розвитку ультразвуку  й ультразвукових пристроїв. Хаурі  сконцентрував свою увагу на розвитку устаткування і прикладної теорії ультразвуку. Хоча його початкова робота привела  до створення ультразвукової машини, що робила недостатньо оптимальні зображення, остаточна мета Хоурі полягала в  тому, щоб зробити більш витончений прилад, що був би "в певній мірі, порівнянним з фактично великою  кількістю зрізів структур, що робляться, у лабораторії патології."

      У 1951, Хоурі познайомився з Джозефом Холмесом, неврологом в Адміністративній лікарні Ветеранів у Денвері. Холмес зіграв ведучу роль в одержанні  інституційної підтримки, що дала можливість Хоурі продовжити його дослідження  на устаткуванні Денвера. За наступні кілька років, Хоурі прагнув усувати тіні, і відображення сторонніх ехосигналів, що перешкоджали побудові якісних ультразвукових зображень.

      Хоурі довідався, що зображення режиму "B" відображали тільки відображення від  поверхонь „роздягнула тканини”, що були перпендикулярні до ультразвукового  променя. Виходячи з того,що внутрішні  органи мали неправильну форму, були необхідні множинні зображення з  декількох різних кутів для того, щоб зробити цілісне зображення чіткої якості. Крім того, Хоурі знайшов, що високо відбивають тканини, наприклад  кістки, дають тіні, що затінювали структури  які знаходилися глибше, наприклад, коли тіні від ребра затемнюють зображення селезінки. Щоб виправляти цю проблему, Хоури побудував "сомаскоп", перший складний периферичний сканер. Цей  пристрій, побудований у 1954, мав датчик, встановлений на обертовому кільцевому механізмі гарматної турелі від B-29. Датчик був установлений навколо  краю великої металевої чаші, заповненої водою, що служила як імерсійна ванна. Один мотор використовувався, щоб  плавати навколо ванни, у той  час як інший робив коловий  рух, отже деформуючи численні, накладені  одне на інше, УЗ зображення від різних кутів. „Реальні” зображення чи з  великою амплітудою зберігалися  в УЗ системі іммерсійної ванни. На резервуарі для домашньої худоби розміщали датчик, що був установлений на дерев'яній поперечині (стрілі) і  горизонтально переміщався по цій  поперечині.

      Вторинні  відображення були усунуті. Хоча сканер зробив зображення прийнятної якості, він вимагав, щоб пацієнт залишався  зануреним і нерухомим протягом довгих періодів, і тому був визнаний непрактичним для використання в  клінічних умовах.

      Наприкінці 1950-их, Хоурі з колегами розробив ультразвуковий сканер з напівкруглої кювети, що має пластмасове вікно. Пацієнт все ще повинен був  залишитися нерухомим протягом довгого  часу. На початку 1960-их, В. Райт і E. Мієрс  приєдналися до дослідницької групи  Хоурі, щоб сконцентруватися на цій  властивій проблемі із системою сполуки  водяного термостата. Результатом цих  зусиль групи було виробництво прямоконтактного сканера.

      У 1961р. Мієрс і Райт з'єдналися, щоб  утворити Physionics Engineering, і протягом року зробили прототип першого переносного  контактного сканера в Сполучених Штатах. У цього сканера був  шарнірний маніпулятор з позиціонуванням  механізмів у кожній сполуці, для  об'єднання інформації, отриманої  від датчика. „Кюветний сканер”  Хоурі - Пацієнт сидів у видозміненому  стоматологічному кріслі і був закріплений  напроти пластмасового вікна  напівкруглої кювети, заповненою сіллю.