дующий участок аорты. Растяжение и посте- насос					клапан
пенное сжатие стенок аорты и артерий обес-
печивает равномерное протекание крови и на-
зывается пульсовой волной. Она характеризу-
ется частотой сердечных сокращений – пуль-
сом – и отражает общую динамику работы
сердца и сосудов. Скорость пульсовой волны
около 6-8 м/с.
Теперь перейдем к описанию методов
измерения давления крови и пульса.
Один из методов основан на измерении
давления воздуха в резиновой манжете, пере-					Рис. 2
жимающей артерию. Манжету накладывают

на одну из конечностей, и нагнетают воздух до давления большего 120 мм рт. ст. (больше артериального). В состоянии расслабления мышц давление манжеты почти полностью переходит на артерию. Манжета пережимает артерию, и кровь через нее не течет. В артерии не прослушивается никаких шумов. Затем давление в манжете постепенно понижают, выпуская из нее воздух. При достижении в манжете давления около 120 мм рт. ст. кровь начинает прорываться через узкое отверстие в артерии с большой скоростью (число Рейнольдса превышает критическое значение). Течение становится турбулентным (вихревым), и мы начинаем слышать шумы (тоны), которые стихают по мере уменьшения давления в манжете. При дальнейшем снижении давления ниже артериального (70 мм рт. ст.), кровь начинает спокойно течь по артерии, течение становится ламинарным (безвихревым), шумы исчезают. Итак, показание манометра при первом появлении тонов соответствует максимальному (систолическому) давлению, а показания в момент резкого ослабления последовательных тонов соответствуют минимальному (диастолическому) давлению.

При измерении давления крови у животных манжету можно накладывать на плечевую, запястную, бедренную, височную или хвостовую артерии. Пульс у животных измеряют на определенных артериях: у лошадей – на наружной подчелюстной, у коров – на лицевой, у мелких животных – на бедренной.

Существуют и электронные измерители давления, некоторые из них основаны на эффекте Доплера. Они регистрируют давление и пульс в реальном времени с графической записью на компьютер, что позволяет следить за этими параметрами при физических нагрузках, во время операций и т.п. Исследование давление и пульса – важный метод медицинской и ветеринарной диагностики, так как эти параметры характеризуют работу сердца и сосудов.

§ 2. Ультразвуковые методы диагностики и лечения

Частотный диапазон ультразвуковых волн начинается от 20 кГц. Человек и большинство животных этот звук не воспринимают. Это высокочастот-

9

ные колебания и распространяются на сравнительно малые расстояния (несколько сантиметров и меньше в зависимости от среды).

Получение и регистрация ультразвука.

Для получения и регистрации ультразвука используют электромеханические генераторы и детекторы. Источники ультразвука (УЗ) преобразуют подводимую к ним электрическую энергию в энергию механических колебаний, а приемники ультразвука преобразуют энергию механических колебаний в электрическую. Наибольшее распространение получили приборы на основе пьезоэлектрического и магнитострикционного эффектов.

Некоторые диэлектрики, имеющие кристаллическую структуру, например, кварц, обладают способностью к поляризации вследствие механических деформаций под действием внешних сил. При этом на противоположных поверхностях кристалла появляются противоположные электрические заряды, и, значит, между ними возникает разность потенциалов (напряжение). При прекращении действия внешних сил напряжение исчезает. Это яв-

ление называется прямым пьезоэлектрическим эффектом. Прямой пьезоэф-

фект используется в детекторах (приемниках) ультразвука, например, в диагностической аппаратуре.

Пьезоэффект обратим: в кристалле, помещенном в электрическое поле, возникают механические деформации, которые являются следствием смещения под действием поля либо полярных молекул, либо структурных групп молекул кристалла. Такой эффект называется обратным пьезоэлектрическим эффектом. Для получения обратного пьезоэффекта на определенные грани кристаллов (кварца) накладывают электроды, к которым подводится переменное напряжение с частотой равной резонансной частоте колебаний кварцевой пластинки. Этот эффект используется в ультразвуковых генераторах, входящих в состав диагностических и терапевтических аппаратов.

Прибор для ультразвуковых исследований включает УЗ-генератор и УЗ-детектор в одном корпусе. Генератор (УЗГ) создает электрические колебания с ультразвуковой частотой, поступающие на излучатель (пьезокристалл), от которого в ткани распространяется ультразвуковая волна. Приемник (тоже пьезокристаллическая пластина) принимает отраженный от границ органов ультразвук и преобразует его в электрические колебания, которые

УЗГ	электронная схема	монитор
излучатель	приемник
	контактная смазка
	мышечная ткань
	исследуемый орган	Рис. 3

10

обрабатываются в электронной схеме и выводятся на монитор в виде изображения исследуемой области организма. Упрощенная схема ультразвукового диагностического прибора изображена на рис. 3.

Преобразователи другого типа основаны на явлении магнитострикции. Это явление похоже на пьезоэффект, только возникает не в электрическом, а в магнитном поле. Если ферромагнитный стержень, например, из железоалюминиевого сплава, поместить в магнитное поле, он деформируется. Если при этом магнитное поле будет переменным, деформации тоже будут переменными с частотой изменения поля. То есть возникнут механические колебания стержня, создающие акустическую волну в окружающей среде.

В современной УЗ-аппаратуре используют оба вида преобразователей: пьезоэлектрические применяют для получения ультразвука высоких частот (выше 100 кГц), магнитострикционные – для получения ультразвука меньших частот (20-100 кГц). Для медицинских и ветеринарных целей обычно используют генераторы небольшой мощности (10-20 Вт).

Ультразвуковая диагностика.

УЗ-диагностика применяется наряду с рентгеновскими, оптическими и другими диагностическими методами, а в некоторых случаях успешно их заменяет. Безопасность и относительная простота по сравнению с рентгенографией способствовали тому, что УЗ-диагностика вышла на ведущее место в клинических исследованиях, позволяя определять локализацию опухолей, обнаруживать инородные тела в тканях, визуализировать глубокорасположенные участки организма и т.п.

В диагностической практике для ультразвуковой локации создан метод УЗИ (ультразвукового исследования), основанный на отражении ультразвуковой волны от границ исследуемого органа. При этом ультразвук проявляет границу органов, различающихся по плотности всего на 0,1%, в то время как для рентгеновского излучения необходима разность плотностей не менее 10%, и приходится вводить контрастирующие вещества. Метод УЗИ точно определяет форму поверхности органа, ее нарушения, изменение объема органа, наличие в нем новообразований (опухолей) и их точные размеры.

Особенно большими возможностями и преимуществами обладает разновидность УЗИ, основанная на эффекте Доплера, поскольку позволяет изучать не только расположение тех или иных органов и участков тканей, но и динамику физиологических процессов.

С помощью эффекта Доплера по изменению частоты ультразвуковой волны можно измерять скорость движения эритроцитов в различных участках кровеносной системы, а также жизнеспособность движущихся клеток, например, спермиев перед искусственным оплодотворением сельскохозяйственных животных. Кроме того, создана аппаратура, позволяющая на основании этого эффекта определять геометрические и кинематические характеристики элементов сердца.

Метод УЗИ на основе эффекта Доплера используется также в гинекологии и акушерстве. Например, для диагностики беременности сельскохо-

11

зяйственных животных. С помощью этого метода удается различить эмбрион у лошади или коровы на 25-й день после оплодотворения, у овцы – на 65-й день, у свиньи – на 27-день. Кроме того, этот метод позволяет прослушивать сердце плода, устанавливать многоплодие (доплеровские сдвиги частот от нескольких сердец), измерять скорость кровотока в маточных артериях и движения жидкости в пуповине, делать заключение о наличии эмболии (о переносе потоком крови частиц – эмбол, вызывающих закупорку сосудов), контролировать работу мочевого пузыря плода и многое другое. Существующая аппаратура позволяет определять сердечную деятельность плода начиная с 9-10 недель беременности, выясняя таким образом наличие возможных патологий.

Ультразвуковая терапия.

Терапевтическое действие ультразвука обусловлено механическим, тепловым и физико-химическим факторами. Их совместное действие увеличивает проницаемость клеточных мембран, расширяет кровеносные сосуды, улучшает обмен веществ.

В ветеринарии ультразвук широко используют для лечения заболеваний суставов, сухожильного аппарата, мышечных атрофий, атонии преджелудков жвачных животных и др. Под действием ультразвука быстрее срастаются кости. Применяют в ветеринарии и фонофорез, то есть введение с помощью ультразвука в ткани через поры кожи некоторых лекарств (гидрокортизона, тетрациклина и др.). Под действием ультразвука увеличивается проницаемость клеточных мембран, что способствует эффективному проникновению в клетку лекарственных веществ. УЗ-облучение совместно с фонофорезом широко используется при лечении маститов у коров, коз и овец.

Терапевтические частоты ультразвука 0,5-1,0 МГц при интенсивности 0,1-0,6 Вт/см2 в курсах по 6-12 процедур по 3-15 минут. При этом наблюдается общий для всех физических факторов закон – общестимулирующее действие низких интенсивностей. Напротив, высокоинтенсивный ультразвук вре-

ден, так как вызывает микроразрывы в жидкости (кавитационные пузырьки), которые разрывают мембраны клеток и даже молекулы биополимеров.

Это нужно безусловно помнить при подготовке к проведению диагностических и терапевтических процедур на ультразвуке.

Ультразвуковая хирургия.

Для разрушения тканей в УЗ-хирургии существует два метода. Первый основан на действии самого ультразвука, а второй – на использовании хирургического инструмента, совершающего ультразвуковые колебания.

Ультразвук используется в хирургических операциях по сращиванию костей. Область перелома заполняют костной щебенкой, смешанной с жидкими пластмассами (например, с циакрином), которые под действием ультразвука быстро полимеризуются, создавая прочный сварной шов, который постепенно рассасывается и заменяется костной мозолью.

Успешно проводятся операции по удалению опухолей в мозговой ткани без вскрытия черепной коробки. Несколько излучателей, укрепленных на

12

	голове пациента, испускают пучки ультразвука, фокуси-
	рующиеся на опухоли, как показано на рис. 4. Интенсив-
	ность каждого пучка не приводит к повреждению здоро-
	вой ткани, а в месте их схождения интенсивность много-
	кратно возрастает, и опухоль разрушается под действием
	кавитации и выделяющегося тепла. Излучателями служат
	вогнутые пьезокерамические пластинки с резонансными
	частотами от 0,5 до 4 МГц при интенсивности порядка 0,1
	Вт/см2.	Рис. 4
	С помощью ультразвука можно также рассекать

ткани: хирургические инструменты (скальпели, пилки, иглы) соединяют с магнитострикционными преобразователями, и инструмент начинает «дрожать». Амплитуда колебаний режущего инструмента обычно составляет 1050 мкм при частоте от 20 до 50 кГц. Преимущества метода следующие: снижение усилия резания, уменьшение болевого ощущения при операции, кровоостанавливающий и стерилизующий эффекты ультразвука. УЗ-резку применяют при рассечении любых мягких тканей. УЗ-скальпели различной формы позволяют проводить операции без вскрытия грудной клетки в дыхательных органах, пищеводе, на кровеносных сосудах. Так, вводя в вену длинный и тонкий УЗ-инструмент, можно разрушать холестериновые утолщения в этих сосудах. Ультразвук позволяет не только разрезать, но и «сваривать» мягкие ткани. Если сложить два разрезанных кровеносных сосуда и прижать их друг к другу, то после облучения образуется сварной шов, не уступающий по прочности шву, сделанному нитками.

13