Вплив ультразвукового випромінювання на біологічні тканини: фізичні основи і технологічні принципи

Автори І.М. Лукавенко , В.В. Андрущенко, О.В. Язиков
Приналежність

Сумський державний університет, вул. Римського-Корсакова, 2, 40007 Суми, Україна

Е-mail
Випуск Том 11, Рік 2019, Номер 3
Дати Одержано 09 березня 2019; у відредагованій формі 20 червня 2019; опубліковано online 25 червня 2019
Посилання І.М. Лукавенко, В.В. Андрущенко, О.В. Язиков, Ж. нано- та електрон. фіз. 11 № 3, 03008 (2019)
DOI https://doi.org/10.21272/jnep.11(3).03008
PACS Number(s) 42.55.Wd, 42.62.Be
Ключові слова Ультразвукове випромінювання, Магнітострикційні та п'єзострикційні ефекти, Ультразвуковий скальпель, Біологічні тканини, Електроакустичний перетворювач.
Анотація

У роботі розглянуті сучасні методи, які засновані на дії різних видів випромінювання на біологічні тканини. Ультразвукове, так як і лазерне, випромінювання широко застосовується в медицині для лікувальних цілей, в діагностиці та хірургічній практиці. Авторами проведений аналіз фізичних основ і конструктивно-технологічних принципів роботи ультразвукових медичних інструментів, у тому числі ультразвукових скальпелів. Концентрація ультразвукового пучка інтенсивністю в сотні Вт/см2 на малій ділянці досягається шляхом фокусування коливальної енергії. Використання ультразвукових хвиль в хірургії ґрунтується на двох принципах: на застосуванні властивості інтенсивних ультразвукових хвиль проникати в глибину живих тканин без їх пошкодження та на впливі на об'єкт спеціальним хірургічним інструментом, який випромінює ультразвукові коливання з частотою від 20 до 70 кГц. Показано, що ультразвуковий скальпель «Harmonic» здатний виробляти три типи впливу: кавітація, коаптаціі/коагуляція і перетин. Кавітація обумовлена утворенням пухирців газу при температурі тіла за рахунок швидкої зміни обсягу тканин і внутрішньоклітинних рідин під дією вібрації. Коаптація обумовлена тим фактом, що під дією тиску і ультразвуку в тканинах відбувається фрагментація білків, яка викликає адгезію молекул колагену при низькій температурі від 37 °C до 63 °C. Коагуляція – це процес денатурації білків при температурі до 150 °C. При високочастотної вібрації відбувається швидке перерозтягнення тканин, які легко перетинаються медичним інструментом. Установлено, що при робочій частоті ультразвукового скальпеля «Harmonic» 55 kHz вплив на м'які тканини відбувається з постійною швидкістю V = 0.85 мм/с.

Перелік посилань