12.1.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ

Сложная природа зависимости степени нагрева ткани от параметров ультразвука, самой ткани и ее окружения (см. разд. 12.1.1) порождает трудности при расчете распределений температуры с необходимой точностью. Имеющиеся публикации содержат очень мало информации об экспериментально измеренных распределениях температуры in vivo. В большинстве работ сообщается об экспериментах на собаках или свиньях, хотя и есть измерения, выполненные на тканях человека.

Температурные распределения, которые возникают в облучаемом объекте мягких тканей, могут значительно изменяться, если в этом объеме или на его границе есть кость. Бендер с соавт. [5] действовали ультразвуком на бедро собаки, в которое были имплантированы термопары. Использовался ультразвук частотой 800 кГц, общей мощностью 5 Вт с излучающей поверхностью длительность облучения составляла 2 мин. Измерения температуры проводились в надкостнице, в костном мозге и в мягких тканях между излучателем и бедренной костью. Данные из этой работы приведены на рис. 12.3. Наибольший нагрев зарегистрирован на поверхности кости. Данные о различной степени нагрева тканей ультразвуком приведены также в работе [78].

Леман с соавт. [74] выдвинули предположение, что нагрев надкостницы задает порог болевых ощущений при применении ультразвука и тем самым определяет пределы безопасности его

Рис. 12.3. Увеличение температуры, измеренное в бедре собаки. Облучение ультразвуком частотой 800 кГц, интенсивностью в течение 2 мин: 1 — мягкие ткани, 2 — костный мозг, 3 — поверхность кости [5].

применения. Они показали, что у пациентов со слоем мягких тканей толщиной менее 8 см над костью порог болевых ощущений достигался быстрее (при одной и той же интенсивности), чем у пациентов с более толстым слоем мягких тканей. Измерения температуры подтвердили, что этот болевой порог определялся нагревом поверхности кости. Это могло быть следствием трансформации энергии, обсуждавшейся ранее.

Леман с соавт. [77] сравнивали коротковолновую, микроволновую и ультразвуковую диатермию тазобедренного сустава. Было показано, что нагрев при максимально переносимых дозах коротковолнового и микроволнового облучения приводит к ожогам первой степени на коже и в подкожных тканях без заметного повышения температуры самого тазобедренного сустава. В то же время ультразвук дает адекватное увеличение температуры на кости без перегрева кожи.

Существует немного примеров исследования возможности применения ультразвука для нагрева мягких тканей, не содержащих

костей, хотя это очень важно для применения в диатермии. Тер Хаар и Хоупвелл [56] провели замеры распределения температуры в мышечной ткани бедра свиньи. На рис. 12.4 приведены результаты этих измерений. Внизу показано нормальное (до нагрева) распределение температуры в мышечной ткани до глубины 4 см. Приведенные данные получены при усреднении по шести экспериментальным животным. Вверху показано распределение температуры, полученное в результате воздействия ультразвуком с частотой и интенсивностью Нормальной физиологической реакцией на подъем температуры является изменение кровотока. Объемный кровоток в ткани, который может быть вычислен из кривых охлаждения, полученных при выключении ультразвука, увеличивается в 2—3 раза по отношению к исходному при увеличении температуры до 40—45° С.

Ультразвуковой нагрев тканей до температур 42—44° С увеличивает также кровоток в бедренных артериях собаки [112].

Рис. 12.4. Распределение температуры в бедре свиньи: 1 — исходная температура; 2 — при облучении ультразвуком частотой и средней по пространству интенсивностью [56].

Рис. 12.5. Увеличение температуры в седалищном нерве мыши (III), мышечной ткани (II) и подкожных тканях (I) после облучения ультразвуком [117].

Розенбергер [117] показал, что при воздействии на седалищные нервы экспериментальных животных in situ ультразвуком интенсивностью и частотой 0,8-1 МГц нервные волокна нагрелись выше, чем окружающие их ткани (рис. 12.5). Это было также отмечено Герстеном [45]. Херрик [63] в экспериментах на крысах показал, что воздействие ультразвуком частотой 0,8-1 МГц, который не вызывает никаких видимых гистологических изменений в мышцах, окружающих нервные волокна, может приводить к повреждению самих нервных волокон. Характер этих повреждений такой же, как и при избыточном нагреве.

Хотя нагрев тканей за счет поглощения ультразвуковой энергии тканью хорошо известен, до сих пор с нужной полнотой не проведены научные исследования, которые позволили бы рассчитывать распределения температуры с необходимой точностью. Известно только, что кость или газовые включения в облучаемой ультразвуком мягкой ткани могут вызывать локальные нагревы или

«горячие точки» из-за трансформации мод колебаний, отражений ультразвука или кавитационных эффектов (см. разд. 12.2). Следует уделять особое внимание макроструктуре облучаемой ткани, когда желательно вызвать тепловой эффект или, наоборот, необходимо его избежать.