4.5.2.5. Температурная зависимость

В разд. 4.3.5 был дан общий анализ влияния температуры на затухание звука с учетом действующих механизмов поглощения и рассеяния. Отметим, что экспериментальные данные, с которыми можно было бы сравнить результаты этого анализа, чрезвычайно скудны.

Наиболее полно информация о температурных зависимостях затухания в мягких тканях собрана в работе Бэмбера и Хилла [10]. Позднее были опубликованы дополнительные данные, подтверждающие выводы указанных авторов [9, 79]. На частотах более 2 МГц в интервале температур от 6 до 40 °С затухание является монотонно спадающей функцией температуры, причем температурный коэффициент затухания уменьшается с ростом частоты и температуры. Эта зависимость усложняется на более низких частотах, где поглощение и, возможно, затухание звука несколько возрастают при повышении температуры. Аналогичные результаты были получены для яичного белка, поглощение звука в котором на частотах ниже 4 МГц характеризуется небольшим положительным значением температурного коэффициента поглощения. Выше этой частоты температурный коэффициент становится отрицательным [106]. При температурах, превышающих для свежевырезанных образцов ткани становится положительным даже на высоких частотах. Возможно, что такое поведение объясняется тепловой денатурацией макромолекул. Жировая ткань характеризуется наибольшим отрицательным значением температурного коэффициента В частности, на частоте 3 МГц при переходе от температуры тела к комнатной температуре затухание в жировой ткани возрастает почти на 300%, тогда как в других тканях это

приращение составляет около 20%. В сложной структуре молочной железы, состоящей как из жировой, так и нежировой ткани, на фиксированных частотах может меняться совершенно непредсказуемо в зависимости от направления распространения акустического пучка. Иногда этот коэффициент становится положительным даже на высоких частотах. В среднем же рассматриваемые акустические характеристики молочной железы коррелируют с данными, полученными для других биологических тканей.

Наблюдаемые температурные зависимости затухания в мягких тканях нельзя объяснить действием какого-либо одного механизма поглощения или рассеяния. По-видимому, различные механизмы будут играть преобладающую роль в зависимости от конкретных значений температуры и частоты в том или ином случае. На частотах выше 3 МГц температурная зависимость затухания в нежировых тканях аналогична температурной зависимости, полученной для плазмы крови [31]. Качественно с этим согласуется величина смещения релаксационных частот при изменении температуры, поскольку на частотах выше 3 МГц угловой коэффициент графика зависимости от действительно принимает небольшие положительные значения (см. разд. 4.3.5). Как уже отмечалось в разд. 4.5.2.4, ниже этой частоты для некоторых мягких тканей зависимость от характеризуется небольшими отрицательными значениями углового коэффициента. Такая картина согласуется также с тем, что температурные коэффициенты поглощения (см. выше) имеют положительные значения.

В большинстве мягких тканей на частотах, превышающих и при температурах выше 20 ° С затухание звука уменьшается с ростом температуры пропорционально корню квадратному из вязкости. На основании этого результата О’Доннелл и др. [169] пришли к заключению, что важную роль в этом процессе могут играть вязкие потери за счет относительного движения. При температурах ниже 20 °С жировая ткань, а также и другие ткани характеризуются отрицательным температурным коэффициентом затухания который спадает с ростом температуры значительно круче, чем корень квадратный из вязкости [7]. На рис. 4.11 представлены суммарные данные по поглощению и затуханию звука в тканях центральной нервной системы мыши, кошки и человека. Эти данные получены in vivo, на свежих образцах in vitro, а также на фиксированных образцах. Конечно, нежелательно на одном графике изображать различные величины, полученные при неидентичных условиях на образцах различного вида, однако ограниченность

Рис. 4.11. Изотермические зависимости параметра от частоты для тканей центральной нервной системы. На частотах ниже 1 МГц представленные зависимости характеризуют поглощение звука в спинном мозге мыши [50], выше 1 МГц эти графики соответствуют затуханию звука в фиксированном мозге коровы [10]. Результаты Робинсона и Лили [187] для затухания в мозге кошки на частоте в интервале температур от 30 до 50 °С, а также данные Кремкау и др. [118] для мозга человека согласуются с представленными зависимостями. Данные этих авторов мы не приводим, чтобы не загромождать рисунок.

информации исключает другую возможность. Специфика представленных на рис. 4.11 графиков заключается в том, что, хотя центральная частота области низкочастотной релаксации смещается в сторону больших значений с ростом температуры, усредненная амплитуда релаксации является, по-видимому, спадающей функцией температуры. Кроме того, форма релаксационной кривой меняется при изменении температуры [30]. В настоящее время все эти факты не имеют объяснения.

По данным работы [112] в частотном диапазоне 1,4 —4,5 МГц затухание звука в костях увеличивается с ростом температуры. В работе [30] высказывалось предположение, что это может быть связано с небольшими отрицательными значениями углового коэффициента зависимости от в костях. В то же время автор

работы [16] считает, что подобное поведение может служить и доказательством того, что механизм затухания звука связан с явлением рассеяния.