Борис Кудрявцев - О неслышимых звуках

Чувствительность ультразвукового дефектоскопа позволяет определять глубину закаленного слоя металла.

Как известно, многие части машин подвергают закалке, чтобы придать им повышенную твердость. Для этого не обязательно закалять всю деталь целиком; достаточно закалить лишь ее внешний слой.

При определении глубины закаленного слоя, как и при исследовании сварных швов, ультразвуковой луч вводят наклонно к поверхности металла. Ультразвуковой сигнал отражается от границы закаленного и незакаленного слоев. По интенсивности эхо-сигнала можно составить представление о качестве закалки.

Методы ультразвуковой дефектоскопии можно применить в медицине. Обычно для этой цели успешно пользуются просвечиванием рентгеновскими лучами. Однако просвечивание головного мозга рентгеновскими лучами затруднительно. Лучи плохо проникают через черепную коробку.

Иначе обстоит дело с ультразвуком. Ультразвуковым колебаниям черепная коробка оказывает сравнительно небольшое сопротивление, и поэтому естественно было попытаться вместо рентгеновских лучей применить ультразвуки. Хотя в этом направлении сделаны только первые шаги, но и они заслуживают того, чтобы о них рассказать.

Поглощение ультразвуковых лучей различными частями мозга различно. Поэтому для изучения строения мозга попытались применить сквозное прозвучивание. В частности, таким методом удается исследовать строение мозговых желудочков. При исследовании мозга ученые пользуются ультразвуком очень малой мощности. Такой ультразвук совершенно безвреден, как безвреден обычный слышимый звук.

На рис. 54 изображено сравнение рентгеноскопического и ультразвукового исследования мозга. Заштрихованные области соответствуют расположению мозговых желудочков, найденному с помощью рентгеновского исследования. Ниже изображена интенсивность ультразвуковых сигналов, прошедших через мозг при прозвучивании. Прозвучивание производилось вдоль линии, приблизительно делящей мозг пополам. При перемещении излучателя и приемника ультразвука вдоль линии хх расстояние между ними меняется, так как мозг имеет округлую форму. Относительно большая интенсивность прошедшего сигнала в левой части рисунка объясняется тем, что путь ультразвукового луча в мозговом веществе был невелик. По мере увеличения этого пути интенсивность принятого сигнала падает вплоть до точки е . Два пика интенсивности С и В соответствуют заштрихованным областям справа и слева от точки d на верхнем рисунке. Путь луча в этих случаях проходит через мозговые желудочки, и поглощение колебаний невелико. Когда ультразвук выходит из области расположения мозговых желудочков, интенсивность прошедших через мозг импульсов вновь уменьшается. Это и наблюдается в точках c и b .

Интенсивный сигнал А соответствует опять же заштрихованной области на верхней диаграмме, то есть области мозгового желудочка. После точки а интенсивность прошедшего через мозг сигнала увеличивается, но не вследствие изменения поглощения звука в мозговом веществе, а как результат уменьшения длины пути, проходимого ультразвуковым лучом. При прозвучивании мозга возникают некоторые трудности. Ультразвуковые сигналы отражаются от черепной коробки и, складываясь с посылаемыми сигналами, изменяют их мощность. Чтобы уменьшить осложнения в работе, пользуются специальной камерой. Излучатель полностью изолирован от отделения камеры, где помещен приемник ультразвука. С помощью такого аппарата, снабженного устройством для записи, можно получить ультразвуковую диаграмму расположения мозговых желудочков.

Для обнаружения и распознавания злокачественных опухолей более эффективным оказалось применение прибора, очень похожего на отражательный дефектоскоп. На пути к решению этой задачи встретилось очень много затруднений. Сложное строение тканей человеческого организма приводило к тому, что при прозвучивании возникало множество эхо-сигналов, разобраться в природе которых было исключительно трудно.

Однако затруднения не остановили исследователей, и в конце концов, как сообщают зарубежные журналы, настойчивость ученых была вознаграждена. В результате многочисленных опытов было установлено, что можно отличить эхо-сигналы, приходящие от нормальной ткани, от эхо-сигналов, приходящих от ткани, пораженной опухолью. Более того, при обнаружении опухоли характер эхо-сигналов позволил устанавливать и ее природу. Если эхо-сигналы были менее плотными, чем от нормальной ткани, это указывало на то, что обнаружена доброкачественная опухоль. Раковая опухоль, наоборот, обнаруживалась как область более плотных сигналов на ослабленном фоне.

Преимущества нового метода сделались особенно ясными, когда ультразвуковому исследованию был подвергнут больной, у которого лечащие врачи не могли обнаружить опухоль, но подозревали, что она существует, поскольку в ткани наблюдался воспалительный процесс. С помощью ультразвука удалось обнаружить совсем небольшую, но, судя по характеру ультразвуковых сигналов, несомненно злокачественную опухоль. Последующая операция подтвердила правильность диагноза. У больного была удалена раковая опухоль размером всего в 7 миллиметров! Ничтожные размеры опухоли не давали возможности обнаружить ее обычными способами.

Злокачественная опухоль может возникнуть в самых различных органах, однако, как показывают наблюдения, она чаще возникает в определенных частях организма, которые и необходимо подвергать контролю в первую очередь. Распространенной формой злокачественной опухоли является рак груди, и естественно, что один из первых аппаратов для ультразвуковой диагностики рака был предназначен для обнаружения именно этой формы заболевания. Этот аппарат снабжен миниатюрным излучателем ультразвуковых импульсов с частотой 15 миллионов колебаний в секунду, посылаемых один за другим через очень короткие промежутки времени, исчисляемые тысячными долями секунды. Возникающие ультразвуковые эхо-сигналы превращаются в световые и наблюдаются на экране электронно-лучевой трубки. Очень сложное радиотехническое устройство заставляет лучик в электроннолучевой трубке перемещаться таким образом, что на экране возникает изображение, которое соответствует тому, что можно было бы увидеть, если разрезать исследуемую ткань по направлению ультразвуковых сигналов. При этом на изображении, возникающем на экране, более интенсивным эхо-сигналам соответствуют более светлые участки, а менее интенсивным — темные. Мы видим, что описанное ультразвуковое изображение отличается от рентгеновского, при котором то, что наблюдается на экране, соответствует плоскости, перпендикулярной рентгеновскому лучу, в то время как ультразвуковое изображение — плоскости, совпадающей с лучом.