Введение. 
Ультразвук в медицине, ветеринарии и биологии

Ультразвуковая техника начала развиваться во время Первой мировой войны. Именно тогда, в 1914 г., испытывая в большом лабораторном аквариуме новый ультразвуковой излучатель, выдающийся французский физик-экспериментатор Поль Ланжевен обнаружил, что рыбы при воздействии ультразвука забеспокоились, заметались, затем успокоились, но через некоторое время стали гибнуть. Так случайно был проведен первый опыт, с которого началось исследование биологического действия ультразвука.

В конце 20-х годов XX в. были сделаны первые попытки использовать ультразвук в медицине. А в 1928 г. немецкие врачи уже применили ультразвук для лечения заболеваний уха у людей. В 1934 г. советский отоларинголог Е. И. Анохриенко ввел ультразвуковой метод в терапевтическую практику и первым в мире осуществил комбинированное лечение ультразвуком и электрическим током. Вскоре ультразвук стал широко применяться в физиотерапии, быстро завоевав славу весьма эффективного средства.

Прежде чем применить ультразвук для лечения болезней человека, действие его тщательно проверяли на животных, но новые методы в практическую ветеринарию пришли уже после того, как нашли широкое применение в медицине. Первые ультразвуковые аппараты были весьма дороги. Цена, конечно, не имеет значения, когда речь идет о здоровье людей, но в сельскохозяйственном производстве с этим приходится считаться, поскольку оно не должно быть убыточным.

Первые ультразвуковые лечебные методы основывались на чисто эмпирических наблюдениях, однако параллельно с развитием ультразвуковой физиотерапии разворачивались исследования механизмов биологического действия ультразвука. Их результаты позволяли вносить коррективы в практику применения ультразвука.

В 1940;1950 годах, например, полагали, что в лечебных целях эффективен ультразвук интенсивностью до 5…6 Вт/см² или даже до 10 Вт/см². Однако вскоре применяемые в медицине и ветеринарии интенсивности ультразвука стали уменьшаться. Так в 60-е годы XX в. максимальная интенсивность ультразвука, генерируемого физиотерапевтическим и аппаратами, уменьшилась до 2…3 Вт/см², а выпускаемые в настоящее время аппараты излучают ультразвук с интенсивностью, не превышающей 1 Вт/см². Но сегодня в медицинской и ветеринарной физиотерапии чаще всего используют ультразвук с интенсивностью 0,05…0,5 Вт/см².

Создание электронных быстродействующих импульсных систем обработки радиолокационных сигналов в период Второй мировой войны стимулировало развитие ультразвуковой диагностики. В настоящее время ультразвуковое обследование ежегодно проходят около 60 млн пациентов. В ветеринарной практике ультразвуковые методы позволяют проводить раннюю диагностику беременности животных, определять толщину жира и мышц, визуализировать внутренние органы и т. д.

Около 40 лет насчитывает история ультразвуковой хирургии, основанной на результатах исследований и разработок советских ученых. Сегодня ультразвуковые скальпели и специальные ультразвуковые инструменты широко используются для рассечения мягких, хрящевых и костных тканей, для удаления катаракты и лишних жировых отложений, для санации ран и полостей. Фокусированный ультразвук успешно применяется для разрушения опухолевых образований в глубине организма без нарушения целостности покровных тканей, для раздражения или разрушения отдельных нервных структур и т. д.

Ультразвуковые методы стали настолько привычными, что в последнее время в продаже появились домашние ультразвуковые приборы для лечения «от всех болезней», для глубокого массажа, для стирки белья, для отпугивания грызунов и пр. Некоторые из них в принципе не могут обеспечить обещанный в рекламных проспектах эффект, применение других для самолечения просто опасно, так как при неправильном применении они могут нанести вред организму.

Многие ультразвуковые методы, прочно занявшие свое место в медицине, уже используются в практической ветеринарии, другие, разработанные и опробованные, по разным причинам еще не нашли широкого распространения. Об одних пока еще мало знают специалисты, применение других задерживается из-за высоких (для сельскохозяйственного производства) цен на современное ультразвуковое оборудование.

В лабораториях научно-исследовательских учреждений создаются новые методы, цель которых — упростить методы и существенно сократить сроки лечения человека и животных, увеличить продуктивность животных, улучшить условия труда врачей и ветеринарных специалистов. Исследования дают новые результаты, и не исключено, что, воздействуя ультразвуком на отдельные участки мозга и биологически активные точки животных, человек в будущем сможет управлять их поведением и регулировать их продуктивность.

В прошлые годы было издано немало книг, посвященных применению ультразвука в медицине, и лишь единицы, в которых рассматривались вопросы использования ультразвуковых методов в ветеринарной практике и биотехнолигии. В большинстве из этих книг основное место занимает описание экспериментальных данных.

В предлагаемом учебном пособии предпринята попытка с позиций современной биофизической акустики проанализировать результаты многочисленных исследований и практического использования ультразвука в медицине и ветеринарии, а также показать пути оптимизации известных ультразвуковых методов и возможности новых областей применения ультразвука в диагностике, хирургии, терапии. Рассмотрены также задачи биотехнологии, экологии, кормопроизводства, фармации, которые эффективно решаются с использованием ультразвуковых методов.

Ввиду отсутствия специальных учебных курсов или даже разделов по биофизике ультразвука и ультразвуковым методам, а также учебных пособий и справочной литературы по этой теме потребовалось введение в книгу разделов, посвященных элементам физики ультразвука, взаимодействию ультразвука со средой, механизмам его биологического действия.

Данное учебное пособие призвано помочь будущему исследователю, инженеру и врачу лучше разобраться в механизмах лечебного действия ультразвука, глубже понять возможности диагностических ультразвуковых методов, природу ультразвукового ускорения биотехнологических процессов и т. д. Тема находится на стыке ряда научных дисциплин, где нередко одни и те же термины обозначают разные понятия. Не установилась окончательно терминология и в бурно развивающейся биофизике ультразвука.

Поскольку достаточно подробно осветить материалы всех предшествующих работ не представлялось возможным из-за ограниченности объема, в книге приведены ссылки на публикации, обобщающие результаты оригинальных приоритетных исследований, или аналитические обзоры.

Учебное пособие рекомендовано студентам и аспирантам, изучающим курс «Биомедицинская техника», а также специалистам, работающим в области ультразвуковой физиотерапии, хирургии, диагностики, биотехнологии, экологии, физикам-акустикам, биофизикам, физиологам, инженерам-исследователям, разработчикам ультразвуковой аппаратуры.

Авторы выражают глубокую признательность рецензентам — доктору химических наук, профессору И. А. Крылову и доктору химических наук, профессору Н. В. Макарову.