Рис. 26. Зависимость морфологических изменений тканей головного мозга травяной лягушки от интенсивности и длительности воздействия фокусированным ультразвуком.
По оси абсцисс — время воздействия, с, по оси ординат — интенсивность ультразвука в фокальной области (осреднена по площади фокальной области), Вт/см2. Светлые кружки — отсутствие видимых морфологических изменений при световой микроскопии, черные — локальные изменения в центре фокальной области, черные треугольники — очаги изменений без четких границ с расширением сосудов и кровоизлияниями, светлые — обширные диффузные изменения с кровоизлияниями и разрывами тканей. Частота фокусированного ультразвука 2.34 МГц.
Эти данные позволяют заключить, что функциональные показатели оказались значительно лучшим индикатором изменения деятельности облученных структур мозга, чем морфологические. Они дали также возможность выявить корреляции между глубиной повреждения и степенью изменения функции и, кроме того, поставить задачу выявить те особенности действия на мозг фокусированного ультразвука, которые характерны для очень малых длительностей импульсов — составляющих десятые и сотые доли миллисекунд.
Здесь представляется уместным привести некоторые аналогии, связанные с возникновением боли при разных длительностях воздействия фокусированным ультразвуком на кожу руки человека. Достаточно обоснованная экспериментальными фактами точка зрения о том, что при возникновении кавитации в тканях наступает их разрушение, привела нас к сопоставлению интенсивностей ультразвука, вызывающих кавитацию в мягких тканях пальцев и ладони, с теми интенсивностями, которые приводят к возникновению боли. Применялась акустическая аппаратура, позволяющая регистрировать субгармонические составляющие акустического шума, появляющегося в среде при развитии в ней ультразвуковой кавитации. Исходя из данных о кавитации в водных растворах, за порог возникновения кавитации условно принимали интенсивность фокусированного ультразвука, вызывающую появление импульса, величина которого на 40 дБ превышала уровень шумов специальной аппаратуры.
Оказалось, что связи между появлением кавитации и порогом ощущения боли не существует. Наиболее интересным фактом является то, что при коротких импульсах ультразвука (1 мс) болевые ощущения не возникали во всем диапазоне возможных в наших условиях интенсивностей, хотя кавитация в среде была отчетливой. Следовательно, точка зрения о том, что болевые ощущения связаны прямой и даже количественной зависимостью с величиной разрушающих воздействий, оказывается неприемлемой. Более того, необходимо иметь в виду, что укорочение длительности импульсов является перспективным путем изучения влияний фокусированного ультразвука на функции центральных мозговых структур в силу уменьшения разрушающего воздействия, связанного как с тепловым, так и с кавитационным процессами. Последние резко уменьшаются при сокращении длительности импульса.
Можно надеяться, что именно очень короткие импульсы микросекундного диапазона дадут возможность получить сведения о режимах, при которых возможно осуществлять направленное воздействие на определенные структуры мозга без структурных повреждений облученных участков. Основанием для этого служат данные, полученные при изучении различных видов чувствительности (глава 3), а также результаты изучения функциональных эффектов, возникающих при воздействии на мозг импульсным фокусированным ультразвуком, не вызывающим структурных изменений в облученных зонах.
Функциональное действие ультразвука — медицине
Применение в клинике фокусированного ультразвука сдерживается отсутствием серийных генераторов с фокусирующими ультразвук излучателями. В настоящее время их разработкой занимаются сотрудники Акустического института им. акад. Н. Н. Андреева АН СССР и некоторых других учреждений.