Ответ для простого человека очевиден – для того, чтобы ультразвуковой датчик гладко двигался, “скользил” по коже. Своего рода смазка. Отчасти такую функцию гель действительно выполняет, но она не главная.
Главная задача геля — обеспечить качественную визуальную информацию при проведении диагностического исследования, все остальное — второстепенно.
Секрет заключается в физике ультразвука. Ультразвуковые колебания представляют собой упругие волны с частотой волны выше 20 000 герц (или 20 килогерц, или 0,02 мегагерц). В медицинской ультразвуковой диагностике используются излучатели ультразвука с частотами от 1 до 20 и выше мегагерц.
Упругие колебания могут распространяться только, если имеется некая среда, которая способна их передать. Можно представить людей, едущих в маршрутном такси. Всех сильно трясет, и ходить по салону очень непросто. Зашедший позже других пассажир, занявший последнее место в маршрутном такси, передает плату, прося расположенного ближе к нему пассажира передать ее дальше. И так происходит, пока деньги не достигнут водителя. Затем талончик и сдача совершают тот же путь к пассажиру.
Давайте представим другую ситуацию. Пассажир задержался на работе и возвращается домой очень поздно, когда все другие давно дома и маршрутные такси почти пустые. Если он займет последнее место в маршрутном такси, то он просто не сможет передать оплату, так как рядом с ним не будет людей. Ему придется во время движения пробираться по салону к водителю самому. В этом примере другие пассажиры выполняют роль “передатчиков” и при их отсутствии передача становится невозможной.
При использовании ультразвука очень важно иметь среду, способную передавать ультразвук.
Но, удивитесь Вы, в чем же проблема? Ведь мы вплотную прижимаем ультразвуковой датчик к телу пациента. И перед нами не должно быть препятствий для передачи ультразвука, т.к. каждая клетка человеческого тела содержит воду, а вода является идеальной средой для передачи ультразвуковых волн.
Здесь есть один нюанс, который ускользает от нас. Между датчиком и телом человека всегда остается тонкая воздушная прослойка, которая плохо проводит ультразвуковые волны и хорошо их рассеивает.
Самым простым решением было бы погрузить человека в ванную и там, в воде, его смотреть. Этот способ действительно существовал, но он оказался громоздким и неудобным для всех.
“Водяные подушки” не решали проблему тоже из-за воздушной прослойки. А вода, в силу своей текучести, не хотела задерживаться на теле человека надолго и просто стекала с исследуемого участка.
Как же вышли из положения ученые?
Было предложено использование такого материала как гель. Гели (от лат. gelo — «застываю») — структурированные системы, состоящие из высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ. Наличие трёхмерного полимерного каркаса (сетки, матрицы) даёт гелям механические свойства твёрдых тел: отсутствие текучести, способность сохранять форму, прочность и способность к деформации (пластичность и упругость).
Гели состоят, по крайней мере, из двух компонентов, один из которых образует непрерывную трёхмерную макромолекулярную сетку, выступающую в роли каркаса. Пустоты в этой сетке заполнены низкомолекулярным растворителем — дисперсионной средой.
Вещества, способные образовывать макромолекулярную структуру гелей, называются гелеобразователями. К ним относятся как неорганические (диоксид кремния, оксид алюминия), так и органические вещества и их смеси (поливиниловый спирт, полиакриламид, желатин, агар-агар, пектиновые вещества и др.). В качестве низкомолекулярной дисперсной фазы — наполнителя геля — выступают вода, низшие моно- и олигоспирты, углеводороды. Гели с водной дисперсной фазой называются гидрогелями, со спиртовой — алкогелями, с углеводородной — органогелями (общее название «лиогели»).
Так вот, гидрогели с гелеобразователем под названием тетраборат натрия и другими компонентами, стали решением вопроса. Вода оказалась в плену у геля. А гель не стекал с поверхности кожи. Что позволяло передать ультразвуковые колебания телу пациента в нужном месте и получить отраженное эхо несущее информацию о структуре человеческого тела.
Состав ультразвукового геля
Все вышеперечисленные вещества гипоаллергенны, не содержат иных раздражителей, безопасны для здоровья и, одновременно, придают гелям для УЗИ нужные свойства:
- высокую проводимость для ультразвуковых волн;
- хорошее скольжение;
- отсутствие растекаемости;
- достаточную вязкость;
- бактерицидные свойства;
- отсутствие запаха.
А также полную безопасность для датчиков, одежды и мебели, экономичность и полное отсутствие дискомфорта в процессе исследования.
Химическим аналогом ультразвукового геля является детская игрушка под названием “слайм” (англ. Slime — «слизь», еще у этого слова есть перевод “лизун”).