骨骼肌是保持人体姿态和控制运动的重要器官,在肌肉疲劳、损伤或疾病的情况下,如果继续不科学地运动或处理不够及时,可能会引起肌纤维更严重的损伤、断裂甚至应力性骨折等伤痛,严重影响人们的日常生活或体育训练效果,因此肌肉组织损伤和病变功能恢复的诊断和治疗对于人体健康和正常生活具有重要的现实意义。为探讨超声在肌肉组织内的生物效应,本文从肌肉组织中的超声传输特征出发,研究低强度脉冲超声的生物学效应,探讨了低强度脉冲超声对SD大鼠后肢腓肠肌的持续被动振动过程中的肌力变化的影响;同时研究了表皮,脂肪,肌肉及骨组成的多种人体组织的实际结构体系中低强度脉冲超声和低强度脉冲聚焦超声的热效应,为超声在肌肉组织作用的应用提供理论研究基础。本文的主要内容包括:(1)利用时域有限差分法研究肌纤维的力学特性,探讨肌纤维的固有频率以及在相应频率下的振动模型。研究了低强度脉冲超声对SD大鼠后肢腓肠肌肌力的影响并设计相应的实验,研究肌力随超声作用的变化规律。研究对SD大鼠后肢胫神经施加不同频率恒定电流强度的刺激时腓肠肌肌力变化与外界低强度脉冲超声作用的关系,理论和实验研究表明:无超声作用时,肌力在电刺激频率为30Hz-70Hz之间非线性增加,在70Hz-1 10Hz之间非线性减少,且在70Hz处肌力值达到最大,不同个体间虽存在肌力大小的差异,但总体规律相同。超声作用后:肌力下降速度明显降低,在电刺激频率为30Hz、50Hz、70Hz、90Hz和110Hz频率处肌力下降的斜率分别减小的百分比为41.64%、37.11%、36.84%、27.77%和34.90%。从结果上来看,低强度脉冲超声作用于腓肠肌,随电刺激频率增加肌力下降的幅度显著降低,表明在肌肉持续振动的过程中,低强度脉冲超声对于肌肉力量的下降有明显的缓减作用。(2)研究了多重人体结构组织在低强度脉冲超声与低强度脉冲聚焦超声的温度效应。在合理超声作用参数范围内,低强度脉冲超声造成组织的有效温升较小,存在热效应的可能性较小。而低强度聚焦超声能够在焦点位置引起有效生物组织升温,对于诊断来说需要避免这类热效应,而作为有生物效应的治疗或肌肉功能恢复作用的热效应潜在的生物效应机制值得继续研究。因此,我们研究了超声激励参数与热效应的关系:随着激励声压、中心频率和占空比的增大,轴向声强和焦点位置的温度增大;随着脂肪厚度增大,焦点位置的温度减少。本文理论研究及实验结果表明:低强度脉冲超声对肌纤维的作用可以表现为对肌力下降程度的改变,可以应用于缓减连续振动过程中的疲劳,甚至是损伤肌肉恢复需求中。低强度脉冲聚焦超声可以产生特定位置和特定区域的升温,通过调整不同的超声参数在焦点处得到理想的升温。可为肌肉损伤或肌肉病变治疗提供新思路。