Ultradźwięki

Fale ultradźwiękowe

Falami nazywamy zaburzenia stanu ośrodka, rozchodzące się ze skończoną prędkością i niosące ze sobą energię

W zależności od rodzaju ośrodka występują różnego rodzaju zaburzenia jego stanu: w gazach to zaburzenia gęstości w cieczach gęstości i kształtu powierzchni.

Zakres drgań mechanicznych

Zakres drgań mechanicznych obejmuje bardzo szerokie pasmo częstotliwości.

Fale akustyczne – od 16 drgań na sekundę (16 Hz) do 16 000 drgań na sekundę (16 kHz) są słyszalne dla ucha ludzkiego.

Ultradźwięki jako fale mechaniczne

• Ultradźwięki, jak i inne fale mechaniczne mogą rozchodzić się jedynie w ośrodkach materialnych, ponieważ ich ruch jest podtrzymywane przez wzajemne oddziaływanie między cząsteczkami ośrodka.

• W sposób zasadniczy różni to fale ultradźwiękowe

• Najprostszym rodzajem dali mechanicznej jest fala sinusoidalna, wywołana okresowo powtarzającymi się drganiami cząstek wokół…

Okres fali

• Okres – czas wykonania jednego pełnego drgania w ruchu drgającym, czyli czas pomiędzy wystąpieniami tej samej fazy ruchu drgającego : T= 1 / f

Prędkość fali

• Prędkość, z jaką energia fali ultradźwiękowej rozchodzi się w ośrodku zależy od wzajemnego oddziaływania pomiędzy sąsiednimi cząstkami

• Związane jest ono ze sprężystością k ośrodka i jego gęstością.

Częstotliwość fali

• Ilość drgań wykonywanych w ciągu sekundy nazywamy częstotliwością drgań f

• Między okresem i częstotliwością zachodzi zależność : f = 1 / T

• Jednostką częstotliwości jest 1 Hz (herc)

Ultradźwięki są to drgania mechaniczne o częstotliwości przekraczającej granice słyszalności ucha ludzkiego.

W lecznictwie znajdują zastosowanie najczęściej częstotliwości 800, 1000, 1200 kHz.

Jeśli układ drgający znajduje się wewnątrz sprężystego ośrodka, to pobudza on do drgań sąsiadujące z nimi cząsteczki ośrodka, które zaczynają drgać około swych położeń równowagi. Drgania te przenoszone są na dalsze cząsteczki i w ten sposób powstaje fala ultradźwiękowa.

Pole dźwiękowe:

• Część ośrodka, w której występuje zjawisko fal dźwiękowych

• Kształt pola zależy od: rozkładu energii drgań dźwiękowych; stosunku wymiarów źródła drgań do długości fali; kształtu źródła drgań; pochłaniania i przeszkód w rozchodzeniu się fali

• Pole bliskie – kształt cylindryczny

• Pole dalekie – pole stożkowe

• Rozkład energii w polu jest nierównomierny i zależy od właściwości akustycznych ośrodka

Podstawy fizyczne ultradźwięków:

• Interferencja

• Odbicie

• Fale stojące

• Ugięcie

• Pochłonięcie (absorpcja)

• Kawitacja (w lecznictwie niepożądane)

Interferencja:

• Powierzchnię przetwornika, która wytwarza drgania można traktować jako zbiór punktów drgających, z których każdy wytwarza elementarną falę półkolistą

• W wyniku nakładania się fal elementarnych, czyli interferencji, powstają fale rzeczywiste płaskie. Dochodzi…

Odbicie:

• Jeśli fala ultradźwiękowa napotyka na swoim przebiegu ośrodek różnicy się gęstością, to zostaje ona częściowo lub całkowicie odbita

• Stosunek energii odbitej do energii fali podającej nazywa się współczynnikiem odbicia. Wartość jego zależy od właściwości akustycznych ośrodka.

• Współczynnik odbicia osiąga wysokie wartości przy przejściu z ośrodka stałego do ciekłego lub gazowego, bądź odwrotnie

Odbicie fali:

Odbicie – zachodzi wówczas, gdy fala mechaniczna napotyka na swej drodze przeszkodę

Fale odbite mogą interferować z falami podającymi wywołując tzw. fale stojące. Fale tego typu powstają wówczas, gdy spotykają się fale o jednakowej częstotliwości i amplitudzie drgań, a o przeciwnym kierunku…

Ugięcie:

• Jeśli na swym przebiegu fala napotyka przeszkodę lub szczelinę o wymiarach rzędu długości fali. W taki przypadku przeszkody stają się źródłem….

Załamanie fali:

• Załamanie – zachodzi, jeżeli fala mechaniczna przechodzi z jednego ośrodka do drugiego

• Współczynnik załamania ośrodka jest miarą,…

Pochłonięcie (absorpcja):

• Występuje wówczas gdy natężenie fali ultradźwiękowej maleje w miarę oddalania od źródła drgań, w wyniku pochłaniania jej energii przez ośrodek

• Pochłonięcie jest uzależnione od częstotliwości oraz właściwości ośrodka

• Największe….

• Tkanki ludzkie ze względu na różnorodną budowę wykazują różną zdolność do pochłaniania ultradźwięków

• Duża zdolność do pochłaniania wykazuje tkanka nerwowa, mniejszą tkanka mięśniowa, a najmniejszą tkanka tłuszczowa

• Fale o długości krótszej, ale większej częstotliwości są pochłaniane na mniejszych głębokościach, dłuższe zaś na większych

Głębokość połówkowa

Nie istnieje taka odległość, na której zostałaby pochłonięta cała energia, zatem wprowadza się parametr ‘głębokości połówkowej’, czyli odległość, na jakiej zostanie poch łonięta połowa energii.

Kawitacja:

• Powstaje w wyniku oddziaływania na ciecze ultradźwięków o czestoltiwości drgań poniżej 500 kHz

• Fala ultradźwiękowa na skutek działania zmiennych ciśnień powoduje niszczenie spójności cieczy i powstanie pustych przestrzeni wypełniających się parami cieczy lub rozpuszczonymi w niej gazów. Przestrzenie te zanikają po pewnym czasie, ale wytwarzają przy tym bardzo silną fale mechanicznąm, która prowadzi do zniszcenia danej powierzchni poddawanej zabiegowi

Zgodnie z prawem Grotthusa-Drapera energia ultradźwięków wywołuje w tkankach odczyn, jeżeli zostanie przez nie w dostatecznej ilości…

Działanie biologiczne ultradźwięków:

• Działanie miejscowe (pierwotne)

Polega na powstawaniu zmian w tkankach w chwili nadźwiękawiania i zmiany te są związane bezpośrednio z działaniem energii ultradźwiękowej, wywołującej zmieny fizyczne i chemiczne ograniczonych do miejsca jej oddziaływania.

• Mechaniczne – pod wpływem zadziałania ultradźwięków dodchodzi do powstania fali mechanicznej, która oddziałuje na tkanki wywołując w niech tzw. wewnętrzny masaż tkankowy. Powstaje on w wyniku działania sił rozciągających i ściskających, gdzie elementy komórkowe są wprowadzona….

„masaż” ten spowodowant również wahaniem ciśnień fali ultradźwiękowej w poszczególnych komórkach w wyniku takiego działania dochodzi do pobudzenia przemiany materii komórkowe…

• Cieplne – efekt termiczny powstaje na skutek naprzemiennego ściskania i rozciągania mas komórkowych. Następuje tu przekształcenie energii mechaniczne w energię cieplną. W komórkach dochodzi do powstania ruchu i wytworzenia ciepło (ciepło endogenne).

Stopień przegrzania tkanek zależy od:

• Dawki natężenia

• Czasu nadźwiękawiania

• Właściwości fizycznych tkanek

Najsilniej przegrzewa się tkanka nerwowa, następnie mięśniowa, a najsłabiej tłuszczowa. Największe jednak przegrzanie występuje w pobliżu powierzchni granicznych niejednorodnych…

• Fizykochemiczne

Pod wpływem ultradźwięków dochodzi do zmian w strukturze tkanek. Dochodzi do zmian niektórych reakcji chemicznych jak:

• Zwiększa się przewodność elektryczna

• Wyzwalają się procesy oksydacyjne

• Następuje przesunięcie pH w kierunku zasadowym

• Szybsze wchłanianie wody w tkankach

• Reakcje w roztworach wodnych, w wyniku których dochodzi do rozpadu wody na wodór i rodnik hydroksylowy

• Działanie ogólne (wtórne)

Zmiany pod wpływem ultradźwięków powstają w całym organizmie.

Działanie ogólne może opierać się na drodze odruchowej poprzez nadźwiękawianie np. splotów lub korzeni nerwowych dochodzi do zmian w odległych narządach i układach ustroju.

Czynniki, które powodują działanie biologiczne to:

• Wzmożenie przepuszczalności błon komórkowych

• Zmiany odczynu tkanek w kierunku zasadowym

• Zmiany w układzie jonowym tkanek

• Usprawnienie oddychania tkankowego i pobudzenie przemiany materii komórek

Wymienione czynniki powodują wiele skutków biologicznych, do których należą:

• Działanie przeciwbólowe

• Zmniejszają napięcie mięśniowe

• Powstawanie…

• Przyspieszenie wchłaniania tkankowego

• Wpływ na enzymy ustrojowe

• Hamowanie procesów zapalnych i układu współczulnego

• Rozszerzenie naczyń krwionośnych.

Rodzaje fal ultradźwiękowych:

• Fala ciągła – dominuje głębokie wytwarzanie ciepła w tkankach. (przeciwwskazana przy ostrych stanach zapalnych i tam gdzie nie jest pożądany efekt wzrostu temperatury)

• Fala o impulsie przerywanym - gdzie czas trwania impulsu ulega skróceniu:

• Współczynnik wypełnienia jest procentowym wyrażeniem długości impulsu do długości okresu

• 1:4 (25%), 1:8 (12,5%), 1:1 (100% zbliżone do ciągłej), 1:16 (6,25%), 1:2 (50%)

• Im czas trwania impulsu jest krótszy, tym mniejsze jest działanie cieplne

• Przy fali 1:8 mamy wpływ atermiczny

Częstotliwość:

• 1 MHz- tkanki głęboko położone

• 3 MHz – tkanki położone powierzchownie

Wielkość głowicy:

• Głowica mała - o powierzchni 1 cm²

• Głowica duża – o powierzchni 4 cm²

Technika sprzęgania:

• Substancje sprzęgające- substancje, które zabezpieczają fale ultradźwiękowe przed odbiciem od suchej powierzchni…

Środki sprzęgające powinny mieć odpowiedni cechy:

• Dobre przewodnictwo ultradźwiękowe

• Duża lepkość

• Odporność na powstanie pęcherzyków

• Dobra akustyczność podobna do tkanek

• Chemicznie obojętne

• Nie wywołujące uczuleń

Rodzaje substancji sprzęgających:

• Bezpośrednie (olej parafinowy, specjalne żele)

• Pośrednie (woda)

• Poduszka wodna

Wytwarzanie ultradźwięków:

• Do wytworzenie udź wykorzystuje się substancje aktywnie elektromechanicznie, które pod wpływem pola elektrycznego ulegają odkształceniu np.: kryształ kwarcu, tytanian baru, winian potasu

• Jeżeli kryształ kwarcu odkształci się mechanicznie to wystąpią ładunki elektryczne i kryształ spolaryzuje się (zjawisko piezoelektryczne)

• Ściskanie lub rozciąganie kryształu wzdłuż jednej z osi elektrycznych powoduje jego polaryzację, czyli wystąpienie różnoimiennych ładunków

• Zjawisko piezoelektryczne jest odwracalne, tzn. że pod wpływem pola elektrycznego kryształ ulega odkształceniu

• Odwrócone zajwisko piezoelektryczne…

Przetwornik piezoelektryczny (głowica)

• Układ służący do przetwarzania drgań elektrycznych na mechaniczne

• Podstawowym elementem jest plytka kwarcowa

• Przyłożenie do płytki zmiennego prądu elektrycznego wielkiej częstotliwości powoduje jej odkształcenie, czyli drgania synchroniczne ze….

W zależności od rodzaju zastosowanej substancji sprzęgającej:

• Olej parafinowy, żele, wazelina

• Woda

• Naczynie porcelanowe , plastikowe

• Woda odgazowana, temp 37 C

• Odległość 2 – 3 cm od ciała

• Zabiegi w obrębie stóp, rąk, przykurcz stawu łokciowego

Metody stosowania ultradźwięków (wg Bauer)

1. W zależności od rodzaju zastosowanej substancji sprzęgającej

2. W zależności od sposobu prowadzenie głowicy

3. W zależności od miejsca nadźwiękawiania

W zależności od sposobu prowadzenie głowicy:

• Metoda labilna – ruchy okrężne lub pasmami z delikatnym uciskiem

• Metoda stabilna (stojąca) – obecnie nie stosowana

W zależności od miejsca nadźwiękawiania:

• Metoda lokalna (miejscowa)

• Metoda segmentarna (nadźwiękawianie korzeni nerwowych) – odogonowy schemat neuroterapeutyczny ; odgłowowy schemat neuroterapeutyczny

Dawkowanie ultradźwięków

• Podstawę dawkowania stanowi natężenie dźwięku, czyli ilość energii, która jest emitowana przez jednostkę powierzchni przetwornika

• Skutki biologiczne wywołane przez energię fali w tkankach zależą od jej mocy akustycznej (prawo Arndta - …)

Stosowane dawki (wg Mika)

• Dawki słabe od 0,05 – 0,5 W/cm

• Dawki średnie od 0,5 – 1,5 W/cm

• Dawki mocne od 1,5 – 2,0 W/cm

Stosowane dawki (wg Bauer)

• Dawki słabe od 0,05 – 0,4 W/cm

• Dawki średnie od 0,5 – 0,7 W/cm

• Dawki mocne od 0,6 – 1,2 W/cm

Przy ustalaniu wielkości dawki uwzględniamy:

• Powierzchnię nadźwiękawianą

• Rodzaj i stadium schorzenia

• Częstotliwość drgań

• Rodzaj fali ultradźwiękowej

• Czas trwania zabiegu

• Sposób nadźwiękawiania

Czas zabiegu:

• Krótki 1 – 3 minuty

• Średni 4 – 9 minut

• Długi 10 minut i więcej (?)

• Segmentarnie 2 minuty

Przygotowanie do zabiegu:

• Pole zabiegowe przed nadźwiękawianiem ogrzane (parafina, IR) energia fal jest pochłaniana głównie przy powierzchni skóry, tj. w miejscu intensywnego przekrwienia

• Pole zabiegowe przed nadźwiękawianiem oziębione, czynnemu przekrwieniu ulegną tkanki głębiej położone, co spowoduje…

Zasady:

• Wybór substancji sprzęgającej

• Przy nadźwiękawianiu mięśni (wzdłuż przebiegu mięśnia, w miejscu przejścia mięśnia w ścięgno, okolice przyczepów)

• Przy nadźwiękawianiu okolicy przykręgosłupowej 2 cm od wyrostków kolczystych (nie przechodzić przez rdzeń)

• Nie przekraczać wysokości C3 kręgosłupa szyjnego (rdzeń przedłużony)

Pozycja ułożeniowa:

• Przy nadźwiękawianiu stawu skokowego stopa ustawiona w zgięciu grzbietowym, podeszwowym, supinacji i pronacji

• Staw kolanow,…

Wskazania:

• Zespoły bólowe w chorobie zwyrodnieniowej st. Kręgosłupa i st. Obwodowych

• Bóle pleców i krzyża

• Rwa barkowa

• Rwa kulszowa

• Zespół bolesnego karku

• Szczękościsk

• Ostroga piętowa

• Owrzodzenie goleni

• Przykurcz Dupuytrena

• Blizny

• Naderwania i stłuczenia tkanek miękkich

• Skręcenia, zwichnięcia, krwiaki

• Uszkodzenia wywołane przeciążeniem

• Nerwoból nerwu trójdzielnego

Przeciwwskazania:

• ….

• Ostre stany zapalne, stany gorączkowe

• Ciężki stan ogólny, wyniszczenie

• Nie zakończony wzrost kości

• Obecność metali w ciele (?)