ULTRADŹWIĘKI

 

Podstawy fizyczne

FALA AKUSTYCZNA

- fala sprężysta o częstotliwości większej od słyszalnej

- okresowe drgania cząsteczek środowiska materialnego –gazu, cieczy lub ciał stałych (transport energii). Ruch cząsteczek równoległy do kierunku rozchodzenia fali – fala podłużna. Strefy zagęszczenia i rozszerzeń cząsteczek (siły ściskające lub rozciągające)

 

Infradźwięki <- dźwięki słyszalne 16-20.000 Hz -> ultradźwięki

 

Fala akustyczna

Nie ma charakteru elektrycznego, rozchodzi się jedynie w określonym kierunku.

Podłużna fala ultradźwiękowa

Poprzeczna fala promieniowania elektromagnetycznego

 

Wytwarzanie UD

Piezoelektryczność – 1880 Jakub i Piotr Curie

W kryształkach energia mechaniczna (ściskanie lub rozciąganie kryształu) zostaje przekształcona w elektryczną.

Polaryzacja- wystąpienie różnoimiennych ładunków (b- ściskanie, c- rozciąganie)

Odwrotne zjawisko piezoelektryczne – energia elektryczna w kryształkach zostaje przekształcona w energię mechaniczną – odkształcenie kryształu.

 

2 układy:

Układ wytwarzający drgania elektromagnetyczne wielkiej częstotliwości (służące do pobudzania elementu piezoelektrycznego) –generator.

Układ wytwarzający drgania mechaniczne wielkiej częstotliwości –przetwornik piezoelektryczny (płytka kwarcowa, tytanian baru).

Pod wpływem prądu zmiennego ulega deformacji –drgania mechaniczne, które przez kontakt głowicy z ciałem pacjenta przenoszą się do tkanki.

 

Właściwości UD

Szybkość przenoszenia energii zależy od:

•         Gęstości ośrodka a nie od częstotliwości

Im większa gęstość ośrodka tym większa prędkość rozprzestrzeniania fali UD

Np. gazy ok. 350m/s

              ciecze ok. 1500m/s (woda 1497m/s)

              ciała stałe ok. 5000m/s (tkanki ludzie 1445-1610m/s)

 

Natężenie UD maleje w miarę oddalania się od źródła i przechodzenia przez ośrodek (pochłanianie).

Absorpcja zależy od:

•         sprężystości i gęstości tkanki (im mniej sprężysty tym większy współczynnik absorpcji) tkanka kostna 30x większy niż tkanki miękki, tkanka nerwowa, mięśniowa, tłuszczowa

•         częstotliwości

Im większa częstotliwość tym większa absorpcja UD w tkankach.

Gęstość połówkowa –głębokość, w której natężenie fali UD spada o połowę.

W dawkach leczniczych natężenie energii powyżej głębokości połówkowej jest bardzo małe.

W fizjoterapii najczęściej wykorzystuje się częstotliwość 800kHz, 1-3MHz

 

Krzywe absorpcji dla

Częstotliwości 800 kHz (a) i 3 MHz (b)

Głębokość połówkowa dla 800 kHz = 3cm

Głębokość połówkowa dla 3 MHz = 1cm

 

Przechodząc z 1 ośrodka do 2 fale UD ulegają:

* odbiciu, załamaniu, rozproszeniu

 

Odbicie- gdy ośrodki różnią się gęstością –np. kość i okostna, tkanki miękkie a kość, a także od ściany naczynia, gdy zabieg w wodzie.

Fale odbite mogą nakładać się na padające –powstanie fal stojących –zagęszczenie energii UD –przegrzanie, uszkodzenie tkanki.

Wahania ciśnień prowadzą do zmian ciśnienia wewnątrztkankowego.

W obszarze zagęszczeń wzrost do kilkuset atmosfer w obszarach rozrzedzeń duże podciśnienie –rozrywanie wiązań wody.

Kawitacja –oddziaływanie na ciecze UD o f<500kHz, niszczenie spójności cieczy + jama wypełniona gazem lub parą cieczy.

Zanikanie jam –silne działanie mechaniczne –uszkodzenie tkanek.

 

Działanie biofizyczne

Działanie mechaniczne –naprzemienne zagęszczenie i rozrzedzenia (mikromasaż)

•         wpływ na przepuszczalność błon komórkowych, ścian naczyń

•         wzrost wytrzymałości włókien kolagenowych

Działanie cieplne –zależy od:

•         dawki natężenia UD i czasu nadźwiękawiania

•         konsystencji tkanki (rozproszenie ciepła) –najsilniej tkanka nerwowa, mięśniowa, słabo tłuszczowa

•         kąta padania (zwłaszcza na granice tkanek –odbicie, zagęszczenie energii). Największe przegrzanie na granicy tkanki kostnej i mięśniowej, kości i okostnej        Wpływ na zmiany dyfuzji wewnątrz i międzykomórkowej

Działanie fizykochemiczne:

•         katalizator reakcji chemicznych, procesy redukcji lub utlenienia

•         wzrost szybkości dyfuzji

•         wpływ na pH tkanek

•         rozbicie związków koloidowych na mniejsze

 

Działanie biologiczne

Miejscowe –pierwotne

Ogólne –wtórne –na drodze nerwowo-hormonalnej lub ośrodkowej

              Działanie miejscowe:

•         cieplne –rozszerzenie naczyń i wzrost metabolizmu:

o       ↑ dowozu tlenu

o       ↑ dowozu substancji odżywczych

o       ↑ dowozu leukocytów, przeciwciał itp.

o       ↑ usuwania zbędnych produktów przemiany materii

o       ↑ wchłaniania produktów zapalnych

o       ↓ napięcia mięśniowego –analgezja

•         pozatermiczne

o       zmiany stanu koloidalnego białek

o       zwiększenie rozciągliwości włókien kolagenowych

o       przyśpieszenie gojenia ran

o       przyśpieszenie zrostu kości