TERAPIA FALĄ ULTRADŹWIĘKOWĄT

Właściwości fizyczne fali ultradźwiękowej

- Drgania mechaniczne o częstotliwości większej niż 20 kHz

- Jednostka mocy UD : 1 Wat/cm² tj. miara ilości energii drgań otrzymanej w 1 sek.na 1 cm² powierzchni czynnej generatora drgań.

- Drgające cząstki ośrodka przekazując sobie energię drgań wytwarzają ruch falowy.
Zbliżanie się i oddalanie od siebie cząstek materii powoduje naprzemienne zagęszczenia i rozrzedzenia fali.

W miejscach zagęszczeń działają siły ściskające, równe pod względem wielkości siłom rozciągającym działającym w miejscach rozrzedzeń.

Źródłem UD są układy drgające
W terapii źródłem UD jest płytka kwarcowa w przetworniku ultradźwiękowym

Rodzaj fali UD - podłużny lub poprzeczny
Rodzaj fali określa się w zależności od kierunku wychyleń cząsteczek ośrodka przez który przemieszcza się fala UD

W gazach i cieczach występuje tylko fala podłużna
W ciałach stałych mogą występować zarówno fale podłużne jak i poprzeczne

Tkanki ludzkie zachowują się pod wpływem działania UD jak ciecze czy gazy z wyjątkiem zbitej tkanki kostnej.

Czyli w organizmie ludzkim fale poprzeczne mogą występować tylko w kościach

W trakcie rozchodzenia się fali dochodzi miejscowo do uciskania i rozciągania tkanek

Efekty mechaniczne - Zmiany ciśnienia tkankowego itp….

Szybkość rozchodzenia się ultradźwięków szybkość z jaką fala UD przechodzi przez poszczególne tkanki

Szybkość rozchodzenia się UD zależy od spoistości (gęstości) ośrodka

Bardziej spoisty (gęsty) ośrodek - większa szybkość rozchodzenia się w nim UD

Mniej spoisty (gęsty) ośrodek - mniejsza szybkość rozchodzenia się w nim UD

Tkanka miękka – 1540 m/s

Kość – 4000 m/s

Długość fali UD - odległość między cząsteczkami znajdującymi się w tym samym wychyleniu fazowym w czasie przemieszczania się fali UD

Szybkość rozchodzenia się UD

Długość fali UD = --------------------------------------

Częstotliwość UD

Tkanki miękkie:
Szybkość rozchodzenia się = 1540 m/s (1540 000 mm/s)
Częstotliwość = 1 MHz (1000 000 Hz)

1540 000 mm/s
Długość fali = ---------------------------
100 0000 Hz

Długość fali = 1.5 mm
Przy częstotliwości = 3 MHz (3000 000 Hz)
Długość fali = 0.5 mm

Kość:
Szybkość rozchodzenia się = 4000 000 mm/s
Częstotliwość = 1 MHz (1000 000 Hz)

4000 000 mm/s
Długość fali = ---------------------------
1000 000 Hz

Długość fali = 4 mm
Przy częstotliwości = 3 MHz (3000 000 Hz)
Długość fali = 1.3 mm

Absorpcja - pochłonięcie fali UD w tkankach
Absorpcja (pochłanianie) UD jest uzależniona od:

- częstotliwości fali UD

- gęstości danego ośrodka

Zwiększa się ze wzrostem częstotliwości fali UD. Zwiększa się wraz ze wzrostem gęstości ośrodka.

Wraz ze wzrostem absorpcji spada ilość energii UD przenoszonej głębiej. Głębokość połówkowa (warstwa połowiąca)

Oddziaływanie UD jest uzależnione od ich mocy (W)
Moc nadawcza przetwornika UD  całkowita moc UD emitowana przez dany przetwornik

moc nadawcza przetwornika (W)
Gęstość mocy (W/ cm²) = -------------------------------------------
pole powierzchni przetwornika (cm²)

Oddziaływanie UD na tkanki jest uzależnione od ich gęstości mocy (W/cm² )
Czyli od mocy UD przypadającej na 1 cm² powierzchni ciała

Na ogół dawkuje się w zakresie gęstości mocy od 0.2 do 2.0 W/cm²

Gęstość mocy = średnie natężenie przestrzenne (średnie natężenie z jakim fala UD oddziałuje na tkanki)

Szczytowe natężenie przestrzenne - największe natężenie w sygnale UD

Od wartości średniego natężenia przestrzennego uzależnione są mechaniczne efekty oddziaływania UD na tkanki.

Maksymalne natężenie przestrzenne w sygnale powoduje mikro poparzenie w tkankach

Współczynnik równomierności sygnału; WRS(beam nonuniformity ratio; BNR) - stosunek maksymalnego sygnału emitowanego z przetwornika UD do średniego natężenia przestrzennego

WRS określa rozkład sygnału UD

Według WHO (Światowa Organizacja Zdrowia)

WRS (BNR) powinien się mieścić w zakresie od 2:1 do 6:1

Emisja przerywana (fala przerywana) - okresowo natężenie UD jest maksymalne i zerowe

Czas trwania emisji UD

Współczynnik wypełnienia okresu = ------------------------------
Okres

Okres = czas trwania emisji UD + czas trwania przerwy w emisji

5 ms

Współczynnik wypełnienia okresu = -------------- = 1 / 2 (50 %)
10 ms

Szczytowe natężenie czasowe……..

Średnie natężenie czasowe powstaje w wyniku uśrednienia natężenia w fazie nadawczej i w przerwie

W emisji ciągłej UD średnie natężenie czasowe = średnie natężenie przestrzenne
W emisji przerywanej UD średnie natężenie czasowe < średnie natężenie przestrzenne
Średnie natężenie czasowe zależy od współczynnika wypełnienia okresu

Obliczanie średniego natężenia czasowego

Przykład 1.:
Współczynnik wypełnienia okresu = 50%
Szczytowe natężenie czasowe = 1 W/cm²

1 W/cm² x 0.5 (50%) = 0.5 W/cm²

Średnie natężenie czasowe = 0.5 W/ cm²

Przykład 2.:

Współczynnik wypełnienia = 20%

Szczytowe natężenie czasowe = 1 W/cm²

1 W/cm² x 0.2 (20%) = 0.2 W/cm²

Średnie natężenie czasowe = 0.2 W/cm²

Ilość ciepła wytworzonego w tkankach zależy od średniego natężenia czasowego

!! Ciepło powstaje gdy średnie natężenie czasowe > 0.5 W/cm²

W terapii stosuje się na ogół średnie natężenie przestrzenne w zakresie od 0.2 do 2 W/cm²

Wg WHO maksymalna wartość średniego natężenia przestrzennego stosowanego w terapii wynosi

3 W/ 1 cm²

Czas trwania nadźwiękawiania wynosi: od 0.5 do 3 min na 1 cm² powierzchni zabiegowej

Równocześnie nadźwiękawia się obszar najwyżej 3 – krotnie większy niż powierzchnia przetwornika UD

Przed zabiegiem nadźwiękawiania należy określić:

- Częstotliwość UD (w MHz)

- Gęstość mocy UD (W/cm²)

- Rodzaj emisji UD (fala ciągła (FC) lub fala przerywana (FP))

- Przy emisji przerywanej – współczynnik wypełnienia okresu (w %)

- Wielkość pola zabiegowego (PZcm²)

- Wielkość głowicy zabiegowej (Gcm²)

- Całkowity czas trwania zabiegu (w min)

Przykład:

- 1 MHz / 0.5 W/cm² / FC / PZ10 cm² / G5 cm² / 2 min

- 1 MHz / 0.5 W/cm² / FP / 50% / PZ10 cm² / G5 cm² / 2 min

Skutki działania UD
 termiczne

 pozatermiczne

UD mogą powodować podniesienie temperatury tkanek do 5 cm w głąb tkanek a nawet głębiej

Ilość wytworzonego ciepła zależy od:

- Natężenia fali UD
- Częstotliwości UD
- Czasu trwania nadźwiękawiania
- Wielkości obszaru nadźwiękawianego
- Rodzaju tkanek nadźwiękawianych

Podniesienie temperatury tkanek w zakresie od 40^oC do 45^oC wymaga działania ciągłej fali UD o gęstości mocy od 1.0 do 1.5 W/cm2 przez 2.5 do 5 minut (na obszar o wielkości równej wielkości przetwornika ultradźwiękowego)

Rodzaj tkanki
Tkanki, które pochłaniają najwięcej UD rozgrzewają się najsilniej

Częstotliwości UD

Wyższa częstotliwość  pochłanianie UD w tkankach powierzchownych  większe ich rozgrzanie

- 3 MHz - większość energii pochłonięta jest na głębokości 1 – 2 cm

- 1 MHz - większość energii pochłonięta jest na głębokości 2 – 5 cm

Działanie cieplne fali ultradźwiękowej

- lecznicze stosowanie fali UD należy do termoterapii

- pierwotna mechaniczna energia UD zostaje po zaabsorbowaniu, w różnym stopniu, zależnym od:

* konsystencji tkanek

* kąta padania (zwłaszcza na ich granice)

* częstotliwości

przekształcona w ciepło

- tkanka kostna absorbuje 10 razy więcej UD niż mięśniowa. Celowe przegrzanie tkanek głębiej leżących zwłaszcza pogranicza tkanki łącznej i kości

Działanie mechaniczne fali ultradźwiękowej

- Podłużna fala ultradźwiękowa wywołuje w tkankach rytmiczne, odpowiadające jej częstotliwości, drgania cząsteczek o charakterze naprzemiennego zagęszczania i rozrzedzania w kierunku rozprzestrzeniania się fali.

- Działają one na błony komórkowe i prawdopodobnie wpływają na wzrost ich przepuszczalności.

Działanie fizykochemiczne fali ultradźwiękowej

Fala UD wywołuje szereg procesów fizykochemicznych w tkankach, m.in.:

- działa katalitycznie w niektórych reakcjach chemicznych,

- powoduje procesy utleniania lub redukcji,

- powoduje wzrost szybkości dyfuzji przez błony biologiczne,

- wpływa na pH w kierunku zasadowym.

Działanie biologiczne fali ultradźwiękowej

-- cieplnego

Jest wypadkową działania -- mechanicznego

-- fizykochemicznego

- Miejscowe pierwotne działanie UD

- Wtórne ogólne działanie UD jako następstwo działania:

 mechanizmów nerwowo-humoralnych,

 ośrodkowych mechanizmów wyrównawczych.

- powstające ciepło:
* rozszerza naczynia krwionośne,

* polepsza utlenowanie i dostawę substratów energetycznych i substancji czynnościowych,

* usprawnia usuwanie odpadowych produktów przemiany materii,

* przyspiesza miejscowe procesy przemiany materii,

* zmniejsza nadmierne napięcie mięśni.

* zmiany stanu koloidalnego białek (wpływa na tkankę łączną),

* zwiększenie rozciągliwości włókien kolagenowych (rozciągliwość blizn)

* przyspieszenie gojenia się ran,

* działanie przeciwbólowe

Zabiegi falą ultradźwiękową zapewniają głębokie działanie cieplne.

Właściwości fizyczne fali ultradźwiękowej

- Prędkość rozchodzenia się fali ultradźwiękowej w tkance ludzkiej - ok. 1500 m/s.

- Częstotliwość drgań cząsteczek a długość fali: im częstotliwość jest większa, tym fala jest krótsza;
np.: częstotliwość 800 kHz  dł. fali = 1,87 mm.

- Głębokość penetracji :
dla częstotliwości 800 kHz  4 cm.
dla częstotliwości 2 000 kHz  1,2 cm.

Oddziaływanie fali ultradźwiękowej z materią

Fala ultradźwiękowa rozchodząca się w tkance ulega:

- odbiciu, współczynnik odbicia: R = I_r - natężenie fali odbitej, I_o - natężenie fali padającej

- załamaniu, ugięciu,

- interferencji,

- rozproszeniu,

- absorpcji.

Ilościowy udział tych zjawisk zależy od:

- rodzaju tkanki,

- częstotliwości fali,

- rozmiarów obiektu w stosunku do długości fali,

- orientacji powierzchni i oporu akustycznego ośrodka.

Sposoby wykonania zabiegów

Technika dynamiczna

Polega na poruszaniu głowicy po skórze ruchami kolistymi i ślizgającymi, bez nacisku, tam i z powrotem, podczas całego czasu trwania zabiegu. Pole zabiegu, jeśli nie ma innych wskazań, powinno mniej więcej być dwa razy większe od powierzchni stosowanej głowicy.

Metoda półstatyczna

Polega na wolniejszym, ale również ustawicznym, przesuwaniu głowicy bezpośrednio nad ograniczonym polem zabiegu

Metody nadźwiękawiania:
1. Bezpośrednio nadźwiękawianie miejsca związanego ze zmianami chorobowymi i najbliższych okolic.

2. Pośrednio przez połączenia nerwowe z miejscem występowania zmian chorobowych:

- nadźwiękawianie korzeniowych okolic przykręgosłupowych małymi dawkami; (obejmuje nerwy rdzeniowe)

- nadźwiękawianie segmentarne stref Heada, odpowiadających punktom dermatomu ze zmianami w chorobach
wewnętrznych, wykorzystujące odruchy skórno-trzewne;

- nadźwiękawianie punktów bolesnych („trigger points”, wrażliwe punktymotoryczne, punkty akupunkturowe).

Terapia falą ultradźwiękową – dawkowanie

Straburzyński

Natężenie słabe: 0,3 W/cm²

Natężenie średnie: 0,6 W/cm²

Natężenie mocne: 0,9 - 2 W/cm²

HG. Knoch, K. Knauth

0,05 – 0,4 W/cm²

0,5 – 0,7 W/cm²

0,8 – 1,2 W/C

Dawki energii mierzono w J

Energia (J) = natężenie (W/cm² ) x pow. Przetwornika (W/cm²) x czas zabiegu (s)

Np.: E= 0,5 W/cm² x 6 cm² x 10 min

E= 0,5 W/cm² x 6 cm² x 600 s = 1800 J

Zabiegi z zastosowaniem UD

- zabiegi z zastosowaniem ciągłej fali UD

- zabiegi z zastosowaniem……………………………

Ciepło generowane jest przede wszystkim w tkankach o wysokim współczynniku absorpcji np. w kościach, gdzie pochłanianie fali ultradźwiękowej jest 15 - krotnie wyższe niż w tkance mięśniowej, zaś w tkance nerwowej 4 - krotnie wyższe niż w mięśniowej (Markiewicz, 1979). Biorąc pod uwagę powyższe spostrzeżenia można wyjaśnić np. fakt znaczniejszego wzrostu temperatury w tkance nerwowej w porównaniu z otoczeniem, przy zachowaniu tych samych parametrów fali ultradźwiękowej. Zaobserwowano, że temperatura w nerwie kulszowym wzrasta o 1,8⁰C, podczas gdy tkanki otaczające nerw mają temperaturę zwiększoną zaledwie o 0,9⁰C przy zachowaniu jednakowego natężenia energii na nie działającej (Lehmann, 1982). Tak znaczny przyrost temperatury w tkance nerwowej uzasadnia się złożoną strukturą nerwów, składających się z oddzielnych pęczków stanowiących granicę faz o różnym stopniu absorpcji z możliwością wystąpienia zjawiska odbicia.

Ciekawe są również obserwacje przyrostu temperatury na powierzchni i w otoczeniu kości podczas nadźwiękowienia. Badania Ariga i Kobayashi wykazały, że tkanka mięśniowa sąsiadująca z kością wykazuje dwukrotnie wyższą temperaturę niż te same tkanki znajdujące się w większej odległości. Tłumaczy się to znacznym pochłanianiem energii drgań ultradźwiękowych i wytwarzaniem ciepła w kości, zwłaszcza na granicy mięsień - okostna.

Skóra w porównaniu z tkanką nerwową i mięśniową wykazuje większą zależność od wielkości działającej na nią energii ultradźwięków. W przypadku mięśni i nerwów przy pewnej wartości występuje maksymalny efekt przegrzania i dalsze zwiększanie dawki ultradźwięków nie powoduje wzrostu temperatury, może być wręcz obserwowany jej spadek.

Wiąże się to prawdopodobnie z przyspieszeniem przepływu krwi w naczyniach krwionośnych w przegrzanym miejscu, co intensyfikuje proces odbierania tkankom ciepła i zapobiega podwyższaniu temperatury.

Wytwarzane ciepło zwiększa energię kinetyczną poszczególnych składowych błony komórkowej tj. białek, lipidów i węglo-wodanów, wpływając na zmiany jej przepuszczalności. Monitorowanie efektów termicznych energii ultradźwiękowej jest stosunkowo łatwe przez pomiary temperatury.

Wykazano, że do wywołania zmian w przepuszczalności błony komórkowej potrzebna jest zmiana temperatury o 5⁰C.

Taki wzrost temperatury może wystąpić, jeśli natężenie fali ultradźwiękowej wynosi 1,5 W/cm² lub więcej.

Poza działaniem termicznym przechodzenie fali ultradźwiękowej w tkankach wywołuje szereg efektów mechanicznych. Są to: oscylacje, ciśnienie promieniowania oraz tworzenie się jam w komórkach tj. zjawisko kawitacji.

Efekty te powodują obniżenie potencjału błonowego, zmieniając strukturę lipidową, zwiększając przepuszczalność błony komórkowej i przewodnictwo jonowe lub naruszając błonę komórkową .

Oddziaływanie fizkochemiczne fali ultradźwiękowej

Wprowadzono termin sonochemia na określenie dziedziny zajmującej się reakcjami chemicznymi, zachodzącymi w polu ultradźwiękowym (Henglein, 1987). Wyróżnia się cztery podstawowe rodzaje takich reakcji:

- przyspieszenie reakcji konwencjonalnych;

- procesy utleniania i redukcji w roztworach wodnych;

- degradacja polimerów;

- rozpad i reakcje w rozpuszczalnikach organicznych.

Efekty kliniczne wynikają z ich działania biologicznego
Są to:

- pobudzenie regeneracji tkanek i przyspieszenie gojenia się ran (zależne od poprawy ukrwienia i pobudzenia
metabolizmu);

- zwiększenie elastyczności tkanki łącznej (poprzez wpływ na włókna kolagenowe);

- rozluźnienie mięśni (zmniejszenie napięcia mięśniowego);

- działanie przeciwbólowe.

Kliniczne zastosowania fali ultradźwiękowej

Choroby narządu ruchu:
objawowe zmiany zwyrodnieniowo - zniekształcające kręgosłupa i stawów obwodowych; stany pourazowe i ich powikłania - złamania (zarówno świeże, jak i opóźniony zrost kostny), zespół Sudecka, zwichnięcia, skręcenia, naciągnięcia, stłuczenia, krwiaki; choroby: ścięgien, pochewek ścięgnistych, powięzi (najczęściej zapalenia: ścięgna Achillesa, rozścięgna podeszwowego; bliznowacenie rozścięgna dłoniowego - choroba Dupuytrena), zespoły przeciążeniowe (mikrourazy): nadkłykcia bocznego i przyśrodkowego kości ramiennej (tzw. łokieć tenisisty i łokieć golfisty);

Choroby układu nerwowego - zespoły korzeniowe (rwa: ramienna, kulszowa, udowa), neuralgie (np. nerwu twarzowego, po przebytym półpaścu, nerwu promieniowego wywołane uciskiem - zespół kanału nadgarstka), kauzalgie, dystrofia mięśniowa postępująca, piramidowe i pozapiramidowe zespoły hipertoniczne i spastyczne (miejscowo);

Choroby skóry i tkanki podskórnej - blizny i bliznowce, trudno gojące się rany, owrzodzenia goleni;

Układowe choroby tkanki łącznej - reumatoidalne zapalenie stawów i zesztywniające zapalenie stawów kręgosłupa (poza okresami zaostrzeń), twardzina uogólniona (sklerodermia).

Nie stosuje się fali ultradźwiękowej w:

- okolicy serca (i segmentu sercowego), płuc, narządów miąższowych jamy brzusznej, mózgu, oczu, gonad;

- odcinka szyjnego kręgosłupa powyżej trzeciego kręgu szyjnego (ochrona rdzenia przedłużonego);

- okolic przylegających do obszaru, w którym wykonano laminektomię.

Przeciwwskazania do terapii fala ultradźwiękową

- nie zakończony wzrost kostny u dzieci i młodzieży (możliwość uszkodzenia chrząstek nasadowych);

- stan po radioterapii do ośmiu miesięcy od zakończenia leczenia (Straburzyński i Straburzyńska - Lupa, 1997);

- zakrzepowe zapalenie żył (możliwe lokalne zwiększenie gotowości zakrzepowo - zatorowej;

- II i IV okres zaburzeń obwodowego krążenia tętniczego;

- zaburzenia czucia;

- nerwobóle niewyjaśnionego pochodzenia;

- obszary w pobliżu wszczepionego rozrusznika serca lub innych elektronicznych implantów, z powodu możliwości zakłócenia ich pracy wg Calliesa i Rucha najmniejsza odległość wynosi 15 cm (za Straburzyńskim i Straburzyńską-Lupą);

- obecność implantów metalowych (w miejscu zetknięcia się metalu z tkanką wytwarzana jest większa ilość ciepła) oraz implantów niemetalowych (oddziaływanie na strukturę wiązań chemicznych i umocowania w tkankach),

- Wg Calliesa i Rucha dopuszczalne jest w tych przypadkach stosowanie fali ultradźwiękowej, ale tylko w małych dawkach i nie w bliskim sąsiedztwie.

Przy ustalaniu dawek fali ultradźwiękowej obowiązuje zasada Arndta - Schultza:

- bodźce słabe działają jedynie podtrzymująco na procesy życiowe,

- bodźce o średniej sile działają na nie usprawniająco (aktywująco),

- a bodźce silne mają wpływ niekorzystny, hamujący lub wywołują reakcje paradoksalne.

Ustalając wielkość dawki konieczne jest także uwzględnienie następujących czynników:
- konieczność indywidualnego doboru dawki, ze szczególnym zwróceniem uwagi na osobniczą tolerancję;

- rodzaj i stadium schorzenia;

- wielkość nadźwiękawianej powierzchni;

- wielkość powierzchni drgającej przetwornika;

- częstotliwość i rodzaj stosowanej fali ultradźwiękowej (ciągła lub impulsowa);

- sposób wykonywania zabiegu (technika dynamiczna lub półstatyczna);

- czas trwania zabiegu.

Ultrasonoforeza

Wprowadzenie leków przez skórę za pomocą energii UD

- głębokość wnikania leków zależy od czasu trwania zabiegu

- cząsteczki leku w środku sprzęgającym zmieniają głębokość wnikania fali UD

- równoczesne stosowanie UD i prądu impulsowego

- głowica UD służy równocześnie jako ruchoma elektroda połączona z katodą

- druga elektroda powinna być umieszczona z dala od miejsca poddanego zabiegowi, zazwyczaj w okolicy przykręgosłupowej w segmencie związanym z okolicą poddawaną terapii

- stosuje się małe dawki prądów impulsowych średniej częstotliwości prądy: diadynamic, wysokonapięciowe, mikrobodźcowe

Terapia skojarzona intensyfikacja efektu terapeutycznego

Równoczesne stosowanie fali ultradźwiękowej i prądu impulsowego.

Ultrasonicwave Model CTL-1107
Możliwość szerokiego wyboru parametrów zabiegów, m.in. zastosowania fali ciągłej, o gęstości mocy regulowanej od 0,1 do 2,0 W/cm² oraz impulsowej / 50 lub 100 Hz, o stosunku impuls : przerwa = 1:2, 1:4, 1:8, 1:16/ o gęstości mocy regulowanej od 0,1 do 3W/cm², daje możliwość optymalnego doboru dawek zapewniających skuteczność wykonywanych zabiegów i zwiększających możliwości terapeutyczne.

14