Ультразвуковая терапия (стр. 4 )

Для ультразвука, помимо прочего, применима следующая формула. Данная формула верна для ультразвука, состоящего из продольных волн с нормальным падением на однородные ткани: I(х) = I0 ´ е-ax где: I(х) = интенсивность в Вт/см2 на глубине х в см.

I0 = интенсивность в Вт/см2 на поверхности тела, но В телесной ткани e = 2.7 (основание для натуральных логарифмов) a = коэффициент поглощения (см -1).

Из этой формулы следует, что интенсивность ультразвука на определенной глубине зависит от коэффициента поглощения (a).

Таблица 1.8. Коэффициент поглощения (а) при 1 и 3 МГц

Среда Коэффициент поглощения (а)

1 Мгц 3 Мгц.

Кровь 0.028 0.084

Кровяной сосуд 0.4 1.2

Костная ткань 3.22

Кожа 0.62 1.86

Хрящ 1.16 3.48

Воздух (20 С) 2.76 8.28

Ткань сухожилия 1.12 3.36

Мышечная ткань 0.76 2.28*

0.28 0.84**

Жировая ткань 0.14 0.42

Вода (20 °С) 0.0006 0.0018

Нервная ткань 0.2 0.6

Из таблицы видно, что для поглощения мышечными тканями используются две величины. Существенное различие между ними вызвано направлением звукового пучка относительно мышечных волокон. Первая величина используется в том случае, если звуковой пучок перпендикулярен мышечным волокнам. Это самая обычная ситуация в практике применения ультразвука. Вторая величина используется в том случае, если звуковой пучок проходит параллельно мышечным волокнам. В последнем случае поглощение почти в 3 раза меньше. Величиной, имеющей большое практическое применение, является глубина половинного ослабления (D1/2).

Определение: "Глубина половинного ослабления" — это расстояние в направлении звукового пучка, в котором интенсивность в определенной среде уменьшается в половину.

Глубина половинного ослабления (D1/2), определяемая коэффициентом поглощения, может быть рассчитана по формуле: Глубина половинного ослабления (D 1/2) = 0,69/а.

Таблица 1.9. Глубина половинного ослабления (D 1/2) различной среды

1 МГц 3 МГЦ

Костная ткань 2.1 мм

Кожа 11.1 мм 4 мм

Хрящ 6 мм 2 мм

Воздух 2.5 мм 0.8 мм

Ткань сухожилия 6.2 мм 2 мм

Мышечная ткань 9 мм 3 мм*

24,6 мм 8 мм**

Жировая ткань 50 мм 16.5 мм

Вода 11500 мм 3833.3 мм

В таблицу включены только самые важные с практической точки зрения величины.

До сих пор считалось, что глубина половинного ослабления для мышечной ткани составляет приблизительно 3 см. Это верно в том случае, если звуковой пучок проходит параллельно мышечным волокнам, что на практике вряд ли возможно. Если звуковой пучок перпендикулярен мышечным волокнам — что чаще всего бывает во время лечения — глубина половинного ослабления составит 0,9 см.

Последствие большего поглощения в том, что на глубине действие уменьшается.

Кроме этого видно, что большое количество ультразвуковой энергии поглощается тканью сухожилия и хрящом. Возможно, это объясняет благоприятные результаты терапии этих тканей.

*звуковой пучок перпендикулярен волокнам

** звуковой пучок параллелен волокнам Самая большая глубина, где можно ожидать лечебного действия называется глубиной проникновения (p). Эта точка, где остается 10% примененной интенсивности звука.

Необходимо отметить, что эта величина определяет только глубину, а не локальную интенсивность ультразвука. Интенсивность ультразвука на глубине проникновения определяет, действительно ли лечебное действие больше не будет иметь место на данной глубине.

Величина р приближенно выражена: p = 2.3/а

Таблица 1.10. Глубина проникновения различной среды

1 Мгц 3 Мгц

Костная ткань 7 мм

Кожа 37 мм 12 мм

Хрящ 20 мм 7 мм

Воздух 8 мм 3 мм

Ткань Сухожилия 21 мм 7 мм

Мышечная ткань 30 мм 10 мм* 82 мм 27 мм**

Жировая ткань 65 мм 55 мм

Вода 38330 мм 12770 мм

*звуковой луч перпендикулярен волокнам

** звуковой луч параллелен волокнам

КОНТАКТНАЯ СРЕДА

Как следует из главы 3, необходимо использовать контактную среду между излучателем и телом для того, чтобы передать ультразвуковую энергию телу. Воздух совершенно не подходит в качестве контактной среды из-за почти полного отражения ультразвука.

Вода, однако, является хорошей контактной средой и в то же время она дешевая. Если воду используют в качестве контактной среды, ее необходимо дегазировать кипячением насколько это возможно, а в некоторых случаях она должна быть стерильной, например, для лечения открытых ран. Дегазация исключает оседание воздушных пузырьков на излучателе и участке тела, подвергаемом лечению. На практике гель, масло и мазь — иногда вместе с другими веществами (ультрафонофорез) — используются помимо воды.

В произвольном порядке можно определить следующие требования для контактной среды.

Контактная среда должна быть:

n  стерильной, если есть риск (перекрестной) инфекции

n  не слишком жидкой (кроме подводного метода)

n  не слишком быстро поглощаемой кожей

n  не способной оставлять заметные пятна

n  без заметного охлаждающего или раздражающего действия на кожу

n  химически инертной

n  дешевой

n  наделенной хорошими свойствами распространения

n  без (микро) газовых пузырьков

n  прозрачной

n  без микроорганизмов или грибков.

СВОЙСТВА РАСПРОСТРАНЕНИЯ КОНТАКТНОЙ СРЕДЫ

При распространении ультразвуковой энергии к телу встречаются различные среды и граничные поверхности, т. е. от пластинки преобразователя до контактной среды и от контактной среды к телу. Для перехода между двумя средами определяется так называемый коэффициент пропускания, который указывает долю пропускаемой энергии.

Интенсивность ультразвука, указанная на аппарате, определена для воды в 5 мм от излучателя.

По эмпирическому определению можно допустить 100% пропускание ультразвука в тканях тела.

Согласно последним данным относительно потерь при пропускании в контактных веществах, гели, используемые сегодня в качестве контактной среды, не оказывают существенного влияния на количество энергии, достигающей тела.

ГЛАВА 2

Биофизическое действие ультразвука

ВВЕДЕНИЕ

Действие ультразвука еще не в полной мере выяснено. Ясно, однако, что применение ультразвука к биологическим тканям имеет ряд действий. Основное соображение, касающееся ультразвука, состоит в том, что он является видом механической терапии.

Также очевидно, что механическую энергию можно превратить, например, в тепловую энергию, но это является следствием механического действия ультразвука. Действие 1 МГц и 3 МГц, вероятно, не отличается друг от друга, однако, определенное действие может иметь более выраженный характер на соответствующих частотах.

В пятидесятых годах Pohlman утверждал, что в ультразвуке от 1 до 10 МГц не наблюдается другого действия. Особым свойством ультразвука при 3 МГц, следовательно, является гораздо большее механическое действие и заметно более высокое поглощение ультразвуковой энергии поверхностными слоями ткани (см. табл. 1.7 и 1.8). Это также щадит глубокие ткани, т. к. интенсивность сильно снижается, как следствие большего поглощения.

МЕХАНИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ

Первое действие, наблюдаемое в тканях тела, как результат ультразвука, представляет собой механический характер. Звуковые колебания требуют для своего распространения упруго деформируемую среду. Ультразвуковые колебания вызывают сжатие и расширение тканей на той же частоте, что и ультразвук, что ведет к изменению давления ткани.

Поэтому, механическое действие также называется микромассажем.

При 3 МГц максимальное и минимальное давление ближе друг к другу, чем при 1 МГц, потому, что длина волны уменьшается приблизительно до 0.5 мм.

Из-за отражения в звуковом пучке и на границе между тканями может увеличиваться интенсивность в Вт/см2, поэтому самые большие изменения давления происходят на границе между двумя различными средами. Следовательно, можно предположить, что самое четко выраженное терапевтическое действие происходит на границах.

Поэтому ультразвуковую терапию также называют терапией граничных поверхностей.

Эти изменения давления имеют следующие последствия: — изменение объема соматических клеток порядка 0.02% — изменение проницаемости клеточных [цитоплазматических] и тканевых оболочек — улучшение обмена метаболических продуктов.

Микромассаж имеет огромное терапевтическое значение. Все действие ультразвуковой терапии вызвано им. Это действие имеет место как при непрерывной, так и при импульсной ультразвуковой энергии. В зависимости от интенсивности, применяемой для лечения, данное действие может оказывать на ткани благоприятное, либо неблагоприятное влияние. Неблагоприятное действие будет рассмотрено в параграфе 2.5.

ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ

Микромассаж тканей ведет к выделению рассеянной при трении теплоте. Это тепловое действие часто описывается в литературе и является самым известным эффектом ультразвука.

Количество выделенного тепла различно для различных тканей. Оно зависит от многих факторов, некоторые из которых можно отрегулировать, например, форма ультразвука (непрерывный или импульсный), интенсивность и продолжительность процедуры.

Помимо этого важную роль играет коэффициент поглощения (см. таблицу 1.8).

Lehmann утверждает, что температура в мышечных тканях повышается на 0,07 °С в секунду для непрерывного ультразвука в 1 Вт/см2. Эта величина была рассчитана для мышечного фантома, т. е. без регулирующего действия кровотока. Следовательно, это указывает величины максимального увеличения температуры мышечной ткани.

При обстоятельствах, связанных с лечением ишемии, такое заметное повышение температуры может стать еще больше и привести к неблагоприятному действию. При исследовании медиальной стороны колена у свиней этот автор показал, что увеличение температуры мягких тканей относительно невелико в сравнении с глубокими суставными структурами. Для непрерывного ультразвука при 1.5 Вт/см2 в течение 5 минут с пластиной преобразовасм2 среднее увеличение температуры капсулы составит 6.3 °С, а мягких тканей — 3.3 °С. Медиальная сторона мениска показывает среднее увеличение 8.2 °С, в то время как в костной ткани увеличение температуры составит 9.3 °С.

Измерения, проведенные на собаках, показали, что температура костного мозга увеличивается на 0.4 °С при дозе 0.5 Вт/см2 непрерывного ультразвука, и на 5 °С при 2.5 Вт/см2 непрерывного ультразвука, при этом в обоих случаях процедуры применялись в течение 5 минут (Payton и др. 1975).