康复医学超声疗法.

超声波疗法（ultrasoundtherapy）应用频率在20kHz以上的超声波治疗疾病的方法研究超声波对机体组织的作用机制、应用方法、使用强度、操作技术、适应证、禁忌证等方面的科学，构成超声治疗学发展史：超声波研究始于19世纪末，1903年俄国物理学家首先制成了超声波振动器一战期间，法国人首次制成了石英晶体超声波发射器，探测水下潜艇获得成功1928年，有超声波治疗慢性耳聋的报道1939年德国理疗学家R.Pohlman报道超声波治疗神经痛有效同年Phxfep等利用超声波治疗坐骨神经痛和神经炎获良好效果1942年K.T.Dussik首先提出利用连续式超声波经颅检查脑部疾病的报道1945～1948年欧美、前苏联等国已将超声波广泛用于临床，治疗神经、肌肉、骨骼等疾病和创伤随着对超声波这一物理因子在医学领域应用的深入，现已形成了专门研究超声波对机体的作用和反作用规律以达到诊断和治疗目的的一门新兴学科――超声医学（ultrasonicmedicine）包括：超声治疗学、超声诊断学和生物医学超声工程等一、超声波的物理学基础1超声波的性质振动的传播称为波动，简称波波可分为机械波和电磁波声波是一种机械波，属于纵波，即声源振动使周围介质中各个质点沿波的传播方向振动，产生稠密区和稀疏区交替形成的弹性纵波声波按频率划分为三大类：频率低于20Hz的次声，频率20～20kHz的可听声，频率在20kHz以上的超声人耳听不到次声和超声声速在数值上等于一个振动相位于单位时间内在介质中传播的距离，单位m/s声波的传播速度与介质的特性有关，而与声波的频率无关。声波在空气中的传播速度为340米/秒，在液体中为1500米/秒，在固体中为5000米/秒声波在人类软组织与在液体中相似，平均约为1540米／秒，在人类骨组织约为3380米/秒。声波的传播速度随介质温度的上升而加快，气温增高1℃，声速增加0.6米/秒在液体和气体中只能传播与容积有关的纵波机体软组织中传播的声波是纵波固体中能够产生切变、容变、长变等弹性型变。在固体中既能传播与切变有关的横波，又能传播纵波由于超声波具有非常短的波长，可以聚集成狭小的发射线束而呈束状直线传播，可以定向发射超声波在水中传播的距离要比光波和无线电波远的多超声波的声场－－超声波在介质中传播的空间范围－即介质受到超声振动能作用的区域超声因其频率高，具有类似光线的束射特性，在接近声头的一段为几乎平行的射束，称之为近场区。其后射束开始扩散，称之为远场区由于超声场的这种特性，为克服能量分布的不均，在治疗时声头应在治疗部位缓慢移动超声波的能量密度――指介质中单位面积中的波动能量W=1/2ρA2ω2，与振幅A的平方、角频率ω的平方和介质的密度ρ成正比声强－为单位时间内声能的强度，即在每秒内垂直通过每平方厘米面积的声能常用测量单位是瓦特/厘米2（W/cm2）临床常用超声治疗剂量为0.1～2.5W/cm2，而震耳欲聋的大炮声声强只相当于0～0.0001W/cm2。可见超声波在介质中传播时，它的巨大能量会使介质质点产生很大的加速度，一般中等响度的声波通过水时，水分子获得的加速度只有重力加速度（约为9.8m/s）的百分之几，而在频率为800～1000KHz、声强为0.5～2W/cm2的超声波作用下，水分子得到的加速度可以超过重力加速度5～10万倍声压－即声能的压力，代表超声波的强度指介质中有声波传播时的压强与没有声波传播时的静压强之差声波在介质中传播引起介质的稠密和稀疏变化，在稠密区压强大于原来的静压强，声压为正值，在稀疏区压强小于原来的静压强，声压为负值2超声波的发生机械振动法――利用强烈的气体或液体激起固体振动产生超声电变换法――利用高频电振荡经换能器把电能转换成机械振荡，产生超声波A压磁效应－某些磁性物质如镍和镍铁合金及特殊陶瓷材料在交变磁场中因磁场强度变化而相应产生体积大小变化，从而产生超声波缺点:不能得到200kHz以上的超声波，医学上难以应用B压电效应－分正压电效应和负压电效应经人工极化过的压电陶瓷或某些晶体，在机械应力的作用下会在表面产生电荷，即为正压电效应反之，若给这些具有压电效应的材料施以交变电场，则这些材料也会随交变电压的变化产生压缩或伸拉应变（厚度变化），即为逆（负）压电效应3连续超声波和脉冲超声波连续超声波是强度恒定不变的连续等幅波，对生物组织的作用均匀，热效应明显脉冲超声波是有规律、间断发射的超声波其对生物组织作用的特点是减弱或消除超声的热作用4超声波的传播必须依靠介质传播，在真空中不能传播，这点与光波和电磁波不同A超声的衰减（吸收）与穿透――超声在介质中传播时，强度随传播距离而锐减，称超声的衰减介质对声波的吸收－与介质密度、粘滞性、导热性及超声的频率有关。衰减系数与超声的频率成正比超声在气体中被吸收最大，液体中被吸收较小，固体中吸收最小，在空气中的吸收系数比在水中约大一千倍高频超声在空气中衰减异常剧烈，所以在治疗中声头下虽是极小的空气光泡，也应避免散射衰减－介质中若含大量散射粒子如血中的血细胞，则超声波可改变原方向，而使能量急剧衰减声束扩散－使能量衰减可通过聚焦加以克服半吸收层（半价层）在实际工作中常用半吸收层来表明一种介质对超声波的吸收能力（超声波在某一介质中的穿透能力）半吸收层是指超声波在某种介质中衰减至原来能量的一半时的厚度半吸收层厚度越大，表示穿透能力越强而吸收能力越弱不同组织对同一频率的超声波其半吸收层值不同，如频率300千赫的超声波，肌肉半吸收层值为3.6厘米，脂肪为6.8厘米，肌肉加脂肪为4.9厘米同一组织对不同频率的超声波吸收也不同，超声频率愈高吸收愈多，穿透愈浅，如90千周的超声能穿透软组织10厘米，1兆周的超声穿透5厘米，而4兆周的超声只穿透1厘米左右。因此，目前常用于理疗的超声波选用8000千周/秒，穿透深度为5厘米左右B超声波的反射和折射――声波入射到两个介质分界面时，若界面的线度大于波长，则产生反射和折射。能量的一部分返回到同一介质中，另一部分折射到下一层介质中两个介质间特性阻抗差异越大，反射越强由于声头压电材料与空气间特性阻抗差异很大，反射很强，进入到组织中的能量很弱，空放时造成：一声头过热，损坏仪器；二发射效率极低，对组织的治疗作用很差因此声头与皮肤间加上耦合剂，起到透声作用，减少反射，增加折射率，最大限度减少能量丢失C超声波的衍射与散射――当声波通过一个线度为1到2个波长的障碍物时，声波会绕过障碍物后再直线传播，称衍射当声波遇到线度远小于波长的微小粒子时，微粒吸收能量后再向四周辐射声波形成球面波，称散射这些现象在超声诊断中很重要D驻波与波的干涉――两列沿相反方向传播的振幅相同、频率相同的波叠加时，形成驻波－－波形改变但不传播波形向前传播的波叫行波超声波在界面上产生的反射波与原入射波在传播过程中相遇，相互干扰可形成驻波在同一介质中的波与波之间的干扰，称波的干涉5生物组织中超声传播与衰减的特点A超声波频率影响组织能量吸收――实验表明：0.5～13MHz频段内的超声波在生物组织中传播时，超声衰减与超声频率基本呈线性关系，即频率越高，衰减（吸收）越多，穿透能力（半价层或半吸收层）越小B超声强度随组织深度增加而逐渐下降C生物组织成分的影响――水的衰减系数较小，所以，含水多的组织超声衰减小胶原蛋白的声速高，声阻抗大，超声衰减明显脂肪的声速低，声阻抗低，超声衰减小组织超声衰减率由大到小排列：肺（含气）＞骨＞软骨＞肌腱＞皮肤＞肾＞心＞肌肉＞肝＞神经组织＞脂肪＞血液＞血清二、超声波的生物物理学特性和作用机制1机械作用超声声场是传声媒质中机械扰动的空间分布超声波的机械作用来源于超声声场的行波（前进波）和驻波行波场的机械作用以超声波传播行程中能量转变成介质质点的运动能为特征，即由于介质内这一压力变化约为±3个大气压，若超声频率为1MHz时，每一细胞所承受的压力约为4～8mg，这种压力变化能使组织细胞产生容积运动变化，被称为“细胞按摩”、“微按摩”或“内按摩”驻波场的机械作用可以影响到介质张力、压力和质点的巨大加速度，使介质质点间产生运动差，造成质点间摩擦而产生能机体体液中离子（质点）由于质量不同而获得不同的加速度，则离子间相对运动而产生摩擦力由于行波与驻波的机械作用，使组织细胞产生较强的胞浆运动－原浆微流或环流，从而加速细胞内容物的移动、改变其空间相对位置，显示出超声波对生物组织内物质和微细结构的微细按摩或细胞按摩作用细胞功能变化：A血液和淋巴循环改善，细胞膜的弥散功能增强，新陈代谢增强，组织再生能力提高――治疗循环障碍性疾病，如营养不良性溃疡B脊髓反射幅度降低，反射传递受抑制，神经组织生物电活动降低――镇痛作用C使坚硬的结缔组织纤维延长变软――治疗瘢痕、粘连、硬皮病、关节挛缩等2温热作用超声振动能量不断被媒质吸收而转变成热能属内生热影响超声产热量大小的因素有――A超声剂量－单位时间内超声强度越大，受作用组织内产热量越大――治疗中移动超声头或采用脉冲超声，均可防止组织温度过高B超声频率－频率越高，穿透越浅，吸收越多，产热越多C介质性质－生物组织的介质粘滞性越高或半吸收层（半价层）越小，组织吸收超声能越多，产热越多――超声波产生的热作用在骨和结缔组织最显著，脂肪和血液最少超声波温热作用特点――A在组织内产热不均，在不同组织界面上产热较多如皮下组织与肌肉交界、肌肉与骨组织交界、肌腱韧带附着处、关节软骨面及骨皮质、骨膜等产热较多――治疗中有实际意义B在组织内产热约有80％经血液循环带走，20％由邻近组织带走――因而超声作用于血液丰富的器官，如肝、肾、脾等，不会造成明显升温效应缺少血液循环或层次多的组织如角膜、晶体、玻璃体、睾丸等，超声可产生局部热聚积，导致损伤超声温热作用可增强血液循环、加强代谢、改善组织营养、提高酶活力、降低肌肉和结缔组织张力、缓解痉挛、降低感觉神经兴奋性、减轻疼痛等3理化作用多为机械和温热作用的继发作用A空化作用－超声所致介质中气体或充气空隙形成，即当液体处于强大负压作用下，拉力超过内聚力时出现微小空泡。空隙内部有正负电荷分布。压力改变可使空隙崩溃，瞬间产生巨大冲力，可冲断高分子的化学键，同时伴随局部高温、高压、发光、放电、高速微射流等现象，使邻近组织细胞损伤B弥散作用－超声可提高生物膜通透性，增加物质弥散过程，促进细胞膜内外物质交换，加速代谢、改善营养可促使药物容易透入细胞或微生物内部，与药物联合可起协同作用C触变作用－超声可使凝胶转化为溶胶状态，对肌肉、肌腱、瘢痕等均有软化作用D对氢离子浓度有影响－使pH值向碱性方面转化，可缓解炎症局部酸中毒，减轻疼痛E对生物大分子的聚合、解聚作用－超声使水分子分解成OH、原子氢、原子氧等，诱导水中稳定的化合物形成自由基超声还可使大分子之间摩擦力增加，导致化学键断裂，产生不饱和的具高活性的自由基，而引发分子聚合反应当超声作用使大分子化合物粘度下降时，可使大分子分解为小分子，有可逆和不可逆解聚两种状态超声对酶活性有影响，可使氧化酶、脱氢酶失活，转化酶活性提高在实验性关节炎治疗研究中发现，超声可使关节内水解酶和还原酶活性增加，对水解酶作用效应更强F对DNA的作用－在离体实验和动物实验中证实：高强度超声波可引起DNA分子损伤、染色体畸变率升高。但缺乏人体引发DNA损伤的资料报道G对生物组织和细胞代谢的影响－低强度超声加速氧化过程。线粒体、核酸对超声均很敏感，使氧化－磷酸化过程增强，胸腺核苷酸含量增加，巯基化合物增加，巯基化合物对多种活性物质具有强还原作用，如酶、激素、微生物、组胺、神经介质等，具有重要的生物学意义高强度超声主要起抑制和破坏作用，在超声治癌中有重要意义三、超声治疗方法1常规剂量治疗法：常规剂量3W/cm2以下A直接接触法――皮肤与声头间涂以耦合剂移动法－缓慢往返或圆周移动，速度1～2cm/s，强度0.5～2.5W/cm2治疗较大范围病灶固定法－治疗剂量小，0.1～0.5W/cm2治疗较小范