Léčebný ultrazvuk

Vratislav Fabián 15.3.2010

Zvuk

   Generování ultrazvuku Biologické účinky ultrazvuku Aplikace ultrazvuku     Terapeutický ultrazvuk Čistící ultrazvuk Litotripsie Rázová vlna

Generování ultrazvuku

 Mechanické generátory  Píšťaly  Malý výkon  Nízké frekvence

Generování ultrazvuku

 Magnetostrikční generátory  Ultrazvukové změnou kmity rozměrů jsou vytvářeny feromagnetického materiálu vyvolané magnetickým polem    Magnetostrikční materiály – železo, nikl, kobalt a jejich slitiny Generování ultrazvuku do cca 100kHz Velký výkon

Generování ultrazvuku

 Obrácený piezoelektrický jev elektrostrikce  Ultrazvukové kmity elektrického pole jsou vytvářeny změnou rozměrů materiálu po aplikaci    Piezoelektrické materiály – monokrysta lický křemen, křišťál Generování ultrazvuku do desítek MHz Nižší výkony

Generování ultrazvuku

   Elektrické napětí se přivádí z generátoru s frekvencí dle naladěnou na vlastní rezonanční kmitočet destičky (čím tenčí destička, tím vyšší generovaný kmitočet) Velká absorpce způsobená vnitřním ultrazvuku třením ve při vzduchu stlačování prostředí – krystal uložen v kapalině popř.

tekutým lepidlem přilepen ke kovové hlavici.

Mezi hlavicí a tělem je také nutné mít ze stejného důvodu zajištěn dobrý akustický kontakt (imerzní prostředí – gel, olej)

Zvuk

    mechanické kmitání 20Hz až 20kHz – slyšitelný zvuk 0,7Hz až 20Hz – infrazvuk 20kHz až stovky MHz - ultrazvuk

Rychlost šíření zvuku

E … Youngův modul pružnosti (ocel cca 5100 m/s) K … modul obj. pružnosti (voda cca 1500 m/s)

Rychlost šíření zvuku

Prostředí Vzduch 0°C Vzduch 20°C Vodík Voda 13°C Voda 20°C Led 0°C Guma Ocel Sklo Rychlost zvuku c (m/s) 332 344 1270 1441 1484 3200 1440 5000 6000

Rychlost zvuku ve vzduchu

Effect of temperature

teplota [ °C] c in m·s-1 ρ in kg·m-3 Z in N·s·m-3 −10 325.2

−5 328.3

0 331.3

5 334.3

10 337.3

15 340.3

20 343.2

25 346.1

30 349.0

1.342

1.317

1.292

1.269

1.247

1.225

1.204

1.184

1.165

436.1

432.0

428.4

424.3

420.6

416.8

413.2

409.8

406.3

Akustická impedance

Analogie k el. veličinám: Z = U ef /I ef => Z = p ef /v ef Z = c . ρ Akustická impedance je pro každé prostředí veličina charakteristická a ovlivňuje velikost odrazu akustické Energie při dopadu zvukové vlny na rozhraní prostře dí o různých akustických impedancí.

Ultrazvuková hlavice

  Využívá se blízké pole Velikost blízkého pole určíme ze vztahu:  Úhel: Rozman

Ultrazvuková hlavice

 Z konstrukčního hlediska je zcela zásadní tloušťka krycí vrstvy ultrazvukového měniče ve směru vyzařování. Pro maximální přenos energie musí být vrstva rezonančně naladěna a její velikost má vyhovovat podmínce minima odrazů a maximálního průniku pouzdro m ěnič Rozman vf kabel

Účinky ultrazvuku

  Jsou způsobeny absorpcí zvukové energie v tkáni Absorpce závisí na kmitočtu, intenzitě a době trvání

Mechanické účinky

  Energie čtvercem frekvence, takže intenzita může dosahovat až několik desítek W/cm2 zvukových vln roste se Vznik kavitací – vakuové dutinky Navrátil, Rosina: Medicínská biofyzika

Kavitace

 Ultrazvuková kavitace je termín užívaný při popisu chování bublin plynu v kapalinách vystavených ultrazvukovému vlnění. Při šíření ultrazvuku velkých intenzit v kapalinách může v místech podtlaku dojít k narušení spojitosti prostředí a vzniku kavitační bubliny. Vzniknuvší bublina plynu však rychle zaniká působením následujícího stlačení.

Kavitace je tedy jevem, při kterém se transformuje relativně nízká hustota energie ultrazvuku na vysokou hustotu energie koncentrovanou v malých objemech uvnitř zanikající kavitační bubliny nebo v blízkosti. Tím se vysvětluje úloha kavitace při urychlování chemických reakcí, změnách vlastností biomakromolekul či poruchách až zániku buněk (ultra-zvuková chirurgie). Kavitační práh je definován hodnotou akustického tlaku nebo intenzity, při kterých právě vzniká kavitace. Je závislý na tlaku, teplotě, povrchovém napětí roztoku, době ozvučování a pracovní frekvenci.

Rozman

Tepelné účinky

 Tření kmitajících (tkáně). Zejména na rozhraních s různou akustickou impedancí – může vzniknout bolest na přechodu měkká tkáň – kost.

kůže částic tuk sval prostředí kost Rozman x [cm] Navrátil, Rosina: Medicínská biofyzika,

Fyzikálně chemické a disperzní

  Excitace molekul díky ultrazvukovým kmitům – urychlení chemických reakcí Příprava jemných suspenzí, emulzí aerosolů (ultrazvukové inhalátory) Navrátil, Rosina: Medicínská biofyzika

Chemické a elektrochemické

 Depolymerizace některých vysoko molekulárních látek – ve vodném prostředí vznik volných radikálů Navrátil, Rosina: Medicínská biofyzika

Souhrn účinků

      Zvýšení membránové zrychlení difuze v tkáních permeability Zvýšení krevního oběhu a metabolismu Změkčování vazivové tkáně – Porušení vodivosti nervových vláken – tlumivý účinek na přenos vzruchů Změna pH tkáně – alkalizace tkáně, po nadměrné intenzitě naopak acidóza Analgetický účinek – tišení bolesti přímými i nepřímými mechanizmy

Souhrn účinků

   Do 1,5W/cm2 jsou účinky léčebného ultrazvuku na tkáň pozitivní.

Do 3W/cm2 jsou změny v tkáni reverzibilní Nad 3W/cm2 dochází k ireverzibilním změnám spočívajících v destrukci buněčného jádra, denaturalizaci bílkovin tepelnými a chemickými účinky

Aplikace ultrazvuku

  Léčebný ultrazvuk  Frekvence 1 až 3 MHz  Intenzita do 3W/cm2 Běžný léčebný postup v rehabilitaci  Analgetický účinek   Spasmolytický (myorelaxační) účinek Zvýšení místního krevního oběhu a metabolismu

Léčebný ultrazvuk

kontrola spojen í oscil átor regulace v ýkonu koncový stupeň terapeutick é hodiny gener átor impulsů m ěření intenzity Rozman

Léčebný ultrazvuk

   

Indikace léčebného ultrazvuku

Revmatologie  zánětlivá revmatická onemocnění  revmatoidní artritida (zánět kloubu),    Bechtěrevova choroba, degenerativní změny kloubů a páteře, svalový revmatismus  periartritidy (zánět tkáně okolo kloubu),   epikondylitidy (tenisový loket), Dupuytrenova kontraktura (zkrácení šlach v dlani).

 Ortopedie, traumatologie poúrazové stavy a následky  stavy po kontuzích (zhmoždění, poranění měkkých tkání),   kontraktury (fixované držení části těla zkrácením svalu), Sudeckův syndrom (řídnutí kostí z nečinnosti po úrazu).

Neurologie  lumbago a ischialgie (ústřel a bolest sedacího nervu),    diskopatie (postižení meziobratlových destiček), zánět lícního nervu, kauzalgie (vazomotorické poruchy), reflexní dystrofie končetin (porucha výživy buněk).

    Interní lékařství trávicí orgány, dýchací orgány, cirkulace periferního řečiště.

Rozman

Kontraindikace léčebného uzv

        zhoubné nádory a metastázy, akutní zánětové procesy, horečnaté stavy, TBC, choroby srdce a cév, varixy, trombózy, krvácení, žaludeční vředy, akutní kloubový revmatismus, gravidita.

Rozman

Měření ultrazvuku - Metoda vážení síly vlnění (záření)

Skripta: Dobiáš, Fabián – Použití tech…

Aplikace ultrazvuku

 Dentální ultrazvuk  Frekvence 20 až 50 kHz   Vysoká hustota toku akustické energie – magnetostrikční zdroj Vznik kavitace – odstraňování zubního kamene

Litotripsie - ESWL

• Extracorporeal Shock Wave Lithotripsy • Na neinvazivní rozrušování ledvinových nebo žlučníkových kamenů • Pneumaticky generovaný akustický puls • Genetátor umístěn v jednom ohnisku elipsoidu • Ve druhém ohnisku kámen • Polohování pomocí rentgenu či ultra zvuku • Pacient dříve ve vaně, nyní pouze přiložen aplikátor

Litotripsie – generování rázu

• Elektrohydralicky • Piezoelektricky – rychlá deformace krystalu velkým elektrickým polem • Elektromagneticky – pohybem membrány spojené s cívkou elmgnetu • Kladná ampliduta tlaku až 100MPa • Záporná amplituda tlaku až 10MPa – vznik kavitace •Aplikace na volné kameny o průměru 2mm až 2cm www.btl.cz

                

Ledvinové kameny

Ledvinové kameny jsou tvořeny nahromaděním minerálních solí, které se mohou usazovat kdekoliv v močových cestách. Ke krystalizaci dochází při nasycení moči krystalotvornýmimi látkami a při změně pH moči (např. při infekci).

Druhy kamenů: vápenné kameny (tvořené šťavelanem nebo fosforečnanem vápenatým) - 80% kameny z kyseliny močové kameny tvořené fosfátem hořečnato-amonným cystinové kameny Příčiny Příčiny vzniku: Vápenné kameny: vysoká hladina vápníku v krvi a následně v moči: zvýšené vstřebávání vápníku ve střevě ( často dědičná tendence ) porucha funkce příštítných tělísek otrava vitaminem D nadměrná konzumace rafinovaných cukrů - stimuluje tvorbu inzulínu, který způsobuje nadměrné vylučování vápníku močí vysoká konzumace živočišných bílkovin zvyšuje též vylučování vápníku močí nadměrná konzumace šťavelanů ( špenát, reveň, řepa, arašídy,jahody, angrešt, chřest, kakao, čokoláda, ostružiny, sladké brambory, pečené fazole, pórek, rebarbora, hroznové víno, coca-cola) nadměrné pití některých druhů minerálek dehydratace Urátové kameny (z kyseliny močové): nadměrná hladina kyseliny močové v krvi - při dně dehydratace Kameny z fosfátu hořečnato-amonného: Se tvoří na základě infekce ( především u žen ) Cystinové kameny: Cystinurie - dědičná porucha Příznaky Nepříliš silná bolest na jedné straně dolní části zad Ledvinná kolika - způsobená pohybem kameny v močovodu nebo ledvinách Potíže s močením - způsobují kameny v močovém měchýři Častější infekce http://diagnozy.doktorka.cz

Litotripsie - ESWL

• DORNIER MedTech www.dornier.com

Litotripsie - ESWL

• DORNIER MedTech

Rázová vlna - ESWT

• Extracorporal Shock Wave Therapy • Indikace • ostruha kosti patní / plantarni fasciitida • bolest ramene s kalcifikacemi nebo bez nich / kalcifikovana tendinitida (syndrom rotatorove manžety ramennihokloubu / kalcifikujici bursitida – bursitis calcarea) • bolest Achillovy šlachy • proximální iliotibiálni bursitida / tendinitida trochanterickeho úponu • radiálni nebo ulnárni epikondylitida humeru („tenisovy“ či „golfovy“ loket) • patelarni tendinopatie („skokanské koleno“) • syndrom tibiálni hrany • úponové tendinitidy obecně • akupunktura • svalové spouštěcí (bolestivé) body www.storzmedical.ch

Rázová vlna - ESWT

• Kontraindikace •koagulační poruchy (hemofilie) •užíváni antikoagulancií, zvláště Marcumaru •trombóza •nádorové choroby, pacienti s karcinomem •těhotenství •polyneuropatie při diabetu •akutní záněty / hnisavá ložiska v cílove oblasti •děti v období růstu •léčba kortikoidy v období 6 tydnů před první léčbou ESWT www.storzmedical.ch

Aerosologie – disperze UZV

 Ultrazvukové inhalátory  Aerosol je kvazistabilní jemná suspenze pevných či kapalných látek v plynu. Průměr částic se pohybuje od 1 nm do 10 μm. Plynné suspenze s částicemi o průměru větším než 5 μm se relativně rychle snášejí k zemi a označují se proto jako spreje. Při rozměrech částic menších než 1 nm dosahují suspendované částice velikosti molekul a hovoříme tak o páře či plynu.

Podstata vzniku aerosolu se vysvětluje vznikem kavitace nebo turbulentního proudění v kapalinách.

Rozman

Inhalátory

Rozman

Inhalátory

www.omron.com