Ultrasonoterapia

ULTRASONOTERAPIA

Ultrasunetele (US) sunt sunete (unde acustice, produse prin vibratiile mecanice ale unui mediu elastic) care au frecventa mai mare de 20 kHz. Undele acustice sunt fluctuatii ale presiunii in mediul respectiv, fluctuatii care se proa sub forma unor unde. Acestea determina vibratii ale particulelor mediu 535f54f lui care sufera deplasari pe directia de proare a undei acustice. Spunem ca undele acustice sunt unde longitudinale.

In medicina se folosesc ultrasunete cu frecvente cuprinse intre 1 si 13 MHz, la o putere medie mica (~3-50 mW). Pentru ultrasunete in pulsuri, puterea maxima poate atinge insa valori de ordinul 1 Watt. Presiunea maxima exercitata asupra tesutului moale de un puls de ultrasunete cu intensitatea I = 1 Watt/cm² este de 1,8 atm:

unde ρ = densitatea tesutului (≈ ρ_apa pentru tesuturi moi), c = viteza de proare a US in tesut.

O caracteristica a mediului este impedanta acustica

Z = ρc

Impedanta acustica se masoara in Rayl (Rayleigh) sau Ohmi acustici. 1 Rayl (1 Ohm acustic) = 1 kg/m²s.

La temperaturi intre 22-37C, c ≈ 1500 m/s si Z ≈ 1,3-l,8 MRayl in tesuturi moi, si c ≈ 4000 m/s, Z ~ 8 MRayl in os (1 MRayl s 10⁶ Rayl).

ATENUAREA US

Atunci cand un fascicul de ultrasunete traverseaza un mediu, o parte din energia US este absorbita de atomii din mediul respectiv (prin excitari, ionizari, incalzire). Pe langa procesele de absorbtie, in mediu se produce si imprastierea undelor acustice, prin deflexii (schimbari ale directiei) datorate reflexiilor interne pe diferite structuri neomeogene din material. In acest fel, o parte din undele acustice incidente parasesc directia de proare a ultrasunetelor incidente (ies din fascicul), fiind imprastiate in tesut. Reducerea intensitatii undelor acustice prin absorbtie si imprastiere determina atenuarea fasciculului de ultrasunete.

Intensitatea unei unde acustice (I) reprezinta energia transportata de unda in unitatea de timp prin unitatea de suprafata perpendiculara pe directia de proare. Cu cat distanta parcursa in mediu este mai mare, cu atat intensitatea fasciculului va fi mai mica. Datorita proceselor de atenuare, intensitatea fasciculului scade exponential cu distanta in material, conform legii lui Lambert:

I₀ = intensitatea la intrarea in mediu

I = intensitatea la adancimea x

μ = coeficientul de atenuare al mediului. Acesta depinde de natura mediului (de tipul de molecule din mediu) si de frecventa ν a ultrasunetelor (μ este proportional cu ν^1,1). μ este mai mare daca mediul absoarbe mai multa energie.

Reflexia la suprafata de separare a doua medii cu impedante Z₁ si Z₂ este caracterizata prin coeficientul de reflexie R: R = E_r/E_i, unde E_r este energia undei reflectate, iar E_i energia undei incidente, iar

R = ((Z₁ Z₂)/(Z₁ + Z₂))²

La interfata aer/apa, R ≈ 1 (practic toata unda este reflectata inapoi aer), de aceea, in explorarile ultrasonografice, trebuie sa fie evitat stratul de aer dintre sonda emitatoare si pielea pacientului (de ex. prin ungerea pielii cu ulei de parafina prin care se poate realiza un contact bun).

EFECTELE US

Efectele fizice ale US pot fi: mecanice (cavitatie, omogenizare, precipitare, coagulare, dispersie, microcurenti de fluid), termice (incalzire), electrice (formarea dublului strat ionic la suprafata de separare dintre doua medii cu aparitia unor diferente de potential, ionizari) si optice (modificarea indicelui de refractie al substantei).

Pe masura ce ultrasunetele sunt atenuate in tesut, caldura absorbita este transformata in caldura. Efectul este foarte puternic in oase, dand senzatia de durere. Totusi, la intensitatile folosite in investigatiile clinice, efectul de incalzire este neglijabil.

Un alt efect important al ultrasunetelor este procesul de cavitatie. Variatiile periodice ale presiunii, induse sub actiunea ultrasunetelor, induc aparitia unor bule (cavitati) de vapori sau gaze rarefiate, care se dilata si se comprima periodic. La o anumita raza a bulei se produce fenomenul de rezonanta (de exemplu 1,8 μm la 2 MHz), la care presiunea si energia inmagazinata in cavitatie creste foarte mult, ceea ce conduce la decompresie prin implozie. Socul imploziei poate duce la ruperea unor macromolecule sau structuri aflate in apropiere. Cavitatile au un timp de viata foarte scurt (10^-6 s). In interiorul acestora se produc excitari si ionizari, care conduc la formarea de radicali liberi, la aparitia unor acumulari de sarcini electrice in interior si dezvoltarea unor diferente mari de potential electric. Ca urmare, se pot produce descarcari electrice in gazele rarefiate din cavitate, insotite de emisii de radiatii luminoase (ultrasonoluminescenta).

Destinderea si contractia periodica a bulelor determina aparitia unor microcurenti de fluid pe o scala microscopica in vecinatatea cavitatilor. Microcurentii pot produce importante leziuni celulare. Pentru intensitatile folosite in investigatiile clinice, fenomenul de cavitatie si aparitia de microcurenti sunt neglijabile.

Efectele chimice si electrochimice ale US pot fi de oxidare, reducere, polimerizare, depolimerizare, modificare a conductibilitatii electrice a lichidelor.

  Efectele biologice ale ultrasunetelor sunt consecinta efectelor fizico-chimice asupra structurilor vii. In functie de intensitatea ultrasunetelor, exista trei categorii de efecte:

 a. Ultrasunetele de intensitate mica, < 0,5 W/cm², produc modificari functionale.

b. Ultrasunetele de intensitate medie, 0,5 < I < 5 W/cm², produc modificari structurale reversibile.

c. Ultrasunetele de intensitate mare, > 5 W/cm², produc modificari structurale ireversibile. Pot fi utilizate la distrugerea bacteriilor, prepararea vaccinurilor si distrugerea tumorilor.

Adancimea de patrundere a ultrasunetelor in tesuturi este de 5-7 cm. Ultrasunetele de inalta frecventa sunt puternic absorbite si produc efecte locale. Ultrasunetele de joasa frecventa produc efecte generale. La doze moderate pielea are o permeabilitate marita pentru substantele medicamentoase. Dozele mici produc vasodilatatie, cele mari vasoconstrictie. Ultrasunetele din categoriile a si b pot fi folosite in tratamentul starilor reumatismale, afectiunilor sistemului nervos periferic, nevralgiilor, nevritelor (diatermie cu ultrasunete). Sunt spasmolitice, antialgice, antiinflamatorii. Se pot folosi, de asemenea, in afectiuni ale aparatului locomotor, nervilor periferici, aparatului circulator, in tratamentul bolii ulceroase, spasme pilorice, intestinale etc.

Personalul care lucreaza cu ultrasunete (16-25 kHz, 100 dB) poate sa prezinte anumite manifestari neurovegetative cum ar fi perturbarea functiilor de termoreglare si a functiei suprarenalei, tulburari psihice (halucinatii), tulburari de echilibru, bulimie.