8.1. Физические основы ультразвука

    

    Ультразвуковая терапия является одним из наиболее распространенных и высокоэффективных методов современной физиотерапии. Многообразие влияния ультразвуковых воздействий на организм человека диктует необходимость глубоких знаний механизма лечебного действия данного фактора и умения обосновать показания и противопоказания к его применению в клинической практике.

    8.1. Физические основы ультразвука

    Ультразвуковая терапия – это применение с лечебной целью механических колебаний упругой среды с ультразвуковой частотой (свыше 20 кГц). В физиотерапевтической практике ультразвук используется в диапазоне от 22 до 3000 кГц. Получение УЗ базируется на обратном пьезоэлектрическом эффекте. Он состоит в том, что некоторые кристаллы (кварц, сегнетова соль, титанит бария, турмалин и др.), получившие название пьезокристаллов, под действием электрического поля изменяют свою толщину в соответствии с частотой переменного тока. При уменьшении толщины пластинки пьезокристалла в прилегающих слоях окружающей среды образуется разрежение, а при увеличении - сгущение частиц среды. В результате периодического изменения толщины пластинки, называемой пьезоэлектрическим преобразователем, в среде возникает УЗ волна, распространяющаяся в направлении, перпендикулярном поверхности пластинки. Сжатие и разрежение вещества составляет один цикл колебаний, а число их в секунду - частоту колебаний в герцах (Гц), 1 килогерц (кГц) = 10 × 3 Гц, 1 мегагерц (МГЦ) = 10 × 6Гц.

    Таким образом, распространение УЗ волн в тканях осуществляется в виде процесса попеременных сжатий и разрежений вещества. УЗ волны обладают свойствами звука и света, т.е. могут отражаться, преломляться, проявлять свойства интерференции.

    Частота УЗ волн – один из важнейших параметров. От нее зависит глубина проникновения УЗ волн в среде. Чем больше частота, тем быстрее затухают УЗ волны (поглощаются):

    - при частоте 22-44 кГц (низкочастотный ультразвук) глубина их проникновения в ткани составляет до 12 и более см;

    - при частоте 800-900 кГц - 5-6 см (8- 10 см - по А.П.Сперанскому);

    - при частоте 2000-3000 кГц - 1-3 см.

    При распространении ультразвука в неоднородной среде часть УЗ энергии отражается, а другая её часть переходит в следующую среду. Для уменьшения отражения УЗ волн от поверхности кожи необходимы следующие условия:

    1. Обеспечение безвоздушного контакта УЗ излучателя и кожи, так как при слое воздуха между ними до 0,001 мм происходит отражение УЗ волн на 97%. Для уменьшения процессов отражения УЗ волн поверхностью кожи используются контактные среды – вода, вазелин, растительное масло, глицерин, мазь.

    2. УЗ излучатель должен прикасаться к коже всей своей поверхностью, так как УЗ волны распространяются перпендикулярно и при увеличении угла падения отражение их возрастает. Поэтому неровные поверхности озвучиваются через дегазированную воду или через резиновый мешочек с водой при параллельном расположении излучателя к данному участку поверхности тела.

    3. Внутри тканей на границе их раздела также происходит частичное отражение УЗ волн (так как ткани по-разному проводят УЗ волны) или наложение (интерференции), что может создавать участки повышенного УЗ давления. Это происходит обычно на границе тканей при неподвижном положении излучателя. В таких условиях возможен некоторый перегрев тканей в области воздействия и возникновения болей, что требует снижения интенсивности воздействия в процессе проведения процедуры. УЗ волны в тканях организма распространяются с некоторой конечной скоростью, которая определяется упругими свойствами среды и ее плотностью. Скорость УЗ в жидкостях и твердых средах значительно выше, чем в воздухе, где она приблизительно равна 330 метров в секунду (м /сек.). Для воды она будет равна 1482 м/сек. при 20 градусах Цельсия. Скорость распространения УЗ в твердых средах, например, в костной ткани, составляет примерно 4000 м/сек.

    Поглощение энергии УЗ зависит в большей степени от частоты УЗ колебаний (при ее повышении увеличивается в линейной зависимости), а также от упругих свойств среды (акустического сопротивления). Чем больше удельное акустическое сопротивление среды, тем больше степень сжатия и разрежения среды. Ткани, выполняющие в организме поддерживающую и опорную функции, поглощают УЗ сильнее, чем паренхиматозные. Наибольшей поглощающей способностью обладает костная ткань, далее – нервная, мышечная, а наименьшей – жировая ткань и жидкие среды. К анатомическим структурам, которые избирательно поглощают УЗ, относятся богатые коллагеном поверхностные слои кости, надкостница, суставные мениски, синовиальная жидкость, суставные сумки, соединительные ткани, внутримышечные рубцы, мышечные волокна, оболочки сухожилий и глиальные элементы нервных образований. Это отличает УЗ терапию от других физических факторов. Малые потери энергии в слоях жировой ткани при достаточном проникновении энергии в мышцы обеспечивают хорошие условия для терапевтического применения УЗ. Поглощение УЗ снижается, если патологический очаг сопровождается отеком ткани, и наоборот повышается, когда пораженная ткань инфильтрируется, теряет жидкость, увеличивается атрофия и склерозирование.