治疗性超声

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原始的编辑器-蒂姆·沃森教授 顶级的贡献者-阿尔贝托Bertaggia，蕾切尔劳，管理，金正日杰克逊，Aminat Abolade而且WikiSysop

简介［|］

超声波(美国)是一种机械能量(不是电的)，因此，严格地说，根本不是真正的电疗法，而是属于电物理制剂组。不断增加频率的机械振动称为声能。正常的人类声音范围是16赫兹到接近15-20,000赫兹(儿童和年轻人)。超过这个上限，机械振动称为超声波．治疗中使用的频率通常在1.0到3.0 MHz之间(1 MHz =每秒100万循环)。

声波是纵向波组成的区域压缩而且稀疏．当物质的粒子暴露在声波中时，它会围绕一个固定点振荡，而不是随着声波本身移动。当声波中的能量传递到该材料时，它将引起该材料的粒子振荡。很明显，组织中任何分子振动的增加都可能导致热的产生，超声波可以用来在组织中产生热的变化，尽管目前在治疗中的应用并没有关注这一现象[1][２][3][4]［5］[6]．除了热的变化外，组织的振动似乎有一些影响，这些影响通常被认为在本质上是非热的，尽管与其他形式(如脉冲短波)一样，必须有一个热的成分，无论多么小。当美国波穿过一种物质(组织)时，由于能量被转移到该物质，波内的能级将会降低。不同组织的超声波能量吸收和衰减特性已有文献记载(见吸收部分)。

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超声波［|］

具有压缩和稀疏的超声波形

频率-粒子在1秒内经历完全压缩/稀疏循环的次数。通常是1或3兆赫。

波长-特定介质中波形上两个等效点之间的距离。在一个“平均组织”中，波长@ 1MHz为1.5mm， @ 3mhz为0.5 mm。

速度-波(扰动)通过介质的速度。在盐水溶液中，声波的速度约为1500米秒-1，而在空气中则约为350米秒-1(声波在密度更大的介质中传播速度更快)。US在大多数组织中的速度被认为与生理盐水中的速度相似。

这三个因素是相关的，但并不是所有类型的组织都是一样的。平均值最常用来表示US在组织中的通过。来自治疗设备的典型美国频率是1和3兆赫，尽管有些机器产生额外的频率(如0.75和1.5兆赫)，而“长波”超声设备的工作频率为10兆赫(通常为40- 50000赫兹——比“传统美国”频率低得多，但仍然超出人类的听力范围。

这种关系的数学表示形式为V = F.l，其中V =速度，F =频率，l为波长。

我们的波形［|］

美国光束是不均匀的，它的性质随与换能器的距离而变化。离治疗头最近的美国波束称为NEAR场、干涉场或Frenzel区。美国在这一领域的行为远非常规，一些领域受到了重大干涉。美国在这一领域的部分能量可以比机器上设置的输出大很多倍(可能高达12到15倍)。近场的大小(长度)可以用r2/l计算，其中r=换能器晶体的半径，l =美国波长，根据所使用的频率(3MHz为0.5mm, 1.0 MHz为1.5mm)。

超声波束图的例子

例如，一个直径为25mm的晶体在1mhz工作时，其近场/远场边界在:边界= 12.5mm2/1.5mm»10cm，因此当使用一个大的处理头和1mhz的US波束时，近场(最大干扰)从处理头延伸约10cm。当使用更高频率的US时，边界距离更大。在这个边界之外是远场或夫琅和费带。美国在这个领域的光束更加均匀，发散也更加平缓。近场中注意到的“热点”并不显著。就治疗应用而言，远场实际上是无法触及的。

美国应用器(换能器)的一个质量指标是光束不均匀比(BNR)。这表明了近场干扰的存在。它用数值方法描述了强度峰值与平均强度的比值。对于大多数施药剂，BNR约为4 - 6(即峰值强度将是平均强度的4或6倍)。由于美国的性质，BNR的理论最佳值被认为在4.0左右，尽管一些制造商声称已经克服了这一限制，并有效地将其发电机的BNR降低到1.0。

几篇论文[7][8]已经考虑了一些与当前机器和Pye[9]提出了一些令人担忧的数据，有关校准机器在英国的临床使用。

超声通过组织的传播［|］

所有的材料(组织)都会对声波的通过产生阻抗。组织的特定阻抗将由其密度和弹性决定。为了最大限度地将能量从一种介质传输到另一种介质，两种介质的阻抗需要尽可能地相似。很明显，在US从生成器到组织，然后通过不同的组织类型的情况下，这实际上是不可能实现的。边界处的阻抗差越大，将发生的反射就越大，因此，将转移的能量量就越小。阻抗值的例子可以在文献中找到[10][11]．

钢/空气界面的阻抗差异最大，这是美国为了到达组织必须克服的第一个障碍。为了使这种差异最小化，必须使用合适的耦合介质。即使在换能器和皮肤之间存在一个很小的气隙，反射的电流比例将接近99.998%，这意味着将没有有效的传输。

通过耦合介质的传输

在这种情况下使用的耦合介质包括水，各种油，面霜和凝胶。理想情况下，耦合介质应该是流体，以便填满所有可用的空间，相对粘性，以便保持在适当的位置，具有与所连接的介质适当的阻抗，并应允许US的传输以最小的吸收、衰减或干扰。有关耦合介质的详细讨论，参见Casarotto等人。[12]， Klucinec等。[13],威廉姆斯[1]和Docker等人。[14]．目前凝胶基介质似乎比油和面霜更可取。水是一种很好的介质，可以作为一种替代品，但显然它的粘度不符合上述标准。在通常的临床使用中，凝胶之间没有实际的(临床)差异[15]．在凝胶中添加活性物质(如消炎药)已被广泛应用，但仍未完全研究。我们目前正在进一步评估这一干预措施

吸收和衰减［|］

介质的指数能量吸收

吸收US能量遵循指数模式-即吸收更多的能量在表层组织比在深层组织。为了使能量产生效果，它必须被吸收，在某些时候，这必须与达到某种效果所使用的美国剂量相联系[3][6][16]．

因为吸收(渗透)是指数级的，所以(理论上)没有一个点能把所有的能量都吸收掉，但肯定有一个点能让美国的能量水平不足以产生治疗效果。随着美国光束深入组织，更大比例的能量将被吸收，因此有更少的能量可以达到治疗效果。在谈到US时，经常引用半值深度，它表示组织中可获得一半表面能量的深度。这对于每个组织和不同的美国频率都是不同的。

该表给出了治疗性超声的典型(或平均)半值深度的一些指示[17]．由于很难，如果不是不可能知道每个患者的每一层的厚度，平均半值深度用于每个频率:3MHz - 2.0cm;1 mhz - 4.0厘米。


 1兆赫兹
 3兆赫
肌肉
 9.0毫米
 3.0毫米
脂肪
 50.0毫米
 16.5毫米
肌腱
 6.2毫米
 2.0毫米

这些价值观(在Low & Reed之后)并没有被普遍接受[11]一些研究(尚未发表)表明，在临床环境中，它们可能明显更低。

要达到一种特定的深度US强度，必须考虑到较浅层的组织所吸收的能量的比例。该表给出了典型组织在两种常用频率下能量水平的大致降低情况，更详细的资料载于剂量计算材料中

深度(cm) 3兆赫 1兆赫兹
2 50％
4 25％ 50％
8
25％

由于美国在不同组织类型中的渗透(或传播)是不一样的，很明显，一些组织能够比其他组织吸收更多的美国。一般来说，蛋白质含量高的组织吸收US的程度更大，因此高水低蛋白质的组织吸收US的能量(如血液和脂肪)很少，而那些低水高蛋白质的组织吸收US的效率要高得多。组织可以根据它们的相对组织吸收来排序，这在临床决策方面是至关重要的[6]．

相对组织吸收与蛋白质含量有关

尽管软骨和骨骼属于这一范围的高端，但与波反射相关的问题意味着，冲击这些组织表面的大部分美国能量可能会被反射。临床应用中胶原蛋白含量高的组织吸收效果最好，如韧带、肌腱、筋膜、关节囊、疤痕组织等［5］[6][16][3][18][19]．

将治疗性US应用于能量吸收能力较低的组织，其效果可能不如将能量应用于吸收能力较强的材料。Wilkin等人的研究表明了这种干预的有效性。[20]和Markert等人。[21]同时，应用于组织，是一个更好的吸收器，将导致更有效的干预，正如预期的那样[22][23]．

脉冲超声波［|］

大多数机器提供脉冲US输出设备，对许多临床医生来说，这是一种较好的治疗模式。直到最近，脉冲持续时间(机器开启的时间)几乎只有2ms(千分之二秒)，并有一个可变的关闭周期。一些机器现在提供了一个时间变量，尽管这是否具有临床意义还有待确定。典型的脉冲比为1:1和1:4，但也有其他的脉冲比(见剂量计算)。在1:1模式下，机器提供了2ms的输出，然后2ms休息。在1:4模式下，2ms输出之后是8ms休息时间。邻图说明了改变脉冲比的效果。

脉冲超声波

脉冲超声的效果已有充分的文献证明，这种输出类型尤其在治疗较急性的病变时是可取的。一些机器提供的脉冲参数似乎没有得到文献的支持(例如1:9;1:20)。一些制造商描述他们的脉冲百分比而不是比例(1:1 = 50% 1:4 = 20%等)。机器开与关的时间比例是计算剂量的相关因素，进一步的细节包括在剂量计算支撑材料．

治疗性超声与组织愈合［|］

超声的治疗效果之一与组织愈合有关。建议将US应用于受伤组织将加快愈合速度和提高修复质量[24]．以下信息旨在提供该领域一些基本研究的摘要，以及美国治疗可能实现这些变化的一些可能机制。本文并不打算对这些现象进行完整的解释，也不打算对当前的文献进行全面的回顾。尽管如此，它仍可为临床应用提供一些有用的基础信息。

美国的治疗作用一般分为:热和非热。

热［|］

在热模式下，US将最有效地加热致密的胶原组织，需要相对较高的强度，最好在连续模式下实现这一效果。

许多论文都集中在超声的热效应上，当选择适当的剂量(连续模式>0.5 W cm-2)时，它可以有效地使用这种方法，本文的重点将放在非热效应上。两个努斯鲍姆[18]和Ter Haar[3]就超声的热效应提供了一些有用的综述材料。对超声热效应的比较研究已经有几位作者报道过[25][26][27][28]有一些有趣的，可能有用的结果。我们的研究中心还在继续对接触加热和长波超声进行比较[29]以及与美国相结合的不同美国政权的比较(Aldridge和Watson -在准备中)。

假设一种特定的处理应用会产生热效应或非热效应是过于简单的。这两种情况几乎都是不可避免的，但更合理的说法是，主要效果将受到处理参数的影响，特别是应用方式，即脉冲或连续。贝克等。[２]条理清晰地论证了这一问题的科学依据。

莱曼[30]表明美国可以产生理想的治疗热效果。由于它的作用方式，它可以被用来选择性地提高特定组织的温度。更有效加热的组织包括骨膜、胶原组织(韧带、肌腱和筋膜)和纤维性肌肉[31]．如果受损组织的温度升高到40 - 45°C，就会出现充血，其效果将是治疗的。此外，这一温度范围也被认为有助于缓解慢性炎症状态［32］．由于过去15年左右的几项调查试验结果，大多数权威人士目前更重视美国的非热效应。

非热能的［|］

美国的非热效应现在主要归因于空化和声流的结合[3][6][２][1]．虽然微按摩听起来很有吸引力，但似乎没有什么令人信服的证据来支持这个概念。

空化从最简单的意义上说，它与组织和体液中充满气体的空洞的形成有关。有两种类型的空化-稳定的和不稳定的，有非常不同的影响。稳定的空化似乎发生在治疗剂量US。这是由溶解的气体在介质中积累而形成和生长的气泡。它们大约需要1000个周期才能达到最大尺寸。“腔”的行为，以加强声学流现象(见下文)&因为这样似乎是有益的。不稳定(瞬态)空化是在美国循环的低压部分形成的气泡。这些气泡很快就会破裂，释放出大量的能量，这对组织的生存能力是有害的。目前没有证据表明，如果使用了良好的技术，这种现象会在治疗水平上发生。美国有一些应用故意采用不稳定空化效应(高强度聚焦超声或HIFU)，但这超出了本文的范围。

超声波的影响

声流被描述为在振动结构如细胞膜和稳定空化气泡表面附近的小尺度流体涡流［32］．众所周知，这种现象会影响扩散速率和膜的通透性。钠离子通透性的改变导致细胞膜电位的变化。钙离子运输被改变，进而导致各种代谢过程的酶控制机制的改变，特别是有关蛋白质合成和细胞分泌。

稳定空化和声流共同作用的结果是细胞膜变得“兴奋”(向上调节)，从而提高整个细胞的活性水平。美国的能量作为这一过程的触发器，但它是增加的细胞活动，这实际上是负责治疗的好处的方式［5］[6][22][33]．


MICROMASSAGE是一种机械效应，近年来似乎被认为不那么重要。从本质上说，声波在介质中传播会引起分子振动，可能会增强组织液的交换并影响组织的流动性。对于这个经常被引用的原则，几乎没有确凿的证据。

超声在组织修复中的应用［|］

组织修复的过程是一系列复杂的级联、化学介导的事件，导致疤痕组织的产生，疤痕组织构成了恢复受损组织连续性的有效材料。这个过程比这里描述的要复杂得多，但是最近有一些有趣的论文和评论[34][35][36][24][37][38][39][40]．

炎症［|］

超声波和炎症

在炎症期，US对肥大细胞、血小板、具有吞噬作用的白细胞和巨噬细胞有刺激作用[4][3][6][41][42]．例如，超声的应用诱导肥大细胞脱颗粒，导致花生四烯酸的释放，花生四烯酸本身是合成前列腺素和白树碱的前体，而前列腺素和白树碱是炎症介质[43][4][22]．通过增加这些细胞的活性，治疗性US的总体影响肯定是促炎而不是抗炎。这种作用方式的好处是不会“增加”炎症反应(尽管在这个阶段如果使用太大的强度，这是可能的结果[44]，而是作为“炎症优化剂”[6]沃森(2007)。炎症反应对于组织的有效修复至关重要，而这一过程越能高效地完成，组织就能越有效地进入下一阶段(增殖)。试图证明超声抗炎作用的研究都失败了[45][46][47]，并认为美国是无效的。它对促进炎症事件的正常是有效的，因此有促进整体修复事件的治疗价值[3][6]．进一步的好处是，炎症化学介导的事件与下一个(增殖)阶段的刺激相关，因此炎症阶段的促进也作为增殖阶段的启动子。

在适当的治疗剂量下，在最佳的治疗参数(强度、脉冲和时间)下，US的好处是使早期修复阶段尽可能有效，从而对整个愈合级联有促进作用。对于有炎症反应的组织，但没有“修复”实现，超声波的好处是促进炎症事件的正常解决，从而解决“问题”，这当然将是最有效的组织优先吸收超声波，即致密的胶原组织。

扩散［|］

超声波和扩散

在增殖期(瘢痕产生)US也有刺激作用(细胞上调)，尽管现在主要的活性靶点是成纤维细胞，内皮细胞和肌成纤维细胞[48][43][49][50][4][18][42][16][6]沃森(2007)。这些都是在疤痕形成过程中通常活跃的细胞，因此US以促进炎症的相同方式促进增殖——它不改变正常的增殖阶段，但最大化其效率——以最佳方式产生所需的疤痕组织。哈维et al。[51]低剂量脉冲超声可促进蛋白质合成，多个研究小组已证实纤维增生和胶原合成增强[52][53][54][55][48][56][57]．最近的工作已经确定了许多生长因子在组织修复方面的关键作用，一些越来越多的证据已经确定治疗性超声在这方面具有积极作用[58][59][60][61]还有热休克蛋白[62]．



改造［|］

超声波和改造

在修复的重塑阶段，在最初阶段产生的有些普通的疤痕被细化，这样它就会采用被修复组织的功能特征。韧带上的疤痕不会“变成”韧带，而是会表现得更像韧带组织。这是通过许多过程实现的，但主要与胶原纤维在发展中的疤痕的方向有关[63][64][36]胶原蛋白的类型也发生了变化，从主要的III型胶原蛋白变成了更主要的I型胶原蛋白。重塑过程当然不是一个短时间的阶段——研究表明它可以持续一年或更长时间——但它是高质量修复的一个重要组成部分[65][66]．

治疗性超声的应用可以影响疤痕组织的重塑，因为它似乎能够增强新形成的胶原纤维的适当方向，并使胶原结构从主要的III型结构转变为更主要的I型结构，从而增加抗拉强度和增强疤痕的流动性[18][67]．超声应用于组织，可以增强疤痕组织的功能[18][55][61][68]．正如Byl等人在一项优雅的研究中所证明的那样，超声在这一阶段的作用也可能影响胶原纤维的取向。[69]，尽管他们的结论相当合理，有些试探性。

总结［|］

超声在炎症、增殖和修复阶段的应用不是因为它改变了正常事件的顺序，而是因为它有能力刺激或增强这些正常事件，从而提高修复阶段的效率[3][6][16]．看来，如果组织正在以受损或抑制的方式修复，应用适当剂量的治疗性超声将增强这种活性。如果组织愈合“正常”，应用程序似乎会加快愈合过程，从而使组织比其他情况更快地到达终点。为了达到这些目的，超声的有效应用是剂量依赖性的。

其他应用程序［|］

超声能量的“其他应用”越来越多，从肿瘤消融——使用高强度聚焦超声(HIFU)，到刺激相关的封装全身药物。这些在很大程度上超出了本综述的范围，主要是关于组织修复问题。不过，也有一些有用的应用值得简单考虑。冲击波疗法(这是超声主题的一个变体)也被广泛的文献所覆盖。这远远超出了本总结的范围。

美国骨折修复-在这个领域有丰富的研究信息(如果你想要详细信息，可以在www.electrotherapy.org网页上总结)。基本上，应用极低剂量的超声对骨折(无论愈合正常、延迟或不愈合)都有显著的好处。主要的临床问题是，有效的“剂量”实际上比大多数治疗机器能提供的更低——这是令人沮丧的!更高强度的超声对骨折会引发强烈的疼痛反应，这在使用这种方法定位潜在的应力性骨折时非常有用。

LIPUS(低强度脉冲超声)是美国标准主题的另一种变体，正在取得进展。就像上面提到的骨折愈合工作一样，它使用的剂量比“通常”低得多，但在更广泛的领域——主要是软组织工作。如果低强度超声能有效刺激骨折修复，那么它会对其他软组织工作有什么影响呢?一些研究正在出现(请关注电疗新闻以获取更新)。

在触发点使用超声已经在临床上使用了一段时间，并得到了坊间证据的充分支持。Srbely等人最近的一项研究。[70]提出了一些有趣的观点，并证明了可测量的好处(如果你想要快速更新，请参阅电疗新闻第3卷第4期)。

出于(临床)兴趣，美国治疗方法在治疗之间应该用含酒精的拭子清洁(而不仅仅是用纸巾擦拭)[71]尽量减少病人之间可能传播的微生物病原体。

除了由于阻抗的差异而在边界处发生反射外，如果波没有以90°的角度撞击边界面，也会有一些折射。从本质上说，美国光束通过第二种介质的方向将与它通过原始介质的路径不同——它的路径是有角度的。US在皮肤界面处的临界角度约为15°。如果治疗头与皮肤表面的平面成15°角或更大的角度，那么大部分美束将穿过真皮组织(即与皮肤表面平行)，而不是像预期的那样穿透组织。

资源［|］

  • 超声波页面在electrotherapy.org(蒂姆·沃森教授的网站)上，
  • 的决策算法链接剂量计算基于蒂姆·沃森教授的研究。

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