Ultrazvuk

Terapija-uopšteno

Jelić Dejan, djelic70@gmail.com

• Šta je ultrazvuk?

1. Fizika zvučnog talasa 2. Zvučni talas i njegovi efekti na meka tkiva

• Impulsni non - thermal ( bez zagrevanja) ultrazvuk –

poboljšava zalečenje tkiva usled kavitacije(cavitation) i mikrotoka( microstreaming )

• Neprekidni termalni ultrazvuk (Continual thermal

ultrasound ) • Kontraindikacije & predostrožnost • Klinička procena i doziranje

Šta je ultrazvuk? • Ultrazvuk je zvučni talas koji ima frekvenciju veću od 20 KHz.

• Generiše se primenom naizmenične struje kroz piezoelektrični kristal (zastupljen u transduktorima u zvučnim glavama uređaja). Ovaj kristal se skuplja i širi na istoj frekvenciji na kojoj struja menja polaritet. Polje zvuka generisano ovim kristalom prouzrokuje da molekuli u ovom polju vibriraju i osciluju.

• Kristal najčešće korišćen u glavama UZ uređaja je

sintetički plumbium zirconium titanate (PZT). • Kvalitet ovog kristala je ono što čini vaš UZ skupim. • Kvalitet kristala zavisi od sledećeg:

§ Odnos neuniformnosti talasa : u rasponu od 2 do 6 – manji je bolji.

§ Efektivna oblast izračivanja (ERA) : što je moguće bliže ultrazvučnoj glavi

•••• Terapeutski ultrazvuk je u frekventnom opsegu od 0.7 do 5.0 MHz. •••• Većina klinika koristi 1 MHz i 3 MHz ultrazvučne glave.

Fizika zvučnog talasa

• Čvrsta tela i tečnosti se sastoje od molekula povezanih međusobno

elastičnim silama koje se ponašaju kao gumene trake povezujući svaki molekul sa njegovim najbližim susedom.

• Ako je jedan molekul doveden u vibraciju, to će prouzrokovati momentalno da njegov sused vibrira, a za uzvrat njihovi susedi, i dalje, sve dok se vibracija ne prostire kroz ceo materijal. Ovo se zove talas.

• Zvučni talas je energija zvuka emitovanog sa jednog molekula na sledeći.

• Zvučni talas se ne može prostirati sam od sebe. Potreban mu je medium za prenos (čvrsta tela, tečnosti, gas).

• Energija sadržana u zvučnom talasu (zraku) se smanjuje kako putuje kroz tkiva. Energija se gubi usled :

Refleksije ili rasipanja zvučnog talasa (zraka) kada udara u reflektujuću površinu. Absorpcije - gubitak energije usled prevlađivanja interne frikcije u tkivima, koja postoji dok zvučni talas putuje kroz njih

• Što je viša frekvencija, to se više rapidno molekuli prisiljavaju u

kretanje protiv ove frikcije. Što se više oni kreću, više se energije konzumira (absorbuje); zvučni talas će usled toga imati manje energije dostupne za prostiranje kroz tkiva.

• Brzina kretanja talasa zavisi od blizine molekula u mediumu. Što

su bliži molekuli, to se brže sudaraju jedni sa drugima i brže reaguju na pobudu ,brže predaju energiju na kratkom rastojanju.

Efinalna = Einicijalna – (Ereflektovana + Eabsorbovana) à à à à Dakle, 3MHz frekvencija zvučne glave će se odraziti više na površinska tkiva, dok će se 1MHz frekvencija više odraziti na dublja tkiva.

Primer : Zvučni talas putuje kroz vazduh lako i može otići daleko . Zvuk može otići daleko, zato što se malo energije gubi usled absorpcije. Molekuli vazduha se lako kompresuju. Brzina kretanja zvuka u vazduhu je oko 336 m/s. Zvuk ne putuje lako kroz zid od cigle koji je gušći (unutar kuće zvuk koji dolazi spolja je prigušen). U ciglama molekuli su dosta bliži, tako da su teži za sabijanje. Dakle, cigla absorbuje više energije od talasa koji prolazi kroz nju. Brzina kretanja zvuka kroz ciglu je oko 4200m/s.

ENERGIJA ZVUKA I EFEKAT NA MEKO TKIVO

Ponašanje zvučnog talasa dok putuje kroz ljudska tkiva Kroz vazdušni medium, on mora prodreti kroz kožu/mast koje imaju znatno veću gustinu. Nailazimo na 100% refleksije zvučnog talasa na prelazu između vazduha i kože. Ako stavimo spajajući medium kao npr. gel da stvorimo između njih interfejs (sound head-gel-skin interface), refleksija je redukovana na samo 0.1% ; ostatak energije zvuka će biti transmitovan kroz barijeru kože. Kao što je navedeno u tabeli absorpcionih koeficijenata, zvuk putuje kroz većinu mekog tkiva bez veće absorpcije dok ne dosegne tkiva sa većim sadržajem kolagena, dakle, kosti, periosteum, ligamente, zglobne kapsule, fascia, tendone (tetive), tkivni interface (bursa). Tkiva att. coeff. u dB/cm pri 1MHz Meko tkivo(prosek)..................................................0,54 Vezivno tkivo...........................................................1,57 Tetiva........................................................................4,7 Kost(cortical)............................................................6,9 Kost(trabecular)........................................................9,94 Voda..........................................................................0,0022 Vazduh......................................................................160 Ultrazvučna energija se absorbuje većinom u tkivima sa visokim sadržajem kolagena (kost, periosteum, hrskavica, ligamenti, kapsule, tetive, fascia, ožiljci i tkivni interface ( bursa & synovium). Ultrazvuk visokog intenziteta u blizini kosti može oštetiti periosteum zbog visoke akumulacije energije i efekta zagrevanja mekog tkiva kako

zvučni talas dosegne kost (transverzni talas). Šta se dešava sa tkivom koje absorbuje energiju zvuka? Energija zvuka je nejonizujuća radijacija i prema tome njegova upotreba ne predstavlja hazard, kao npr. prouzrokovanje cancera i oštećenje hromozoma , pripisane jonizujućoj radiaciji. Ultrazvuk ima dva fiziološka efekta: 1. Podiže inflamatorni odgovor i oporavak tkiva 2. Zagreva meko tkivo

IMPULSNI NON-THERMAL ULTRAZVUK PODIŽE INFLAMATORNI ODGOVOR I OPORAVAK

TKIVA Ultrazvuk proizvodi mehanički talas pritiska kroz meka tkiva. Ovaj talas pritiska prouzrokuje: 1. Generisanje microskopskih mehurića u tkivima. 2. Distorziju ćelijske membrane, utićući na jonski fluks i

intracelularnu aktivnost. Tri mehanizma distorzije ćelijske membrane: 1. Akustički tok (acoustic streaming) 2. Formacija mehurića (bubble formation) 3. Mikrotok (Microstreaming )

Tri mehanizma distorzije ćelijske membrane: 1. Akustični tok (Acoustic streaming)

Kompresiona faza ultrazvučnog talasa deformiše molekule tkiva (ćelijska membrana). Ova deformacija se zove radijaciona sila.

2. Formacija mehurića – kavitacija (Bubble formation – cavitation).

• Radijaciona sila se odražava na gasne mehuriće u tkivnim fluidima. Pod ovim talasom pritiska (sabijanje i razređivanje), ovi mehurići se šire i skupljaju što dodaje dalji stres na granice ćelija. Kada se mehurići šire i skupljaju, bez narastanja do kritične veličine, ova aktivnost se zove stabilna kavitacija. Nestabilna kavitacija se ne javlja u terapeutskom rangu (impulsni 20% @ 0.1 to 3 W/cm2) u tkivima, izuzev u vazduhom prisutnim šupljinama kao što su pluća i creva.

3. Mikrotok (Microstreaming).

• Kavitacija uspostavlja vrtložne struje u okruženju fluida vibrirajućih mehurića i vrtložne struje prenose uvijajuće i rotaciono kretanje na ćelije u blizini. U blizini vibrirajućih mehurića gasa intracelularne organele su takođe podložne rotacionim silama i stresu. Ovo mikroskopsko kretanje fluida se zove mikrotok ( microstreaming).

• Aktivnost mehurića povećava mehanički efekat talasa pritiska .

Razmer kavitacije zavisi od karakteristika ultrazvuka ; rast mehurića je ograničen niskim intenzitetom, visokom frekvencijom i impulsom ultrazvuka. Visoka frekvencija znači kraće trajanje ciklusa , tako da je vreme za rast mehurića ograničeno. Impulsni ultrazvuk ograničava broj uspešnog narastanja (preveliku akumulaciju energije) i dozvoljava mehurićima da povrate svoju inicijalnu veličinu za vreme ’off ’ perioda.

Koji su fiziološki efekti destabilizacije ćelijske membrane ? Destabilizacija ćelijske membrane rezultuje u povećanju permeabilnosti (propustljivosti), tako da mnogo molekula ulazi u ćeliju, prouzrokujući sekundarne efekte: 1. Povećanje permeabilnosti membrane kože i ćelija 2. Povećanje intracelularnog kalcijuma – poznatog kao drugi

prenosnik za ćelijske funkcije, uključujući sintezu proteina 3. Povećanje degranulacije mastocita 4. Povećanje ispuštanja histamina i povećanje chemotactic faktora od

granula iz mastocita i cirkulišućih trombocita –utičući na cirkulaciju i sintezu proteina .

5. Histamin se ispušta degranulacijom mastocita. Iznos pod kojim se ovo javlja je proporcionalan intenzitetu. Moguće je da se stvori previše histamina pri visokom intenzitetu ove degranulacije, koji bi mogao da produži inflamaciju umesto da stimuliše lečenje. Inflamatorni odgovor bi mogao biti produžen sa primenom bilo kojeg modaliteta zagrevanja u inflamatornom stanju.

Zaključujemo da destabilizacija ćelijske membrane se smatra da povisuje inflamatorni odgovor od inflamatorne faze ( Dani 1- 6) do proliferativne faze (Dani 3-20). Uobičajena upotreba za impulsni non-thermal ultrazvuk

• Olakšava zalečenje u inflamatornoj i proliferativnoj fazi sledećih povreda mekog tkiva (tendonitis, bursitis, akutne povrede mekog tkiva)

• Zalečenje kostiju (1.5 MHz, impulsni 20%, 0.15w/cm2, 20 minuta, dnevno)

KONTINUALNI ULTRAZVUK TERMALNA APLIKACIJA

Kontinualni ultrazvuk visokog intenziteta podiže temperaturu mekog tkiva tako što:

• povećava kinetičku energiju molekula tkiva • povećava proizvodnju nestabilne kavitacije

Ultrazvuk može biti absorbovan od tkiva i pretvoren u toplotu . Nestabilna kavitacija se javlja kada se mehurići nasilno sudaraju pod pritiskom usled prevelike akumulacije energije, nakon narastanja do kritične veličine. Ova implozija proizvodi veliko i kratko lokalno povećanje pritiska i temperature i prouzrokuje ispuštanje slobodnih radikala. Zagrevanje tkiva između 40-45stepeni koristeći ultrazvuk ima sledeće fiziološke efekte: • Povećanje rastegljivosti mekog tkiva • Smanjenje viskoziteta fluidnih elemenata • Smanjenje osećaja bola usporavanjem brzine provodljivosti nerava • Povećanje brzine metabolizma • Ubrzanje krvotoka pomažući u redukciji oticanja • Stimulisanje imunog sistema Uobičajena upotreba kontinualnog ultrazvuka:

• Prvenstveno za istezanje stegnutih struktura (tetive, kapsule, ligamenti, fascia, ožiljci)

• Kontrola bola pri hroničnom bolu • Stanja hronične inflamacije

KONTRAIDIKACIJE

• Nedijagnostikovan bol • Cancer • Aktivna tuberkoloza • Psorijaza • Smanjena cirkulacija • Infekcija • Trudnoća • Tkivo centralnog nervnog sistema • Zglobni cement (ne može se koristiti kontinualni režim, ali

može impulsni režim 50% ili manje) • Plastične komponente • Pejsmejkeri (Pacemakers) • Thrombophlebitis • Nekontrolisano krvarenje • Oči • Reproduktivni organi • Srce

PREDOSTROŽNOST • Akutna inflamacija(upotreba podešena isključivo na non-thermal) • Epifizijalne (Epiphyseal) ploče (upotreba impulsno, niskog

intenziteta <0.5w/cm2) • Smanjenje osetljivosti(posebno termalni UZ) • Preko materijala sa implantima:

ü metal reflektuje 90% UZ ü plastika reaguje kao periosteum i absorbuje veliki procenat UZ ü generalno bezbedan ako je UZ glava u stalnom pokretu

PARAMETRI DOZIRANJA Treba se zapitati :

• Da li ima ikakvih kontraindikacija?

• Kakve su ozlede i koja su tkiva? (mišići, tetive, ligameti, bursa, fascia, kost, periosteum, kapsule, synovium, hrskavica, zglob, nerv)

• Kakva je priroda povrede :

1. Traumatična (datum i događaj povrede pribeleženi za fazu oporavka )

2. Kumulativna ponovljena trauma (tendonitis/bursitis) 3. Degenerativna (oboljenje diska, hronični tendonitis, arthritis)

• Ima li ikakve inflamacije tog tkiva ? 1. Ako ima, treba uzeti u obzir ultrazvuk da povisi

inflamatorni odgovor i zalečenje . 2. Ako nema, onda se tkivo stegne i stvori ožiljak ? 3. Ako je stezanje tkiva i stvaranje ožiljka problem

tada,takođe, uzeti u obzir UZ za zagrevanje tkiva radi istezanja za unapređenje fleksibilnosti.

4. Ako nijedna od inflamacija ni stvaranje ožiljaka ni stezanje(skraćivanje) nije u pitanju, onda UZ nije modalitet za izbor.

• Da li će ultrazvuk iritirati povređeno tkivo? UZ primenjen direktno preko nerava teži da iritira nerv. UZ primenjen preko oblasti kostiju može prouzrokovati pregrevanje periosteuma, kako se većina energije zvuka absorbuje tu, potrebno je redukovati intenzitet na 0.5 w/cm2 ili manje,radi izbegavanja iritacije.

• Da li se može efektivno dopremiti energija ultrazvuka na ciljano

tkivo ili je struktura preduboko ili je unutar zgloba?

• Koji su ciljevi vaše terapije?

§ Termalno ili ne-termalno(Thermal or non-thermal)?

• Ako je non-thermal, u kojoj je fazi lečenje(inflamatorno, proliferativno, maturacija), akutno ili hronično?

• Da li je nivo povreda tkiva visok, umeren, ili niske

iritabilnosti(koristi skalu bola)? Ako je visoka iritabilnost, može se tretirati kao akutno stanje (inflamatorna faza dan 1. do 3.) Ako je umerena iritabilnost, može se tretirati kao sub-akutno stanje (proliferativna faza). Ako je niska iritabilnost, može se tretirati kao sub-akutno stanje prema izgledu (proliferativno to maturacije).

Frekvencije: 1 MHz – UZ penetrira do dubine od 2.5 do 5 cm 3 MHz – UZ penetrira do dubine od 1.5 cm Što je viša frekvencija, to je verovatnije da će većina energije biti absorbovana superficijalno,dakle površinski, ostavljajući malo energije za penetriranje dalje u tkivo (inverzna relacija od atenuacije/absorpcije i frekvencije). Način rada: Kontinualni – za zagrevanje tkiva/razbijanje ožiljaka Impulsni (50%, 20%) – za zalečenje tkiva

Intenzitet: Za lečenje:

•••• 0.05 – 0.2 W/cm2 (što niže se može ići na aparatu)

o Cilj: povećanje permeabilnosti ćelijske membrane

o

(elektroporacija), i povećanje ćelijskog energetskog nivoa.

Primena:

o Dani 1. do 7-10. - inflamatorna faza nakon traumatičnog

događaja.

••••0.2 - 0.5 W/cm2

o Cilj: povećanje permeabilnosti ćelijske membrane (elektroporacija) i povećanje aktivnosti fibroblasta

o

Primena:

o Dani 7-10. - rana proliferativna faza nakon traume

o Umerena iritabilnost–bol 6-8/10. u akutno/hronič./degenerativno ne-traumatskom stanju

• 0.5 – 0.80 W/cm2

o Cilj: dodati naslage kolagena i lečenje tkiva o Primena:

o Dan 7-10.-21 - proliferativna faza nakon traume o Umereno niska iritabilnost- bol manji nego 4-6/10 (početi sa 0.5

i podizati sa sledećim tretmanima kako lečenje napreduje i iritabilnost opada)

Za zagrevanje: 0.8 w/cm2 – 1.0 w/cm2 za superficijalna tkiva

Veće od 1.5 w/cm2 za dublja tkiva (kuk) • Pacient može izvestiti o osećaju toplote ali ne i

opekotinama ili bolu. • Ako se bol oseti , to je znak prevelikog periostealnog

grejanja; intenzitet treba biti redukovan momentalno ili se glava transduktora mora kretati brže.

• Moguće je izazvati opekotine sa ultrazvukom. • Kada se koristi 3MHz u kontinualnom modu blizu oblasti kostiju,

mora se redukovati intenzitet zbog pregrevanja periosteuma. Vreme terapije:

1. Bazirano na 3-5 minuta kontinualne aplikacije za oblast koja je dvostruko veća od ERA UZ glave. ERA ili Effective Radiating Area, znači efektna oblast izračivanja.

2. Vreme tretmana zavisi od izabranog ciklusa i tretirane površine .

Za lečenje: •••• Impulsni 50% na području koje je 2 x ERA = 6 - 10 minuta

(3-5 min. X 2) Za non-thermal efekt, intenzitet od 50% mora biti manji od 0.5 W/cm2. Termalni efekat počinje na intenzitetu većem od 0.5 W/cm2. •••• Impulsni 20% na području koje je 2 x ERA = 15 - 25 minuta

(3 min. X 5) •••• Impulsni 20% na području jednakom ERA = 7 - 13 minuta

Preferirani režim za klinike je 50% , koji doprema punu dozu u kratkom vremenskom periodu, dok zadržava non-thermal efekat, sve dok je intenzitet manji od 0.5 w/cm2. Režim od 20% može biti korišćen za klinike i to je razumljivo; dopremanje pune doze može uzeti više vremena. Kontraverza postoji među literaturom koji režim je fiziološki prestižniji. Za zagrevanje:

• Kontinualni na području koje je 2 X ERA = 6-10 minuta • Kontinualni na području koje je jednako ERA = 3-5 minuta • Podvodne aplikacije mogu biti duže od 10-12 minuta

Veličina UZ glave / transduktora (kontraverza):

1. Manja – dublja tkiva 2. Velika – superficialna tkiva

Ovo je zbog divergencije zraka manje UZ glave i zato što je veličina UZ glave inverzno proporcionalna dubini penetracije.

• Velike UZ glave od 1 MHz dobre za ramena (kapsule) i kukove • Velike UZ glave od 3 MHz su dobre za ramena (superficialne

strukture), laktove i ručne zglobove. • Male UZ glave od 3 MHz su dobre za prste ruku i nogu.

PAŽNJA: veličina UZ glave se ne odražava na dubinu

penetracije. Treba izabrati veličinu UZ glave koja je odgovarajuća delu tela koji se tretira (UZ glava sa ERA koji je 50% od dela tela koji se tretira ). Kontakt media: gel

Kretanje UZ glave: • Nikada ne ostavi stacionarnom. • Održavati u stalnom kretanju, polako i pažljivo sa

konstantnim pritiskom. • Ovo će minimizovati rizik od stvaranja nestabilne kavitacije i

stojećeg talasa koji je oštećujući za meko tkivo. Frekvencija tretmana

• Ultrazvuk ima kumulativni efekat • Dnevno za 10 dana – niska iritabilnost i ožiljci • 3-4 puta/nedeljno – umerena iritabilnost za 3-4 nedelje • 2 puta /nedeljno – visoka iritabilnost 4-5 nedelja • Ako nema promena posle 3-4 tretmana, promeniti podešavanja ili

prekinuti terapiju. • Prekinuti posle 10-15 tretmana.

Hronična inflamatorna stanja Termalna aplikacija može biti indikovana u inicijalnoj fazi (ako je hronična inflamacija propraćena značajnijim ožiljcima). Non-thermal aplikacija za kasniju fazu ( u pitanju su manji ožiljci i inflamacija redukovana, a njihovo otklanjanje je cilj). Progresija parametera Intenzitet može biti povišen za vreme lečenja. Procenat pulsacije može biti povišen za vreme lečenja. Ova lekcija služi kao uopšteni vodič baziran na saznanjima iz istraživanja, pregledu radova i kliničkim iskustvima. Možete pronaći mnogo kontraverzi u literaturi u vezi doza i parametara. Koristite navedeno u vodiču sa dobrom procenom i podesite doze prema individualnim potrebama, zavisno od stanja vašeg pacijenta i reagovanja na ultrazvuk.

Beleške: