超声治疗原理

超声治疗原理

汪荫棠

目前公认的超声治疗作用基础有下述三种效应。

一、机械效应

超声的机械效应是超声最基本的原发的效应，不管超声强度大小均产生此种效应。它的来源有二：一是超声在介质中前进时所产生的机械效应，称为行波场中的机械效应；另一是超声在介质传播时由反射而产生的机械效应，称为驻波场中的机械效应。前者由于超声振动使人体组织中各质点受到交替变化的压缩和伸张产生的正压和负压，以及由此而得到的巨大加速度，在一般治疗强度下，人体组织内的压力变化约为±304 kPa(3个大气压)，如此时超声频率为l MHz，则每一细胞所承受的压力变化约为0.4～0.8 Pa(4～8 nag)。后者由反射波和前进波的干涉而形成，可影响人体组织张力、压力，使机体质点获得更为巨大的加速度，使离解的液体内不同质量的离子获得不同的运动速度。质点大的离子落后于质点小的离子，离子之间便发生相对运动，产生摩擦而形成能量。可知驻波场中的机械效应主要是由于运动速度差引起，它在机械效应中甚至比压力变化所起的作用还要大。已知组织受超声作用时，由换能器振动产生单向性运动的超声场，在组织中反复周期地振荡运动，此种单向流动的声流，在气泡表面、细胞和细胞膜界面特别明显。

基于上述的超声机械效应，它可以引起机体若干反应。超声振动可引起组织细胞内物质

运动，从而显示出一种微细的按摩作用；可引起容积变化，产生细胞浆流动，细胞质颗粒振荡、旋转、摩擦；可刺激细胞半透膜的弥散过程，引起扩散速度和膜渗透性改变；促进新陈代谢，加强血液和淋巴循环，改善组织营养，改变蛋白合成率，提高再生机能等。

超声机械效应使细胞内部结构发生变化，导致细胞一系列功能变化。如神经生物电活性

降低，致脊髓反射幅度降低。在大剂量超声作用下更为明显，以上可显示超声的镇痛作用。可使致密、坚硬的结缔组织延伸、松软，用以治疗瘢痕疙瘩、硬皮症及挛缩等。

实验同样证明超声机械效应对生物体能产生影响，小剂量超声可抑制白细胞变形运动，促进嗜酸性粒细胞的原浆颗粒产生旋转运动；剂量加大，旋转增快，一些颗粒甚至可被拖出细胞膜外，个别红细胞也能发生旋转运动。停止超声作用后，以上现象立即消失。超声作用于蛙舌背和腹腔血管时，也发现血流间断以及血液有形成分的旋转运动等。

二、温热效应

超声在人体或在其他介质中均可显著产热，产热过程即是机械能在介质中转变成热能的

能量转换过程。这也是内生热的一种。热的形成是由于：①超声通过机体时，声能在介质中损耗（吸收)而产热；②超声通过介质时，由疏密交替的压力变化一压缩相位中产热；③不同组织界面上超声能量的反射而产热。除此之外，在不同组织介质中形成的驻波，引起质点、离子的摩擦等也是产热的另一原因。

l，影响超声产热量大小的因素

超声在机体内产热量的大小与许多因素有关，分述如下：

(1)不同剂量作用下产热程度不同，剂量越大，产热越多；同一剂量作用下，由于各种组织对超声能量吸收不等，因而产热也不同。如肌肉较脂肪吸收超声能量大2倍左右，神经组织又比肌肉约大2倍(表1)。再如肌肉与骨及骨髓组织动力学黏性的差异，吸收超声能量互有差异、黏性越高吸收能量越多，产热也越多(表2)。

(2)不同频率的超声在介质内穿透深度不同，即超声频率与介质吸收超声能力密切相关。频

率越高．穿透越浅，吸收越多，产热越高。如3MHz超声较l MHz超声的吸收率大3～4倍(表3)。

综合上述，超声在机体内吸收产热与介质黏性的频率成正比，实际工作中常用半价层(或

半吸收层，即能量一半时的介质厚度)表示介质吸收超声的能力。例如肌肉与脂肪对不同频率的超声有不同的半价层(表4)。

(3)不同的治疗方法引起局部组织升温也不同，如用0.8 MHz、4 w/cm2，固定法，20 s后2～3 cm深度温升3～4℃；如频率、强度、时间不变，改用移动法时，2cm深度温升只0.5℃，3cm 深度则仅升0.1℃。用1.2 w/cm2、5min，分别以固定法和移动法作用于正常皮肤，结果前者比后者升温高1.5℃。

(4)超声治疗时施用不同的耦合剂，引起局部升温也不相同。如有人对自来水、甘油和矿物油三种不同的耦合剂传递超声能量及温度变化进行研究，结果发现，超声作用后用自来水温度变化比甘油和矿物油小得多。矿物油温升可达9℃(平均2．43℃)，甘油高达l9℃(平均2．67℃)，而自来水仅升高不到2.5℃(平均0.53℃)。由此可以联想，在用不含水的耦合剂作超声治疗时，除了超声本身的作用外，还同时伴随有红外线作用。因此，在超声治疗时，可适当考虑有选择地施用不同的耦合剂。

2．超声的温热效应与其他温热疗法的比较

超声的温热效应与高频透热或其他温热疗法相比，既有共同之处，又有不同的地方o

(1)超声在组织内的产热是不均匀的，在不同组织的界面上有较多的热生成。如皮下组织·与

肌肉组织交界处，肌肉组织与骨组织交界处。因此人体内的肌腱、韧带附着处。关节的软骨面以及骨皮质等处产热较多；接近骨组织的软组织比靠近声头但远离骨组织的软组织产热要多。这在运动创伤治疗上具有重要实际意义。

(2)超声在组织内的产热约有80％经血液循环带走，平均每秒运走3％～3.5％；另有

20％由毗邻组织传导散失。因此当超声作用于血循旺盛的组织器官时，如肝、脾、肾脏等，实际上温度并不会有明显的升高。只是开始时温度上升较快，随后温升逐渐缓慢，甚至温升低于邻近组织；当作用于缺少血循组织如角膜、晶体、玻璃体时，或血循障碍组织如脉管炎时，超声的热作用则将加强，可产生局部热聚积，从而招致不良后果。

超声温热效应可增强血液循环，加强代谢，改善局部组织营养，增强酶的活力，降低肌肉和结缔组织张力，缓解痉挛及减轻疼痛，同时又可降低感觉神经兴奋性，也起到镇痛的作用等。

三、理化效应

超声的机械效应和温热效应均可促发若干物理化学变化，实践证明一些理化效应往往是

上述效应的继发效应。

1．弥散作用

治疗剂量超声可增强生物膜弥散过程，促进物质交换，进而加速代谢，改善组织营养。这种变化在病理组织中尤为显著，因此在治疗上有实用价值。超声提高膜的渗透作用可使药物更易进入病菌体内，增强药物的杀菌效能。

2．触变作用

超声作用下，可使凝胶转化为溶胶状态。超声对肌肉、肌腱的软化作用，以及对一些与组织缺水有关的病理改变，如类风湿性关节病变和关节、肌腱、韧带的退行性病变的疗效，认为应与超声的触变作用联系起来。

3．空化作用

超声作用下的空化包含气体或充气空隙的形成、发展和波动，它可在体液、细胞悬浮液或组织中发生。空化一旦形成，或保持稳定的单向振动，或继续膨胀以至崩溃，前者称为“稳定空化”，后者称为“瞬间空化”。在瞬间空化中，空化突然发生和崩溃，全过程短于声波的周期。