理療學(xué):第七章　超聲波療法(Ultrasonic therapy)

一、概述

超聲波是指頻率在2000Hz以上，不能引起正常人聽覺反應(yīng)的機械振動波（圖7.1)。將超聲波作用于人體以達到治療目的的方法稱為超聲波療法。頻率500～2500千赫的超聲波有一定的治療作用�，F(xiàn)在理療中常用的頻率一般為800～1000千赫。

近年來超聲波療法的使用范圍日益廣泛，已遠遠超過理療科原來的一般療法，如超聲治癌、泌尿系碎石及口腔醫(yī)學(xué)的應(yīng)用等，因此超聲波療法的概念應(yīng)有廣義的（包括各種特殊超聲療法)及狹義的（指理療科常用的無損傷劑量療法)兩種。同時隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步，超聲波不僅用于治療，還已廣泛用于診斷、基礎(chǔ)及實驗醫(yī)學(xué)、因此已有“超聲醫(yī)學(xué)”之稱。

圖7.1 亞聲、聽得見的聲音和超聲

二、超聲波的物理特性及超聲的發(fā)生

超聲波與聲波的本質(zhì)相同，都是物體的機械振動在彈性介質(zhì)中傳播所形成的機械振動波。

（一)超聲波的傳播

1.因聲波是物質(zhì)傳播能的一種形式，所以其傳播必須依賴介質(zhì)，而在真空中則不能傳播，此與光波、電磁波不同。

2.超聲波向周圍介質(zhì)傳播時，產(chǎn)生一種疏密的波形。這種連續(xù)的壓縮層和稀疏層交替形成的彈性波和聲源振蕩的方向一致，是一種彈性縱波（圖7.2)。由于超聲波具有非常短的波長，可以聚集成狹小的發(fā)射線束而呈束狀直線播散，故傳播具有一定的方向性（圖7.3)。

圖7.2　超聲波示意圖

圖7.3　不同頻率聲波的傳播形式

3.傳播速度　聲波的傳播速度與介質(zhì)的特性有關(guān)，而與聲波的頻率無關(guān)。聲波在空氣中的傳播速度為340米/秒，在液體中為1500米/秒，在固體中為5000米/秒，人類軟組織與在液體中相似，平均約為1540米／秒，人類骨組織約為3380米/秒。聲波的傳播速度都隨介質(zhì)溫度的上升而加快，氣溫增高1℃，聲速增加0.6米/秒。

4.超聲的吸收與穿透　超聲在介質(zhì)中傳播時，強度隨其傳播距離而減弱，這說明超聲能量被吸收，超聲的吸收與介質(zhì)的密度、粘滯性、導(dǎo)熱性及超聲的頻率等有關(guān)。超聲在氣體中被吸收最大，液體中被吸收較小，固體中吸收最小，在空氣中的吸收系數(shù)比在水中約大一千倍。且介質(zhì)的吸收系數(shù)又與超聲波頻率的平方成正比，因而高頻超聲在空氣中衰減異常劇烈，所以在治療中聲頭下雖是極小的空氣光泡，也應(yīng)避免。

在實際工作中常用半吸收層來表明一種介質(zhì)對超聲波的吸收能力。半吸收層是指超聲波在某種介質(zhì)中衰減至原來能量的一半時的厚度。半吸收層厚度大，表示吸收能力弱，不同組織對同一頻率的超聲波其半吸收層值不同，如頻率300千赫的超聲波，肌肉半吸收層值為3.6厘米，脂肪為6.8厘米，肌肉加脂肪為4.9厘米。同一組織對不同頻率的超聲波吸收也不同，超聲頻率愈高吸收愈多，穿透愈淺，如90千周的超聲能穿透軟組織10厘米，1兆周的超聲將穿透5厘米，而4兆周的超聲只穿透1厘米深度。因此，目前常用于理療的超聲波選用8000千周/秒，穿透深度為5厘米左右。

5.折射、反射與聚焦　超聲波由一種介質(zhì)傳播至另一種介質(zhì)時，將在界面處一部分反射回第一種介質(zhì)（反射)，其余透過界面進入第二種介質(zhì)，但會發(fā)生傳播方向的偏轉(zhuǎn)（折射)。聲波在界面被反射的程度決定于兩種介質(zhì)的聲阻差，聲阻差越大，反射程度也越大，（介質(zhì)的密度和聲速的乘積叫介質(zhì)的聲阻)。表7.1可見脂肪、肌肉之間反射很少，但在骨的表面則反射很多。聲頭與空氣間反射近于100％，所以超聲治療時需用石臘油等作接觸劑，以減少反射。實驗證明，由聲頭進入組織的超聲能量只有35～40％，而60～65％被反射。由于空氣與組織間的反射，使大量超聲能喪失，所以超聲波不能通過肺和充氣的胃腸。

基于超聲傳播的反射、折射原理，采用透鏡及弧面反射而將聲束聚焦于焦點上以產(chǎn)生強大的能量，而治療某些疾病，如用集束超聲波破壞腦部腫瘤等（圖7.4)

表7.1　幾種物質(zhì)的聲速、密度和聲阻

圖7.4　超聲集束的方法

（二)超聲波的聲場

超聲波在介質(zhì)中傳播的空間范圍　即介質(zhì)受到超聲振動能作用的區(qū)域叫超聲聲場。超聲因其頻率高，具有類似光線的束射特性，在接近聲頭的一段為幾乎平行的射束，稱之為近場區(qū)。其后射束開始擴散，稱之為遠場區(qū)（圖7.5)。由于超聲場的這種特性，為克服能量分布的不均，在治療時聲頭應(yīng)在治療部位緩慢地移動。

圖7.5　超聲聲場

描寫超聲聲場的主要物理量有聲壓和聲強。

1.聲壓　即聲能的壓力，代表超聲波的強度。超聲傳播時在稠密區(qū)產(chǎn)生正壓，在稀疏區(qū)產(chǎn)生負(fù)壓。

超聲波由于其頻率甚高，因而聲壓亦甚大。中等治療劑量的超聲波在組織中產(chǎn)生的附加聲壓約為±2.6個大氣壓。（圖7.6)

圖7.6　超聲治療時在人體組織中的聲壓

2. 聲強　為單位時間內(nèi)聲能的強度，即在每秒內(nèi)垂直通過每平方厘米面積的聲能。常用測量單位是瓦特/厘米²（W/cm²)。臨床常用治療劑量為0.1～2～2.5W/cm²，而震耳欲聾的大炮聲聲強只相當(dāng)于0.0.～0.0001W/cm²�？梢姵�聲波在介質(zhì)中傳播時，它的巨大能量會使介質(zhì)質(zhì)點產(chǎn)生很大的加速度，一般中等響度的聲波通過水時，水分子獲得的加速度只有重力加速度（約為9.8m/s)的百分之幾，如在頻率為800～1000KHz、聲強為0.5～2W/cm²的超聲波作用下，水分為得到的加速度可以超過重力加速度5～10萬倍。

（三)超聲波的發(fā)生

產(chǎn)生超聲波有各種方法，目前主要用壓電式超聲發(fā)生器，它是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理制成的。具有壓電效應(yīng)性質(zhì)的晶體受到壓縮或伸拉時在其受力面上就會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)（圖7.7)。

圖7.7 正壓電效應(yīng)略圖

若在晶體兩側(cè)加以一定頻率的高頻電壓，晶體薄片就能準(zhǔn)確而迅速地隨著交變電場頻率而周期性地改變其厚度（壓縮與伸展)。由此形成超聲振動，向周圍介質(zhì)傳播。

三、超聲波的生物物理學(xué)效應(yīng)及其作用機理

（一)機械作用

機械作用是超聲波的一種基本的原發(fā)的作用。超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播過程中介質(zhì)質(zhì)點交替壓縮與伸張形成交變聲壓，不僅可使介質(zhì)質(zhì)點受到交變壓力（在治療劑量下，每一細(xì)胞均受4－8mg壓力變化影響)及獲得巨大加速度而劇烈運動，相互磨擦，而且能使組織細(xì)胞產(chǎn)生容積和運動的變化，可引起較強的細(xì)胞漿運動（原漿微流或稱環(huán)流)，從而促進細(xì)胞內(nèi)容物的移動，改變其中空間的相對位置（據(jù)觀察，強度不大的超聲波能使嗜伊紅細(xì)胞的原漿顆粒旋轉(zhuǎn)，劑量大時甚至顆粒被拋出細(xì)胞外)，顯示出超聲波對組織內(nèi)物質(zhì)和微小的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的一種“微細(xì)按摩”的作用。

這種作用可引起細(xì)胞功能的改變，引起生物體的許多反應(yīng)。可以改善血液和淋巴循環(huán)，增強細(xì)胞膜的彌散過程，從而改善新陳代謝，提高組織再生能力。所以治療某些局部循環(huán)障礙性疾病，如營養(yǎng)不良性潰瘍效果良好。有人觀察在超聲波的機械作用下，脊髓反射幅度降低，反射的傳遞受抑制，神經(jīng)組織的生物電活性降低，因而超聲波有明顯鎮(zhèn)痛作用。超聲的機械作用還能使堅硬的結(jié)締組織延長、變軟，用于治療疤痕、粘連及硬皮癥等。

可見，超聲波的機械作用可軟化組織、增強滲透、提高代謝、促進血液循環(huán)、刺激神經(jīng)系統(tǒng)及細(xì)胞功能，因此有重要的治療意義，在超聲治療機理上占重要地位。

（二)溫?zé)嶙饔?/p>

超聲波作用于機體時可產(chǎn)生熱，有些人甚至稱為“超聲透熱療法”。超聲波在機體內(nèi)熱的形成，主要是組織吸收聲能的結(jié)果。其產(chǎn)熱有以下特點：

1.由于人體各組織對聲能的吸收量各有差異，因而產(chǎn)熱也不同。一般超聲波的熱作用以骨和結(jié)締組織為量顯著，脂肪與血液為最少。如在超聲波5W/cm²，1.5分鐘作用時，溫度上升在肌肉為1.1℃，在骨質(zhì)則為5.9℃。

2.超聲波熱作用的獨特之處是除普便吸收之外，還可選擇性加熱，主要是在兩種不同介質(zhì)的交界面上生熱較多，特別是在骨膜上可產(chǎn)生局部高熱。這在關(guān)節(jié)、韌帶等運動創(chuàng)傷的治療上有很大意義。所以超聲波的熱作用（不均勻加熱)與高頻是及其他物理因子所具有的彌漫性熱作用（均勻性加熱)是不同的（圖7.8)。

3.超聲波產(chǎn)生的熱將有79－82％由血液循環(huán)帶走，18－21％由鄰近組織的熱傳導(dǎo)散布，因此當(dāng)超聲波作用于缺少血循環(huán)的組織時，如眼的角膜、晶體、玻璃體、睪丸等則應(yīng)十分注意產(chǎn)生過熱，以免發(fā)生損害。

圖7.8　四種深部透熱治療時各層組織溫?zé)崆�線

（三)理化作用

基于超聲波的機械作用和溫?zé)嶙饔�，可繼發(fā)許多物理的或化學(xué)的變化如：

1.氫離子濃度的改變　炎癥組織中伴有酸中毒現(xiàn)象時，超聲波可使pH值向堿性方面變化，從而使癥狀減輕，有利于炎癥的修復(fù)。

2.對酶活性的影響　超聲波能使復(fù)雜的蛋白質(zhì)解聚為普通的有機分子，能影響到許多酶的活性。如超聲作用能使關(guān)節(jié)內(nèi)還原酶和水解酶活性增加，目前認(rèn)為在超聲治療作用中水解酶活性的變化是起重要作用的。

3.近年來對超聲作用機理的研究，已深入到細(xì)胞分子水平。在電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)超微結(jié)構(gòu)中線粒體對超聲波的作用最敏感。核酸也很敏感，實驗發(fā)現(xiàn)低強度超聲波作用可使細(xì)胞內(nèi)胸腺核酸的含量增加，從而影響到蛋白質(zhì)的合成，刺激細(xì)胞生長。

4.在高強度的超聲作用下，組織內(nèi)可形成許多高活性的自由基，如HO₁、OH、H₂O₂、O等，它們可加速組織內(nèi)氧化還原過程，加速生長過程。

目前，關(guān)于超聲波的生物學(xué)作用機理仍有多種爭義。但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，具有物理學(xué)特性的超聲機械振動，以及在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的分布特殊的“內(nèi)生熱”和必然引起的生物理化改變，是有機聯(lián)系的�；×⒌膹娬{(diào)那一方面的作用都是片面的，并在上述三方面基本作用因素的基礎(chǔ)上，通過復(fù)雜的神經(jīng)－體液調(diào)節(jié)途徑治療疾病的。神經(jīng)系統(tǒng)的反應(yīng)和調(diào)節(jié)在超聲波的治療機理中起著主導(dǎo)作用，而超聲作用過程中發(fā)生的體液方面的改變，又是作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，二者有機結(jié)合構(gòu)成統(tǒng)一的反應(yīng)過程。

四、對機體組織器官的作用

（一)對神經(jīng)系統(tǒng)的影響

小劑量超聲波能使神經(jīng)興奮性降低，傳導(dǎo)速度減慢，因而對周圍神經(jīng)疾病，如神經(jīng)炎、神經(jīng)痛，具有明顯的鎮(zhèn)痛作用。大劑量超聲波作用于末梢神經(jīng)可引起血管麻痹、組織細(xì)胞缺氧、繼而壞死。

中樞神經(jīng)對超波顯示較高的敏感性，有人指出，即使是用0.1W/cm2的強度直接作用腦組織，也可造成不可逆的損傷，因此，國外有些人指出“超聲波禁用于腦部”。但近年來國內(nèi)不少單位通過實驗研究和臨床實踐證明，使用強度為1.5W/cm2以下（常用0.6～1.2W/cm²)的脈沖式超聲波移動法作用于頭部，對腦實質(zhì)無損害（由于大部分超聲波能量被頭皮及顱骨吸收和反射，只有2.5－20％透入顱內(nèi))，并用于治療腦血管意外偏癱及其它某些神經(jīng)系統(tǒng)疾病有一定療效。

（二)對循環(huán)系統(tǒng)的影響

房室束對超聲波的作用很敏感。超聲波主要影響心www.med126.com臟活動能力及其節(jié)律。大劑量超聲波可使心律減慢，誘發(fā)心絞痛，嚴(yán)重時發(fā)生心律紊亂，最后導(dǎo)致心跳停止；小劑量超聲波使心臟毛細(xì)血管充血，對冠心病患者有擴張動脈管腔及解除血管痙攣的作用，故用1W/cm2以下脈沖式超聲波作用心臟，對冠狀動脈供血不足患者有一定療效。

治療劑量超聲對血管無損害作用，通常可見血管擴張，血循環(huán)加速。低強度超聲作用下，血管器擴張；在較大劑量作用下，可引起血管收縮。更大劑量的超聲可使血管運動神經(jīng)麻痹，從而造成血液流動停止。用大劑量超聲時可直接引起血管內(nèi)皮腫脹，血循環(huán)障礙。

（三)對眼睛的影響

由于眼的解剖結(jié)構(gòu)特點是球體形態(tài)，層次多，液體成份和血循環(huán)特點等因素容易熱積聚致?lián)p傷。大劑量超聲可引起結(jié)膜充血、角膜水腫甚至眼底改變，對晶體可致熱性白內(nèi)障。還可以引起交感性眼炎。但用小劑量（脈沖式0.4－0.6W/cm²3－6分鐘以下)，可以促進吸收，改善循環(huán)，對玻璃體渾濁、眼內(nèi)出血、視網(wǎng)膜炎、外傷性白內(nèi)障等有較好療效。

（四)對生殖系統(tǒng)的影響

生殖器官對超聲波較敏感，治療劑量超聲波雖不足以引起生殖器官形態(tài)學(xué)改變，但動物實驗可致流產(chǎn)，故對孕婦下腹部禁用。睪丸組織對超聲波很敏感，高強度作用可有實質(zhì)性損害和不育癥。實驗證明適量超聲波可以減少人和動物的精子產(chǎn)生，因此提出，用超聲波作為一種男性可逆性避孕的方法。

（五)對骨骼的影響

小劑量超聲波（連續(xù)式0.1－0.4W/cm²、脈沖式0.4－1W/cm²)多次投射可以促進骨骼生長，骨痂形成；中等劑量（3W/cm²以下5分鐘)超聲波作用時可見骨髓充血，溫度上升7℃，但未見到骨質(zhì)的破壞，故可用于骨關(guān)節(jié)創(chuàng)傷；大劑量超聲波作用于未骨化的骨骼，可致骨發(fā)育不全，因此對幼兒骨骺處禁用超聲。超過3.25W/cm²移動法被認(rèn)為是危險的劑量。

（六)對結(jié)締組織的作用

結(jié)締組織對超聲波的敏感性較差，對有組織損傷的傷口，有刺激結(jié)締組織增長的作用；當(dāng)結(jié)締組織過度增長時，超聲波又有軟化消散的作用，特別對于濃縮的纖維組織作用更顯著。因此超聲波對疤痕化結(jié)締組織有“分離纖維”作用，有使“凝膠變?yōu)槿苣z”的作用。在臨床上亦可見超聲波對疤痕有較明顯的軟化散作用。

五、設(shè)備與治療方法

（一)治療設(shè)備

1.超聲治療機

（1)主要結(jié)構(gòu)原理：由高頻振蕩器和輸出聲頭兩部分組成。

其主要結(jié)構(gòu)原理如圖7.9

圖7.9　超聲治療機原理示意圖

（2)輸出形式

連續(xù)超聲波：是在整個治療過程中，聲頭連續(xù)不斷地輻射出聲能作用于機體。它作用均勻，產(chǎn)熱效應(yīng)較大，（圖7.10A)。

脈沖超聲波：是在治療過程中間斷地輻射出聲能作用于機體，它的熱效應(yīng)較小，（圖7.10B.C)。

2.輔助設(shè)備　是為特殊治療需要或便于操作面準(zhǔn)備的附件。如水枕、水袋、水槽、水漏斗等。如圖7.quanxiangyun.cn/sanji/11；圖7.12。

3. 接觸劑　要選擇其聲阻接近于人體組織者，以減少其與皮膚界面間的反射消耗。常用有煮沸過的水，液體石臘，凡士林油等（圖7.13)。

圖7.10　連續(xù)超聲和脈沖超聲

圖7.11　金屬水槽

圖7.12　水漏斗

圖7.13　使用接觸劑略圖

（二)治療方法

1.直接接觸法　將超聲波頭直接和治療部位的皮膚接觸進行治療。此時在皮膚和聲頭之間應(yīng)加接觸劑，如石臘油，凡士林等。

（1)移動法　該法最常用。治療時聲頭輕壓皮膚，在治療部位作緩慢移動，移動速度以每秒1－2厘米為宜。常用強度0.5－1.5W/cm²。

（2)固定法　將超聲波聲頭以適當(dāng)壓力固定在治療部位。此法易產(chǎn)生過熱而發(fā)生“骨膜疼痛反應(yīng)”。故治療劑量宜小，常用強度為0.2－0.5W/cm²，時間3－5分鐘。

2.間接接觸法

（1)水下法　治療時將超聲波聲頭和治療肢體一起浸入36－38℃溫開水中，聲頭與皮膚距離1－5厘米，劑量要比直接接觸法稍大。

此法常用于不規(guī)則的體表，局部痛覺敏感的部位或聲頭不便直接接觸的部位如手指、足趾、踝、肘、潰瘍等（圖7.14)。

圖7.14　水下法治療	圖7.15　應(yīng)用水漏凌斗進行超聲治療

（2)輔助器治療法　常用有水漏斗法（圖7.15)，水枕或水袋法。后者是用薄橡皮膜制成袋，灌滿煮沸過的溫水，然后再涂接觸劑進行治療，用于面部、頸部、關(guān)節(jié)、前列腺、牙齒、眼等不平之處（圖7.16)。

圖7.16　水枕法治療

（3)聚集照射法　利用凹面鏡和聲透鏡將超聲波高度集中在某一部位而獲得大能量超聲波的作用，以做特殊治療。如治療腫瘤時用。

（三)治療劑量

1.治療強度　以0.4－1.5W/cm²為宜，水下法、水枕法時強度可稍大，實際使用時可參閱表7.2，臨床多采用低、中等強度。

表7.2 超聲強度等級表

2.治療時間　一般固定法3－5分鐘，移動法為5－10分鐘，大面積移動可適當(dāng)延長至10－20分鐘。

3.療程　一般治療次數(shù)6－8次，慢性病10－15次或更多。每日或隔日一次。療程間隔1－2周。

六、主要適應(yīng)證禁忌證

（一)適應(yīng)證：

1.運動支撐器官創(chuàng)傷性疾病　腰痛、肌痛，挫傷，扭傷，肩關(guān)節(jié)周圍炎，增生性脊柱炎，顳頜關(guān)節(jié)炎，腱鞘炎等。

2.疤痕，粘連，注射后硬結(jié)，硬皮癥，血腫機化。

3.作用于局部及相應(yīng)的神經(jīng)節(jié)段時可治療　神經(jīng)炎，神經(jīng)痛，幻肢痛，慢性蕁麻疹，帶狀皰疹，濕疹，搔癢癥，消化性潰瘍，支氣管哮喘，胃腸功能紊亂。

4.其他　腦血管病偏癱，冠狀動脈供血不足，眼視網(wǎng)膜炎，玻璃體混濁，營養(yǎng)不良性潰瘍。

（二)禁忌證

1.凡惡性腫瘤（大劑量聚集可治)，活動性肺結(jié)核，嚴(yán)重心臟病的心區(qū)和星狀神經(jīng)節(jié)，出血傾向，靜脈血栓之病區(qū)均禁用。

2.孕婦（早期)腹部及小兒骨骼處最好選用其它療法。在頭部、眼睛、心臟、生殖器部位治療時劑量要嚴(yán)格掌握。

[附]處方舉例：

1.超聲波，連續(xù)式，慢移法，脊柱或骶髂病損區(qū)，0.4－0.8W/cm²，6－8分鐘，每天一次，6－12次為一療程。

適應(yīng)證　腰骶勞損，骶髂勞損，棘間韌帶勞損。

2.超聲波　慢移法，連續(xù)式0.8W/cm²或脈沖式1－1.5W/cm²，疤痕，粘連部位，6－10分鐘，每日一次，15－20次為一療程。

適應(yīng)證　增生性疤痕，注射后硬結(jié)，局限性硬皮癥。

3. 超聲波　脈沖式，慢移法，相應(yīng)的神經(jīng)節(jié)段或神經(jīng)疼痛區(qū)域，0.6－1.2W/cm²，4－10分鐘，每日一次，6－12次為一療程。

適應(yīng)證　神經(jīng)痛，潰瘍病，搔癢癥，濕疹，慢性蕁麻疹。

4. 超聲波：水枕法，慢移法，連續(xù)式，0.4－1.0W/cm²或脈沖式0.4－1.5W/cm²，病損區(qū)5－8分鐘，每日一次，6－12次為一療程。

適應(yīng)證　某些眼病，小關(guān)節(jié)扭傷挫傷。