物理治療的常用治療工具：治療用超聲一文打盡它的方方面面！

健康 01-29

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超聲是一種機械能，而非電能，因此嚴格來講，並非一種真正的電療方法。但是，人們通常把它歸為電子物理設備這一大類。

超聲的高頻率產生的機械性振動就是我們熟知的聲波能量。人類正常聲波的感知範圍在16Hz到20000Hz(在某些孩子和年輕人中感知頻率更高些)。而超過這一頻率的聲波，其產生的機械性振動就是超聲波。用於治療的頻率一般為1.0-3.0MHz(1 MHz為1秒鐘100萬次周期)。

聲波是由壓縮區（Comprssion）和疏鬆區（Rarefaction）組成的一種縱向波。當材料粒子暴露於聲波之下，將會在某一固定點產生振蕩效應，而不是隨聲波本身移動。

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名詞解釋

壓縮區（compression）:當聲波經過組織材料時，使組織材料粒子靠得更近，密度增高。

疏鬆區（rarefaction）: 當聲波經過組織材料時，使組織材料粒子相互遠離，密度降低。

聲波作為一種能量，當它經過某種材質時，就會引起材料粒子的振動。很明顯，任何組織在分子層面振動的增加都會導致熱量的產生，因此超聲可以在組織中用來控制熱量的變化，雖然當前治療用超聲並不特彆強調這一現象(Williams 1987, Baker et al 2001, ter Haar 1999, Nussbaum 1997, Watson 2000, 2008)。

除了熱量變化，組織振動產生的效應更多是由於非熱能形式所致。不過，超聲治療也和其它治療方法（例如衝擊波）一樣，儘管比例不大，都含有熱能效應的成分。當超聲波穿過某種材料（例如人體組織），聲波能量因為向材料進行轉移而逐漸減弱，不同材料，聲波能量的衰減特徵都已有大量研究數據。

超聲劑量的計算

計算超聲劑量最直接的方法是結合目前已有證據以及下方的流程圖進行。我們會做一些較為詳細的文字說明來解釋這張流程圖。

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1）需要治療的損傷深度

表淺（<2cm）：3 MHz
深層（2-5或6cm）:1 MHz

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名詞解釋

超聲頻率

指1秒鐘內，超聲穿過材料時，材料粒子經歷一個完整壓縮和疏鬆周期的次數。目前常用頻率為1MHz和3MHz，指1秒鐘內，材料粒子被壓縮和疏鬆100萬次和300萬次。

2）脈衝比例(pulse ratio or duty cycle)

急性期：脈衝式 1：4或3 （20%，25%）
亞急性期：脈衝式1：3或2或1（25%，33%，50%）
慢性期：脈衝式1：2或1或持續式（33%，50%，100%）

名詞解釋

脈衝比例(pulse ratio or duty cycle)

在1：1模式下，機器先提供2ms的能量輸出，之後關閉2ms。在1：4模式下，先是開啟2ms，緊接著關閉8ms。下圖顯示不同脈衝比例的影響。具有脈衝式選項的超聲儀器有利於急性期的損傷治療。

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註：有些機器以比例表示，有些用百分比表示。

脈衝頻率

這和脈衝持續時間（pulse duration）有關。目前大部分機器都是開啟2ms的脈衝持續時間，如果脈衝比例1：4，那麼開啟2ms，關閉8ms，總共10ms，那麼組織接受脈衝的頻率為100Hz。如果是4ms脈衝持續時間的機器，那麼組織接受脈衝的頻率為50Hz。

3）不同損傷所需強度：

急性期：0.1-0.3 W/cm²
亞急性期：0.2-0.5 W/cm²
慢性期：0.3-0.8 W/cm²

4）治療部位和探頭治療尺寸的關係：例如，1×，2×，3×等。

名詞解釋

超聲探頭的近場，遠場以及BNR

超聲波束的釋放是不均勻的，隨著晶體能量轉換器尺寸的變化而變化。靠近有效輻射區域（Effective Radiating Area ，ERA）叫做近場區域或者干預區域或者治療區域。

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此處的能量輸出不同於常規設置的參數，例如參數設置是0.3 W/cm2, 那麼此處的能量將會搞到12到15倍之多，也就是高達4.5 W/cm2。

近場大小用晶體換能器半徑和超聲波波長的比值來表示。例如晶體換能器直徑25mm，1MHz的波長為1.5mm，那麼近/遠場邊界為12.5mm/1.5mm>10cm。

這表明如果使用較大的探頭和1MHz的超聲儀器，其有效近場區域達到10cm。在該區域內，波束較為一致，變化較小。

由此可見，超聲儀器還有另外一個重要的指標就是波束非均勻率（Beam non-uniformity ratio, BNR）。這是能量強度峰值和平均能量強度之比。一般的超聲為4-6。也就是說近場區域的最大能量輸出是平均能量輸出的4-6倍。理論最佳值為4。當然也有廠家聲稱已突破超聲性能自身限制，把BNR降到了1。

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5）治療時間

目標為每單位晶體換能器的治療時間達到1分鐘。

6）超聲耦合劑

近年來，關於耦合劑與治療用超聲療效之間的關係一直存在很大爭議。

任何材質（人體組織）在超聲通過時，都會存在阻抗。這種人體組織的特定阻抗是由組織密度（density）和彈性(elasticity)決定的。為了儘可能最大化的把能量從一種介質傳遞至另一個介質，兩種介質阻抗最好是相同的。

當超聲從探頭髮出到達組織，需要穿過不同的組織類型，很顯然這不可能達到阻抗一致的標準。交界邊緣的阻抗差異越大，反射就會越大，因此，傳遞的能量就越少。不同組織的阻抗值可以在Ward 1986發表的文獻中找到。

為使超聲能量到達機體組織，首先要克服的是超聲探頭（鋼製）與空氣之間的巨大阻抗差異。為儘可能減少這種差異，就需要在兩者之間使用合適的耦合劑。

如果超聲探頭和皮膚之間存在空氣，哪怕是極少，那被反射的比例也將接近99.998%，這實際上意味著超聲能量根本沒有得到傳遞。

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治療用超聲的運用

超聲的熱效應（與大多數的熱作用一致）：

減輕疼痛
緩解肌肉痙攣
增加血流
加重水腫（損傷早期）
促進神經傳導
增加膠原彈性
降低關節僵硬度

超聲的非熱效應（振動效應）

低強度或者脈衝式超聲基本沒有熱效應。

增加細胞內鈣濃度
增加細胞膜通透性
促進細胞正常功能
增加組胺釋放
加強巨噬細胞反應性
在肌腱和軟骨中增加成纖維細胞活性和蛋白質合成

臨床常用於

減輕疼痛和增加組織延展性
改變膜通透性以加速組織癒合(例如促進皮膚潰瘍、手術切口、肌腱損傷、骨折等的癒合)
超聲經皮給葯
鈣沉積的再吸收

治療用超聲的最新運用

骨折的超聲治療

最近，有大量研究明確了使用治療用超聲不僅對正常骨折（新鮮）癒合，而且對癒合延遲或非癒合的骨折均具有益處( Mayr et al 2000, Busse et al 2002, Warden et al 1999)。超聲曾被認為是此類情況的禁忌症，雖然其具有原因仍不清楚。考慮到已有證據的數量和質量，如果還是將超聲治療放在禁忌症的名單中，顯然已不合適。

最近的系統性回顧和薈萃分析（Busse等2002）仔細分析了關於低強度、脈衝式超聲治療對骨折癒合時間影響的現有證據。他們發現3個研究共158例骨折患者的隨機研究證據表明，超聲治療組骨折癒合時間明顯低於對照組，癒合時間的平均差異為64天。

Warden等（1999）發表的回顧性分析指出無論是動物還是人類的研究，超聲可以使骨折的修復速度提高1.6倍。該研究中的超聲設備為超聲加速骨折癒合系統（Sonic Accelerated Fracture Healing System，SAFHS），參數為低強度（0.03 W/cm²）,頻率為1.5MHz，脈衝式，脈衝比例1：4。

雖然標準的治療治療儀可以複製以上參數，但SAFHS設備的BNR特別低，不像傳統物理治療超聲儀，因此，在研究中其治療探頭雖然固定，但仍是安全的。這種固定可能非常重要，因為受試者每天需要治療20分鐘，這對他們來說更像感覺僅是在使用超聲設備，而不是接受治療。

超聲治療阿撲嗎啡（Apomorphine）結節

阿撲嗎啡注射經常用於帕金森病的治療。該治療可能造成皮下結節的形成，使得注射部位的組織異常堅硬。這通常發生在腹部和大腿上部。這些組織的改變使注射變得十分困難，同樣也影響藥物的吸收。

有研究指出，超聲治療能夠成功治療此類結節，但目前尚缺乏參數設置（包括頻率或治療時間）的指南。我們提供的指導信息有兩個來源:一是臨床醫生使用超聲治療結節的事實證據，二是我們自己進行的臨床試驗結果。

禁忌症和相應警告

禁忌