超声波相关医学知识及应用

一 什么是超声波？  
超声波是指频率在20000Hz以上，不能引起正常人听觉反应的机械振动波。将超声波作用于人体以达到治疗目的的方法称为超声波疗法。频率500～2500千赫的超声波有一定的治疗作用。  
近年来超声波疗法的使用范围日益广泛，已远远超过理疗科原来的一般疗法，如超声治癌、泌尿系碎石及口腔医学的应用等，因此超声波疗法的概念应有广义的（包括各种特殊超声疗法）及狭义的（指理疗科常用的无损伤剂量疗法）两种。同时随着现代科学技术的进步，超声波不仅用于治疗，还已广泛用于诊断、基础及实验医学、因此已有“超声医学”之称。   
 二、超声波的物理特性及超声的发生  
超声波与声波的本质相同，都是物体的机械振动在弹性介质中传播所形成的机械振动波。  
 （一）超声波的传播  
1.因声波是物质传播能的一种形式，所以其传播必须依赖介质，而在真空中则不能传播，此与光波、电磁波不同。  
2.超声波向周围介质传播时，产生一种疏密的波形。这种连续的压缩层和稀疏层交替形成的弹性波和声源振荡的方向一致，是一种弹性纵波。由于超声波具有非常短的波长，可以聚集成狭小的发射线束而呈束状直线播散，故传播具有一定的方向性。  
三、超声波的生物物理学效应及其作用机理  
（一）机械作用  
机械作用是超声波的一种基本的原发的作用。超声波在介质内传播过程中介质质点交替压缩与伸张形成交变声压，不仅可使介质质点受到交变压力（在治疗剂量下，每一细胞均受4－8mg压力变化影响）及获得巨大加速度而剧烈运动，相互磨擦，而且能使组织细胞产生容积和运动的变化，可引起较强的细胞浆运动（原浆微流或称环流），从而促进细胞内容物的移动，改变其中空间的相对位置（据观察，强度不大的超声波能使嗜伊红细胞的原浆颗粒旋转，剂量大时甚至颗粒被抛出细胞外），显示出超声波对组织内物质和微小的细胞结构的一种“微细按摩”的作用。  
这种作用可引起细胞功能的改变，引起生物体的许多反应。可以改善血液和淋巴循环，增强细胞膜的弥散过程，从而改善新陈代谢，提高组织再生能力。所以治疗某些局部循环障碍性疾病，如营养不良性溃疡效果良好。有人观察在超声波的机械作用下，脊髓反射幅度降低，反射的传递受抑制，神经组织的生物电活性降低，因而超声波有明显镇痛作用。超声的机械作用还能使坚硬的结缔组织延长、变软，用于治疗疤痕、粘连及硬皮症等。  
可见，超声波的机械作用可软化组织、增强渗透、提高代谢、促进血液循环、刺激神经系统及细胞功能，因此有重要的治疗意义，在超声治疗机理上占重要地位。  
（二）温热作用  
超声波作用于机体时可产生热，有些人甚至称为“超声透热疗法”。超声波在机体内热的形成，主要是组织吸收声能的结果。其产热有以下特点：  
1.由于人体各组织对声能的吸收量各有差异，因而产热也不同。一般超声波的热作用以骨和结缔组织为量显著，脂肪与血液为最少。如在超声波5W/cm2，1.5分钟作用时，温度上升在肌肉为1.1℃，在骨质则为5.9℃。  
2.超声波热作用的独特之处是除普便吸收之外，还可选择性加热，主要是在两种不同介质的交界面上生热较多，特别是在骨膜上可产生局部高热。这在关节、韧带等运动创伤的治疗上有很大意义。所以超声波的热作用（不均匀加热）与高频是及其他物理因子所具有的弥漫性热作用（均匀性加热）是不同的。  
3.超声波产生的热将有79－82％由血液循环带走，18－21％由邻近组织的热传导散布，因此当超声波作用于缺少血循环的组织时，如眼的角膜、晶体、玻璃体、睾丸等则应十分注意产生过热，以免发生损害。

四种深部透热治疗时各层组织温热曲线 

（三）理化作用  
基于超声波的机械作用和温热作用，可继发许多物理的或化学的变化如：  
1.氢离子浓度的改变　炎症组织中伴有酸中毒现象时，超声波可使pH值向碱性方面变化，从而使症状减轻，有利于炎症的修复。  
2.对酶活性的影响　超声波能使复杂的蛋白质解聚为普通的有机分子，能影响到许多酶的活性。如超声作用能使关节内还原酶和水解酶活性增加，目前认为在超声治疗作用中水解酶活性的变化是起重要作用的。  
3.近年来对超声作用机理的研究，已深入到细胞分子水平。在电镜下观察发现，细胞内超微结构中线粒体对超声波的作用最敏感。核酸也很敏感，实验发现低强度超声波作用可使细胞内胸腺核酸的含量增加，从而影响到蛋白质的合成，刺激细胞生长。  
4.在高强度的超声作用下，组织内可形成许多高活性的自由基，如HO1、OH、H2O2、O等，它们可加速组织内氧化还原过程，加速生长过程。  
目前，关于超声波的生物学作用机理仍有多种争议。但多数学者认为，具有物理学特性的超声机械振动，以及在此基础上产生的分布特殊的“内生热”和必然引起的生物理化改变，是有机联系的。弧立的强调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础上，通过复杂的神经－体液调节途径治疗疾病的。神经系统的反应和调节在超声波的治疗机理中起着主导作用，而超声作用过程中发生的体液方面的改变，又是作用的物质基础，二者有机结合构成统一的反应过程。