超声疗法

应用500～5,000KHz的超声能以各种方式作用于人体以治疗疾病的方法统称为超声疗法。
超声在医学上的应用只有几十年的历史。1927年R.W.Wood和A. L. Loomis开始对超声的生物学作用进行研究。1939年R. Pohlman报告应用超声治疗坐骨神经痛、神经丛痛、肌痛取得疗效。目前临床治疗方面除一般超声疗法外，还有超声药物透入疗法、超声与其它理疗因子同时应用的超声复合疗法（如超声间动电复合疗法），超声雾化吸入疗法以及用大功率超声作为外科或耳科手术工具或破坏肿瘤组织的强超声疗法等。
物理基础 超声的物理基础有如下数点。
超声的性质 超声与声波本质相同，都是物质的机械振动在弹性介质中传播形成的机械振动波，是一种纵波。它在介质中传播时，介质质点发生振动运动，形成交替的疏密变化，构成弹性波或压力波而传递声能。超声与其它波动相同，也具有速度、波长、频率、周期、振幅等因素。超声传播的速度与其频率无关，而与介质的特性有关。在不同介质中其传播速度有很大差异（见表）。超声的频率对其传播形式、穿透能力、吸收作用及理化效应均有很大影响。理疗中常用的频率为800～1,000KHz及1.5～3MHz。800KHz超声在人体软组织中传播时波长约为2mm。
超声在几种不同密度、声阻的介质内的传播速度表

介质	声速m/s	密度g/cm3	声阻g/cm2·s
空气 水 机体组织（平均） 肌肉 脂肪 头颅骨 石蜡油(33.5℃) 蓖麻油 石英 钛酸钡 铝 钢材	331 1410～1500 1540 1568～1590 1450～1476 3360～4080 1420 1502 5700 5000 6400 6000	0.000129 1.0 1.06 1.074 0.955 1.658 0.835 0.96 2.6 5.4～7.8 2.7 7.9	0.000427×105 1.41～1.5×105 1.6324×105 1.684～1.708×105 1.385～1.410×105 5.570～6.765×105 1.1857×105 1.4419×105 14.820×105 27～39×105 17.28×105 47.40×105

超声的传播 超声的传播必须依靠介质，在真空中不能传播。高频率的超声呈定向传播，类似光波，有反射、折射、衍射、聚焦等现象。超声在不同介质的交界面上发生反射的程度与介质特性密切相关。两种介质的声阻(介质的密度和声速的乘积称为介质的声阻，为介质传声性质的一种重要物理量)相差越大，反射的程度就越大；声阻相近似的两种介质反射程度最小。
超声在介质中传播时，部分声能被介质吸收，其能量逐渐衰减而影响其穿透深度。介质吸收超声的能力与介质声学特性及超声的频率有关，它与介质粘度及超声频率的平方成正比，与介质密度成反比。在实际工作中常用半吸收层(亦称半价层或半值层，指能量衰减一半时的介质厚度)来表示介质对超声的吸收能力。肌肉、脂肪对不同频率超声的半吸收层厚度见表。可根据该表及病变部位的深浅应用适宜的超声频率。

肌肉、脂肪对不同频率超声的半吸收层厚度表

超声频率(KHz)	组织	半吸收层厚度(cm)
200 800 800 800 2400 2500	肌肉 肌肉 脂肪 脂肪+肌肉 脂肪+肌肉 肌肉	5.5 3.6 6.8 4.9 1.5 近于0.5

超声场 超声在介质中传播的空间范围，亦即介质受到超声振动作用的区域称为超声场。描写声场的主要物理量有声压和声强。当介质密度及声速不变时，声强与声压的平方成正比，也与频率的平方成正比，故超声有巨大的能量。临床上常以每单位面积通过的超声总能量为其实用单位，即W/cm²。
作用基础 有如下几种作用。
机械作用 超声传播过程中介质质点交替压缩与伸张，形成压力变化（交变声压），这种机械作用是超声基本的原发的作用。
超声在介质中传播时，如在行程中不发生反射现象，则形成以能量转移为特征的行波； 如超声垂直射入两种声阻不同的界面，若声路长度（辐射面与反射面间的距离）为1/4波长的奇数倍时，则反射波与前进波迎面相遇，两束超声波在峰点、谷点等处完全重合而形成驻波。行波与驻波是超声机械作用的两个来源。在超声行波场中，机体组织质点受到交变的压力及得到巨大的加速度。一般的治疗强度，人体组织内这一压力变化约为正负3个大气压。以1,000KHz超声为例，每一细胞承受的压力变化约为4～8mg。超声驻波场可影响机体组织的压力、张力，使机体质点得到更巨大的加速度，并使体液中质量不同的质点和离子获得不同的运动速度，由于其间的速度差，致质点和离子间产生相对运动，出现摩擦而产生能量。
以上超声的机械振动作用可看作对细胞内物质及微小的细胞结构的“微细按摩”或“细胞按摩”。它可使组织细胞产生容积和运动的变化，引起细胞浆运动（细胞浆微流或环流）、原浆颗粒旋转、质点颤动及摩擦等；可改变细胞内部结构，引起细胞功能的变化，而细胞外形无改变； 并可刺激细胞半透膜的弥散过程； 可使结缔组织延长、变软； 对损伤的组织有促进血管形成的作用。因此它对软化组织、增强细胞膜渗透性、提高代谢、促进血循环及刺激神经系统和组织细胞的功能均有重要的治疗意义。
超声通过液体时，液体受到交变声压的作用，各处压强交替变化。处于具有强大负压相的液体，当牵拉力超过其分子内聚力时，液体内部可形成细微的空腔，空腔内壁有正负电荷分布；在下一压缩周期（正压相）时，空腔又闭合起来，闭合瞬间产生非常巨大的压力并产生高温、放电、发光及氧化产物(臭氧、氧化氮、过氧化氢等)。超声在液体中引起的这种空腔形成和破灭的现象称为 “空化作用”。“空化作用”对机体有损害作用，但由于治疗频率的超声所用强度不大及细胞浆粘性较大，因此对机体组织不足以引起空化现象。
温热作用 超声能量在机体或其它介质中产生热的现象是很明显的。虽然小剂量超声及脉冲超声的治疗都证明了超声的非热作用，但超声产热及其热分布的特殊规律，说明超声生物学作用中温热作用有其重要性。
超声产热的过程是机械能在介质中转变为热能的能量转换过程。在人体是由于超声通过介质时的消耗（机体组织吸收能量），超声通过介质时交替的压力变化（压缩位相中温度升高）以及不同组织界面上超声能量的反射，驻波形成时的质点、离子间摩擦等方式而产热。在液体中则还可由于空化作用而产生局部高温。在超声作用下，机体组织温度的升高与许多因素有关，如频率、剂量、介质物理特性(声阻、动力学粘性、导热性等)，介质界面情况、接触剂的温度和种类等。超声频率越高，越易为组织吸收而产热； 剂量越大，其热作用越强； 组织动力学粘性（组织粘性与其密度之比）越高，吸收超声能量越多，产热也越多。即使同一剂量，由于各种组织对超声能量的吸收各有差异（见表），因而产热也不等；在两种不同密度的组织交界处(例如皮下组织与肌肉组织的交界处，肌肉组织与骨组织的交界处)产热也较多。因此就整个组织来说，超声产热是不均匀的。

不同组织对1,000KHz超声的吸收比值表

组织	吸收比值
水 血浆 全血 脂肪 肌肉 周围神经	1 23 60 390 663 1193

超声的热作用与高频透热及其它温热疗法比较，有其独特之处，即除普遍吸收之外，还可选择性的在不同组织的界面上，特别在骨膜上产生局部高温。
在活体中由于血管神经的作用，常使接受超声作用区以外的远离部位的组织温度也升高。在治疗区如有血循环障碍时，超声的局部热作用将会加强。
此外，不同的治疗方法使机体组织温度升高的程度亦有差异；同一剂量，固定法比移动法升温较多； 脉冲超声几乎不产生热或产热明显减少。
超声的热作用能引起血管功能及代谢过程的变化，以及由此发生一系列复杂的神经-体液方面的变化，使人体组织产生各种反应(见“温热疗法”)。
化学作用 超声的机械作用和热作用不仅可促进一些化学反应，并可诱发许多化学变化。
❶触变作用： 在超声作用下凝胶可以转化为溶胶状态。超声对肌肉、肌腱的“软化”作用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、韧带、肌腱的退行性病变的疗效，有人认为与超声的触变作用有关。
❷弥散作用诱发的化学反应：治疗剂量的超声能增强生物膜的弥散过程，促进物质的交换，从而加强代谢，改善组织的营养。
❸对高分子化合物的作用： 超声场中质点间的摩擦力引起化学键的断裂，因而对高分子化合物、复杂蛋白质的解聚反应和聚合反应发生作用。解聚反应是大分子化合物粘度下降、分子量减少的过程，即由大分子变为小分子。超声可使淀粉变为糊精，使糖元变为小分子的糖，使葡萄糖、乳糖、核酸分裂。由于超声能使复杂蛋白质较快地解聚为分子量较小的有机分子，因而能影响酶的活性，活化或破坏许多酶的作用(由于各种酶的蛋白质结构不同，对超声的敏感性也有差异)。有些情况下，超声对氨基酸有脱氨和分裂C—N键的作用。聚合反应是将许多相同或相似的分子合成一个较大分子的过程。在超声作用下，分子胶体化合物的C=C键或C=O键双键中的一个键断裂，形成不饱和的具有高活性的自由基；此外，高强度超声可使组织电离、水分子分解，产生OH、HO2、原子氧、原子氢，能够诱导水中的稳定化合物使其生成自由基，从而产生一系列聚合的连锁反应。
❹对生化和物质代谢的影响：被组织吸收的超声能并不都转变为热能，而有一部分消耗于蛋白质分子内的变化上。电子显微镜观察发现，在细胞内的超微结构中线粒体对超声作用最敏感，核酸对超声也很敏感；在强度不大的超声作用下，胸腺核酸的含量增加，人体或纤维细胞中蛋白合成增加，组织蛋白内巯基(—SH)化合物增加，后者对体内的许多活性物质如酶、维生素、激素、神经介质等有很强的还原作用。因此超声对物质代谢有重要的生物学意义，低强度有刺激作用，高强度有抑制作用。
❺对组织氢离子浓度的影响： 治疗剂量的超声可使组织pH向碱性方面变化。这对减轻急性炎症伴有的局部酸中毒及疼痛症状有利。此外，超声能加强催化作用，加速细胞新陈代谢； 组织温度升高能促进化学反应进行的速度；超声可使细胞通透性增高，并可使药物解聚，有利于药物透入菌体以提高杀菌能力；空化现象时产生电离，紫外线辐射、高温、氧化产物等都可影响化学反应过程。
生物学和生理学作用 超声对各种组织器官的作用效果，总的来说高强度、大剂量(3W/cm2以上)有抑制或破坏作用，可造成组织形态学上不可逆的变化； 而低强度、中小剂量（治疗剂量）有刺激作用，调节作用，不引起或仅引起轻微的可逆性组织形态学变化。但各种组织器官对超声感受性不同，生物学反应亦有差异。
神经系统 神经系统对超声非常敏感，其中神经元的敏感性远高于神经胶质，而神经细胞又高于神经纤维。超声对周围神经及脊髓的作用，治疗剂量表现为兴奋性、传导速度等功能上的可逆改变，先兴奋而后抑制。动物实验，1MHz0.75W/cm²超声作用于猫的裸露的坐骨神经20分钟、脊髓11分钟可致损伤；临床观察，小剂量超声对神经痛有镇痛作用。对生活机体，超声可作为一种刺激动因，作用于神经感受器而产生神经反射活动。
超声直接作用于脑实质，0.1W/cm2即可造成不可逆的形态学改变，因此长期以来有人认为，颅脑是超声治疗的禁区。但是，超声作用于头颅时，因头发、头皮、肌肉、颅骨等组织对超声的吸收和反射，根据国内用尸体颅骨所作实验，超声只能透过其总剂量的3～17.2%。国内近年来实验研究及临床实践证明，800KHz脉冲超声1.25W/cm2移动法头部治疗时对脑组织是安全的。但由于神经细胞对超声高度敏感，故对头部进行超声治疗时应严格掌握剂量及不用固定法。超声1W/cm2作用于星状神经节10分钟，发现手指皮温上升3℃，作用于腰交感神经节，可使同侧下肢远端的血循环加快，皮温升高，证明超声对植物性神经有直接作用。此外超声可借助植物性神经反射来实现其作用，例如治疗支气管哮喘、胃及十二指肠溃疡时，可在胸椎旁交感神经链处进行治疗。
皮肤 适当剂量超声治疗对皮肤可有轻微刺感及温热感，用固定法或剂量较大时可有明显热感，甚至因灼痛而不可耐受。疼痛感系超声剂量过大的“警报讯号”。超声治疗后皮肤可有轻微充血，但无明显红斑。它有改善皮肤营养，促进真皮再生的作用并可引起汗腺分泌增强，但也有少数不变或减弱。治疗剂量的脉冲超声有加强上皮形成作用。1MHz连续超声2.5W/cm2固定法多次作用于家兔皮肤，可产生明显渗出性炎症。
肌肉和结缔组织 横纹肌对超声相当敏感，但中、小剂量超声只影响其功能，并不引起形态学的变化。对挛缩的肌肉，超声可使其肌纤维松弛而解痉，这可能与超声的热作用及使神经兴奋性降低有关。
组织有缺损时，小剂量超声有刺激结缔组织增生的作用，而当结缔组织过度增生时，较大剂量的超声又可使其软化、消散并使其伸展性增强。
骨胳 骨胳对超声的吸收能力很强，其吸收系数与超声频率的平方成正比。超声作用下，骨、软骨、骨膜、骨内膜、软骨膜、骨髓因界面反射而形成局部高温，因此剂量过大时可引起骨膜疼痛。
小剂量超声(0.1～0.4W/cm²) 多次作用可刺激骨痂生长，稍大剂量(1～3W/cm²)作用10分钟则使骨愈合迟缓。超声作用于未骨化的骨胳，可致骨发育不全，青幼年期尤其敏感，因此对幼儿骨骺处禁用超声。
消化系统 适量超声可增强胃的分泌和蠕动； 大剂量(2.6W/cm²)超声直接作用于胃肠壁可造成损害性改变。肝对超声有较大耐受性，用4W/cm2作用于豚鼠肝区5分钟才出现肝损害改变。低强度超声对肝脏并无损害。治疗剂量超声作用于胆囊后可使胆囊收缩增强，胆汁排出增多。
心血管系统 房室束对超声的作用很敏感。超声可以通过支配心脏的神经和冠状动脉而影响心脏活动能力及其节律。
心脏对超声的反应因剂量不同而异。小剂量仅表现心脏毛细血管充血，间质细胞增多；治疗剂量下可改善血液循环，对正常心电图无影响。有报告，弱剂量超声对冠心病患者有扩张冠状动脉管腔及解除血管痉挛的作用。用810KHz超声对狗的实验性心肌梗塞进行观察，1W/cm210分钟可使梗塞灶缩小，疤痕化受到抑制，冠状侧支循环增加。
治疗剂量超声对血管无损害作用，一般小剂量表现为血管扩张，血循环加快，血管通透性增加； 较大剂量(2W/cm2)则引起血管收缩。
内分泌腺 超声可通过中枢神经影响内分泌功能，例如超声作用兔脑可引起肾上腺功能改变。超声直接作用于内分泌器官，也能引起功能与形态的变化。2W/cm2超声作用于兔甲状腺区可使其吸收碘的数值下降。
肾脏 肾脏各部分对超声敏感程度不同，皮质近曲小管最敏感，髓质的集合管及细尿管的结缔组织基底膜最不敏感。治疗剂量的脉冲超声作用于肾区有扩张血管、促进肾脏血循环的作用。
生殖器官 生殖器官的腺体，不论性别，均对超声很敏感。小剂量超声对卵巢功能有刺激作用；大剂量(2～2.5W/cm²固定法)对卵巢及睾丸均有抑制以至损害作用，因此近年有人试用于节育。
超声对胚胎发育亦有影响，包括对染色体及胚胎的作用。大剂量(3W/cm2) 超声作用于妊娠子宫可造成流产、畸形或死胎。
眼 由于眼球的球形状态、层次多、液体成分及血循环等特点，构成对超声的特殊反应，热容易积聚而致损伤引起白内障。不同剂量不同频率的超声对眼可造成不同的变化。800KHz超声直接作用于动物眼球3～6分钟，0.4W/cm²可出现一过性角膜刺激征及眼血管（包括网膜）轻度扩张；1.5W/cm²以上可产生组织形态学的改变。低强度(0.4～0.6W/cm²时间不超过6分钟)的超声可用于治疗眼病，它可加强生物膜的弥散作用，对透明质酸有解聚作用及通过神经反射可调节血管张力，而使晶体吸收性能增强1.5～2倍，玻璃体的吸收性能亦有一定的增强；可减轻炎症反应，促进炎症吸收及组织修复，刺激角膜再生；可使视网膜的血液和淋巴循环得到改善，细胞膜通透性增强，组织中的酶活化，对视网膜的营养和代谢产生良好影响。
治疗作用 临床上超声有镇痛，减轻炎症反应，促进炎症渗出物的吸收，促进组织的修复，减轻疤痕形成及肌腱挛缩，改善神经和组织器官的营养和功能等治疗作用。此外，使用聚焦方法，利用大剂量超声的破坏作用，可用于碎石，用作神经外科手术工具以及目前在研究用其热作用以破坏肿瘤。
治疗设备 超声治疗机是利用“反压电效应”原理，将高频电场作用于晶体薄片，使后者产生相应频率的振动，把电能转换为机械能而制成。因此，它由高频电振荡和电-声换能器（声头）两部分组成。超声治疗机有多种类型，有连续输出型，脉冲输出型，连续-脉冲输出型；有单一频率者，有多种频率者；有单声头者，有多声头者。脉冲型超声一般脉冲频率为每秒100次，脉冲通断比(占空因素，每一脉冲持续时间与脉冲周期之比)有1:2,1:5,1:10,1:20等。机器附件有水糟、水枕、漏斗、声头接管、反射器、支架等。
接触剂是耦合在声头与皮肤之间，填充空隙，防止空气层存在而发生界面反射，利于超声能量穿透的一种物质，亦称耦合剂。接触剂的选择，要求其声阻接近人体组织的声阻，常用的有煮沸驱气的水、液体石蜡、甘油、蓖麻油、羊毛脂、液体凝胶、5%单硬脂酸铝块，凡士林及其他矿物油，按不同需要配制的各种乳剂(如用油、水、胶各等量制成乳剂)、溶胶(如用羧甲基纤维素钠50g、甘油50g、甲基对羟基苯甲酸1g、蒸馏水加至1,000ml配成的接触剂，声阻接近人体，干后成薄膜，易清除)等。各种接触剂如液体凝胶、去气体的水、甘油、矿物油等，对超声透过率差别不大，平均在80%左右，而氢化可的松油膏和冷霜则仅为47～65%左右。
治疗方法 有如下几种：
接触法 声头与体表直接接触进行治疗，这是最常用的方法。又分为：
❶固定法： 声头固定在治疗部位不动。
❷移动法： 声头在治疗部位作缓慢直线往返式或作圆圈式均匀移动，移动速度以0.5～3cm/s为宜。
水下辐射法 在煮沸后的温水中进行治疗。
辅助器治疗法 借助反射器、水枕、漏斗、接管等辅助器进行治疗，或腔内超声辐射器进行体腔内治疗。
聚焦治疗（亦称强超声治疗） 利用1～5MHz多声头聚焦超声的巨大能量 (焦点强度达数百至一千W/cm²)作精确定位的损伤(损伤小于2～3mm直径大小)，用于外科、耳科作手术工具及研究治疗肿瘤。
穴位治疗 用特制小声头刺激穴位进行治疗。
治疗剂量
❶强度： 超声辐射强度可直接由治疗机上的剂量计读出，但实际它系由加在声头压电晶片上的高频电压数值换算成的，因此只有相对意义，必须以超声计量仪（声天平）经常加以校正。临床使用强度可参考下表。
❷治疗时间：一般固定法1～5分钟，移动法5～10分钟。如治疗面积大，移动法治疗时（特别是脉冲输出时）可适当延长至15～20分钟。
❸疗程：一般6～8次一疗程，慢性病10～15次或更多。每日或隔日一次，甚至一周两次。疗程间歇1～2周。

超声治疗强度表

强度等级	连续式输出(W/cm2)		脉冲式输出(W/cm2)
	移动法	固定法	移动法	固定法
弱 中 强	0.6～0.8 1.0～1.2 1.5～2.0	0.1～0.2 0.3～0.4 0.5～0.6	1.0～1.5 1.5～2.0 2.0～2.5	0.3～0.4 0.5～0.7 0.8～1.0

以上强度系指接触法而言，水下法、水枕法可稍大
注意事项
❶声头要注意保护，切忌碰撞。
❷治疗时应先将声头接触治疗部位或浸入水中（水下法治疗时），方能调节输出，切忌声头空载，否则晶片易过热损坏。
❸治疗中如患者感觉疼痛或烧灼感时，应停止治疗，找出原因，予以纠正。
❹声头握柄如无橡胶等保护物者，治疗时操作者要戴双层手套作保护。
❺头部、肝、脾、肾、甲状腺、生殖器官、心区、星状神经节等敏感器官要慎用，剂量要小。
与其它理疗的综合应用 超声与某些理疗合并应用，可取得比单一治疗更好的疗效。例如，直流电离子导入前进行超声治疗可提高导入量； 超声与弱直流电(直流电一极作辅极，另一极导线联超声治疗机壳通声头)或间动电流(见“超声间动电复合疗法”)复合应用可提高疗效；超声与牵引配合治疗颈椎病，与按摩、医疗体育配合治疗肩周炎可提高疗效。
主要适应证 各种神经痛、神经炎、神经根炎、软组织捩、挫伤和运动创伤、关节炎、脊椎炎、肩周炎、肱骨外上髁炎、疲劳性骨膜炎、瘢痕组织增生、急性乳腺炎、慢性盆腔炎、输卵管闭塞、痛经、输尿管结石、阴茎硬结、冠心病、溃疡病、支气管哮喘、局限性皮硬化症、颞下颌关节功能紊乱、玻璃体混浊、中心性视网膜炎、脑血管意外引起的偏瘫恢复期等。
禁忌证 肺结核、出血倾向、消化道大面积溃疡、血栓性静脉炎、孕妇腹部、安装有心脏起搏器的患者、肿瘤（特殊形式的超声如多声头集束超声或超声透入抗癌药物治疗浅表肿瘤除外）、X线、镭、同位素治疗期间或以后6个月内等。