基本知识

超声波的生物效应即是超声对生物组织产生的作用,也是超声治疗的基础。超声的生物效应与超声波的声强、频率及生物组织本身的性质有关,且在声强低的情况下效应是可逆的,而声强超过一定阈值时则会产生不可逆效应。超声生物效应按其作用机理可分为:机械效应、热效应、声流效应、空化效应及触变效应等。    

一、机械效应

当声强较低时,生物组织在超声作用下产生弹性振动,其位移幅度与声强的平方根成正比;但声强过高时,组织的机械振动超过其弹性极限,而造成组织的断裂或粉碎,这种效应为超声的机械效应。 超声的机械效应是超声的主要治疗机理之一,它能引起细胞的改变及溶血过程,超声治疗消肿、止痛、解痉及软化疤痕等,都与机械效应的微细按摩作用分不开。超声的细胞按摩所产生的温、热和理化作用,在机体中能增强渗透,增进血液循环,刺激神经系统及软化组织。

二、热效应

由于生物组织的声吸收特性,超声能量射入组织后,部分超声能量将会变为热能,并使其温度升高,声吸收与温度有着密切的关系。尽管超声的热效应与机械效应相比,仅是次要的,但其微热作用对治疗疾病是不可忽视的机理之一。

超声热效应的机理大致有如下几个方面:

 ⑴超声振动通过媒质时能发生转变;

 ⑵媒质质点有周期性紧缩,以致引起温度增高中心,该中心发生在超声波的压缩相位中;

 ⑶在不同种组织分界部分形成,由于组织分层,介质阻抗不同,将产生反射,形成驻波,引起分子间相对运动产生摩擦而形成热,那时在与驻波腹相应的位置上就有局部温度升高。在这些因素中,介质的吸收是热形成的主要因素。 为了测定治疗上的热作用的程度,Pohlman等曾经研究,在800KHz和4W/cm2的超声辐射下的活的有机体中的温度分布情况。受声处理的面积其直径是2cm,声处理时间是20s。20s后,在机体中就达到稳定的热平衡,这时在0.2-3cm的深处温度升高2.7-5.70C。测量温度是用一支温度计插入到不同的深度而测量的。

三、空化效应

超声空化效应不仅在超声处理中受到重视,由于在空化效应中空腹的瞬间爆炸所产生的高温、高压现象,将引起一系列生物效应,有的还会造成组织或部件的损伤,因而在超声治疗中同样受到重视。 空化效应有两种:一种是稳态空化,另一种为瞬态空化。所谓稳态空化,即空化泡半径不超过原半径的75%的动力学过程,这时声压在一个大气压以下。若空化气泡半径变化很大,直至发生破裂过程,这时声压值很高,约几十个大气压以上,称为瞬态空化过程。瞬态及稳态过程都会引起生物效应,能引起自由基变化而影响细胞结构,由于瞬态空化的强烈破坏性,在治疗中必须注意。

四、声流效应

超声入射于两不同声阻抗率的媒质界面时,动量发生变化,产生辐射压力,对组织可产生撕裂和引起声流,即引起组织分子的移动或转动,当这种运动的幅度足够大时,会引起组织的损伤。

五、触变效应

超声波的作用还会引起生物组织结合状态的改变,如引起粘滞性减低,造成血浆变稀,雪球沉淀等,这种效应称为触变效应。当声强过高时,触变效应是不可逆变化,会对组织造成损伤。

六、超声弥散效应

超声波能提高半透明膜渗透作用,可使药物更易进入细菌体内。将消毒药物与超声合并使用,已证明可提高细菌对药物的敏感性,增强药物的杀菌作用,药物透入疗法的原理就在于此。

出了上述几种效应外、还有氢离子浓度的改变,超声引起组织中pH值改变。如pH值升高向碱性方向的变化,使伴有酸中毒现象的发炎组织有明显减轻,这对治疗急性炎症是有利的。超声还对高分子化合物有分裂作用,超声在机体中能引起分子产生大的振动速度,高速振动分子间产生摩擦力,此力能使聚集的分子遭到破坏,起到解聚作用。超声还有加速变化及氧化作用,这些作用对生物和医学有一定的意义。