Ultrasuoni 1-3MHz
La fisica degli ultrasuoni
Gli ultrasuoni (US) sono radiazioni non ionizzanti di natura meccanica; a differenza delle radiofrequenze e microonde, con cui si identificano specifiche regioni dello spettro elettromagnetico, sono una forma di energia meccanica e perciò, per potersi propagare, necessitano di un mezzo elastico quale plasma o liquidi. Si estendono a partire da frequenze superiori ai 20 kHz, limite superiore di udibilità per l’orecchio umano, fino alle frequenze di qualche centinaio di MHz e, intorno a 1 GHz, lasciano il posto al regime cosiddetto ipersonico.
Gli US, essendo onde meccaniche, si propagano in un mezzo con trasferimento di energia e non di particelle; queste ultime, infatti, oscillano semplicemente attorno alla loro posizione di equilibrio, con trasferimento di energia da una particella ad un’altra. L’oscillazione molecolare può propagarsi nel mezzo in varie direzioni, pertanto si possono distinguere onde longitudinali e onde trasversali; nelle onde longitudinali, il movimento oscillatorio delle particelle del mezzo di trasmissione è parallelo alla direzione di propagazione, mentre nelle onde trasversali è perpendicolare. Le onde longitudinali (di compressione) possono propagarsi in qualsiasi mezzo, mentre le onde trasversali solo in quelli solidi, a causa dei deboli legami che si instaurano tra atomi e molecole nei tessuti liquidi. L’onda ultrasonora è pertanto longitudinale, caratterizzata dall’alternanza di compressioni e rarefazioni del mezzo in cui si propaga, che comportano variazioni di pressione all’interno dello stesso (figura 1.2).
La generazione e la rilevazione degli ultrasuoni avviene artificialmente mediante i cosiddetti trasduttori che sfruttano il fenomeno della piezoelettricità, scoperto dai fratelli Pierre e Jacques Curie nel 1880. I due scienziati, comprimendo con una pressa, secondo varie direzioni, un cristallo di quarzo, osservarono il particolare fenomeno piezoelettrico: le due facce schiacciate del cristallo si erano polarizzate elettricamente in maniera molto simile alle batterie chimiche dell’epoca. Il fenomeno della piezoelettricità consiste nella sovrapposizione di due manifestazioni, una di natura meccanica, l’altra di origine elettrica e nel passaggio spontaneo dall’una all’altra; in particolare, se alle due superfici opposte di un blocco di materiale piezoelettrico (lamine di quarzo, dischi di materiale ceramico) viene applicata una tensione elettrica, il materiale si espande (o si contrae); di conseguenza, sottoponendo tali elementi ad un campo elettrico alternato, si ottiene un alternarsi di compressioni e di espansioni. Tale proprietà consente di convertire l’energia elettrica applicata, in energia meccanica cioè in un’onda acustica di pressione.
Per quanto riguarda la propagazione degli ultrasuoni, quando un’onda ultrasonora passa da un mezzo ad un altro, si assiste generalmente al verificarsi di fenomeni che contribuiscono in maniera diversa alla ridistribuzione dell’energia trasportata dall’onda stessa: una parte viene riflessa e una parte viene trasmessa, secondo le leggi della meccanica classica. Ciascun mezzo attraversato è caratterizzato intrinsecamente da una grandezza complessa, l’impedenza Z, che sintetizza le caratteristiche acustiche del mezzo attraversato e quantifica la resistenza che il mezzo stesso oppone al passaggio delle onde sonore. L’impedenza acustica è definita come il prodotto della densità r del mezzo (kg/m3) per la velocità di propagazione c (m/s).
Z= rc
Quando un fascio ultrasonoro incontra l’interfaccia acustica di due mezzi con impedenze acustiche differenti Z1 e Z2, una parte della sua energia viene riflessa e la parte rimanente prosegue il suo cammino nel mezzo come fascio trasmesso. La massima trasmissione di un’onda ultrasonica da un mezzo ad un altro si verifica quando le impedenze acustiche dei due mezzi in questione sono uguali. L’interazione degli ultrasuoni con i tessuti biologici produce assorbimento dell’energia del fascio che dipende dal tipo di tessuto attraversato e dalla frequenza delle onde. In tabella 1.2 sono riportati alcuni coefficienti di assorbimento per tipologie di tessuti attraversati da US alle frequenze di 1 MHz e 3 MHz.
Tabella 1.2: coefficienti di assorbimento di tessuti attraversati da US alle frequenze di 1 MHz e 3 MHz.
Basso assorbimento e quindi alta penetrazione dell’onda ultrasonora sono osservabili in acqua e nel grasso in quanto tessuto ricco di acqua (a=0,14 e 0,42 rispettivamente a 1 e 3 MHz); pertanto non viene prodotto riscaldamento significativo quando l’onda ultrasonora passa attraverso tali mezzi. Al contrario, l’assorbimento è più elevato nel tessuto osseo e nei tendini. In generale, gli US con frequenza maggiore (3 MHz) vengono assorbiti prima di quelli a frequenza minore (1 MHz), i quali raggiungono profondità maggiori a seconda del tipo di tessuto attraversato. Gli US alla frequenza di 1 MHz sono assorbiti principalmente dai tessuti alla profondità di 3-5 cm; gli US alla frequenza di 3 MHz raggiungono profondità di 1-2 cm.
Effetti biologici degli ultrasuoni
Gli US, attraversando i tessuti, determinano effetti tradizionalmente separati in termici e non termici; i non termici riguardano principalmente la cavitazione.
Gli effetti termici si verificano tipicamente per esposizioni in onda continua, mentre gli effetti non termici per esposizioni in onda pulsata. I due effetti non sono effettivamente separabili, cioè non si può assumere la presenza di soltanto una tipologia di effetti, eccetto nel caso di litotrissia, in cui l’effetto indotto è quello meccanico. Per tutte le altre situazioni, è bene assumere che gli effetti non termici siano sempre accompagnati da sviluppo di calore. Effetti termici: quando gli US si propagano in un mezzo, l’ampiezza dell’onda acustica si riduce progressivamente cioè gli US perdono la loro energia e il fascio si attenua a causa dell’assorbimento e della dissipazione di energia ultrasonica. Gli US producono calore attraverso le vibrazioni, l’urto e la frizione delle strutture cellulari ed intercellulari che compongono i tessuti attraversati. L’aumento di temperatura del mezzo può provocare eventuali va riazioni chimiche o strutturali dei biopolimeri. Questo fenomeno è influenzato sia dalle caratteristiche del fascio ultrasonoro cioè intensità e frequenza, dalla durata dell’esposizione e dalle caratteristiche dei tessuti attraversati; in particolare, come già visto, gli US possono essere più o meno attenuati in funzione della differenza tra le impedenze acustiche dei tessuti attraversati dalle onde sonore. Il riscaldamento prodotto si instaura rapidamente, tuttavia si stabilisce presto un equilibrio termico a causa della veloce dispersione del calore, dovuta al flusso sanguigno. L’effetto termico è più evidente a livello dell’interfaccia dei tessuti ed in particolare a livello del periostio e della zona di passaggio tra grasso e muscolo; il periostio, per la sua struttura anatomica e per la continuità con l’osso, assorbe una grande quantità di energia ed è, pertanto, sede di elevato riscaldamento. L’elevazione termica genera, come effetti secondari, aumento del metabolismo cellulare e vasodilatazione; in particolare, quest’ultima proprietà risulta importante nell’utilizzo terapeutico degli US in fisioterapia.
Effetti non termici: Cavitazione: fenomeno che consiste nella formazione, crescita e implosione di bolle di gas all’interno del fluido sottoposto ad un campo ultrasonoro. In generale, la cavitazione può essere vista come la “rottura” di un liquido e la conseguente formazione all’interno dello stesso, di “cavità” (propriamente di bolle) contenenti gas disciolto o vapore del liquido stesso; si manifesta in molte situazioni, per esempio nell’acqua in ebollizione o in vicinanza dell’elica in rotazione di una nave, e comunque in tutte le regioni di un liquido soggette ad alte e brusche variazioni di pressione.
COME SI USA LA METODICA AD ULTRASUONI 1 – 3 MHz
Dal menu principale selezionare Elenco Programmi, selezionare la zona da trattare e confermare con OK. I parametri d’azione sono preimpostati, l’operatore regolerà la sola potenza in uscita. Regolato il giusto valore di potenza in emissione, stenderemo un leggero film di gel conduttivo sulla zona da trattare ed inizieremo il trattamento con la testina a contatto cutaneo. L’impiego di gel conduttivo è mirato ad evitare che s’interpongano elementi di disturbo, come aria o altro, tra testina emittente e la cute. Per evitare effetti di surriscaldamento della zona trattata, evitate di mantenere fermo il manipolo durante il trattamento, ma mantenete sempre in leggero scorrimento la testina, al fine della trasmissione ottimale degli ultrasuoni alla zona interessata. Durante il trattamento mantenete una pressione consona tramite il manipolo e assicuratevi che la testina sia sempre a completo contatto con la cute; mantenete sempre un andamento circolare con raggio d’azione pari a 5 – 10 cm. Le zone tipiche per i trattamenti solitamente sono: glutei, interno ed esterno coscia, addome, polpacci e braccia. Il trattamento non è assolutamente fastidioso per i pazienti, anzi, la sensazione percepita è di un piacevole tepore. La durata dei trattamenti, a seconda della zona da trattare, può essere di 30 – 40 minuti e le sedute mediamente previste sono almeno una decina. La frequenza dei trattamenti prevede sedute settimanali. I pazienti dovranno seguire un’adeguata dieta alimentare anche successivamente al ciclo di sedute e consumare almeno 2 litri d’acqua giornalmente. In abbinamento ai trattamenti ad ultrasuoni, sarebbero consigliabili trattamenti di linfodrenaggio al fine di favorire il deflusso dei lipidi in eccesso. I risultati saranno tangibili già alle prime sedute.
CONTROINDICAZIONI
Condizioni vascolari
Condizioni come ad esempio le tromboflebiti, nelle quali la somministrazione di ultrasuoni può provocare la rottura di emboli, non vengono trattate con gli ultrasuoni.
Sepsi acuta
Una zona affetta da sepsi acuta non deve essere trattata con gli ultrasuoni a causa del pericolo della diffusione dell’infezione.
Radioterapia
La radioterapia produce un effetto contrario sui tessuti per cui gli ultrasuoni non devono essere applicati alle zone sottoposte a radiazioni prima che siano trascorsi sei mesi dalle irradiazioni stesse.
Tumori
I tumori non devono essere sottoposti agli ultrasuoni perché potrebbero stimolarne la crescita e/o causare metastasi.
Gravidanza
Un utero gravido non deve essere trattato con gli ultrasuoni poiché questi potrebbero provocare danni al feto (la scansione con ultrasuoni come strumento diagnostico durante la gravidanza è diversa da quella utilizzata per scopi terapeutici).
Malattie cardiache
I pazienti che hanno sofferto di malattie cardiache vengono trattati con intensità basse al fine di evitare dolori improvvisi e le zone come ad esempio il ganglio cervicale ed il nervo vago devono essere evitate a causa del rischio di un’azione cardiaca. I pazienti portatori di pacemaker solitamente non vengono trattati con gli ultrasuoni al torace o colonna perché il generatore di ultrasuoni può avere un effetto sulla funzionalità del pacemaker.
DATI TECNICI