فيزياء الموجات فوق الصوتية العلاجية

فيزياء الموجات فوق الصوتية العلاجية:

الموجات فوق الصوتية: هي واحدة من أكثر روابط استخدامًا من قبل المدربين الرياضيين، وعادة ما تستخدم لإحداث تسخين عميق، كما إنها واحدة من أكثر الأساليب التي يتم إساءة استخدامها، وبالتالي فهي واحدة من أكثر الأساليب التي يساء استخدامها. عندما توضع في يد طبيب مختص، يمكن أن توفر نتائج إيجابية ومع ذلك، عند استخدامها بشكل غير صحيح، هناك القليل من الفوائد من هذه الطريقة.

أصول الاستخدام في الممارسات الطبية:

قبل الحرب العالمية الثانية، كان العلماء الألمان يجربون سونار في الغواصات، حيث انبعث صوت من السفينة لاكتشاف الأشياء في المياه المحيطة وقد لاحظ العلماء أن الفيش قد تم تدميره في هذه العملية. وهكذا، ولدت فكرة الموجات فوق الصوتية التي تنتج تأثيرات بيولوجية.

في المهن الصحية، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية لعدد من الأغراض المختلفة، بما في ذلك تدمير الأنسجة وتشخيص نمو الجنين وكعامل علاجي. كما تم استخدام الموجات فوق الصوتية لتدمير الأورام في الثدي والكبد والكلى والبنكرياس والبطن والحوض والرحم والرئة (تستخدم بعض العلاجات مزيجًا من العلاج الكيميائي والموجات فوق الصوتية).

تم استخدام الموجات فوق الصوتية أثناء سير الباحثون مؤخرًا في عام 2002 لإغلاق التسريبات الهوائية في الرئتين وتدمير جلطات الدم ومحو حصوات الكلى وختم الأوعية الدموية. التجارب جارية في استخدام الموجات فوق الصوتية لتعقيم الذكور وعلاج بعض اضطرابات الدماغ.

في النساء الحوامل، يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية التشخيصية لمراقبة نمو الجنين وتحديد جنسه. كما تستخدم الموجات فوق الصوتية أيضًا في الجراحة التجميلية، لتسخين وتنعيم جيوب الدهون تحت العين والذقن قبل شفط الدهون، كما تستخدم هذه التطبيقات المختلفة الموجات فوق الصوتية بخصائص مختلفة جدًا. في هذا المقال، نحن معنيون فقط بالموجات فوق الصوتية لعلاج إصابة العضلات والعظام.

الموجات فوق الصوتية العلاجية السريرية:

الموجات فوق الصوتية العلاجية: هي اهتزازات صوتية غير مسموعة وذات تردد عالٍ تنتج تأثيرات فسيولوجية حرارية و / أو غير أخرى. إنها ليس شكلاً من أشكال الطاقة الكهرومغناطيسية، إنها أداة مفيدة للغاية في إعادة تأهيل العديد من الإصابات المختلفة، وذلك بغرض تحفيز إصلاح إصابات الأنسجة الرخوة وتخفيف الألم.

على الرغم من أن الموجات فوق الصوتية لها تأثيرات على كل من الأنسجة الطبيعية والتالفة، إلا أن الأنسجة التالفة قد تكون أكثر استجابة للموجات فوق الصوتية من الأنسجة الطبيعية والميزة الأساسية للموجات فوق الصوتية على طرق التسخين غير الصوتية الأخرى هي أن الأنسجة التي تحتوي على نسبة عالية من الكولاجين (مثل الأوتار والعضلات والأربطة وغطاء المفصل)، كما يمكن تسخين الحبيبات والغضروف المفصلي والواجهات بين العضلات وجذور الأعصاب والسمحاق والعظم القشري. بالإضافة إلى الأنسجة العميقة الأخرى بشكل انتقائي إلى نطاق علاجي دون التسبب في زيادة ملحوظة في درجة حرارة الأنسجة في الجلد أو الدهون.

مكونات جهاز الموجات فوق الصوتية:

يتكون جهاز الموجات فوق الصوتية من أربعة أجزاء رئيسية: مولد وكريستال وسماعة رأس وأداة التطبيق.

1- المولد:

الجزء الأكبر من جهاز الموجات فوق الصوتية هو المولد. عادة ما يكون صندوقًا مستطيلًا يتكون من مولد كهربائي عالي التردد مرتبط بدائرة مذبذب ومحول، حيث تنتج دائرة المذبذب تيارًا كهربائيًا محددًا ومتطلباتًا للترددات الخاصة بالبلور، يربط كيبل متحد المحور المولد بالبلور الموجود في مقبض قضيب معزول، كما يحتوي المولد أيضًا على لوحة تحكم بأزرار أو مفاتيح تنظم المعلمات التالية: تشغيل / إيقاف، قوة، زمن الشدة دورة العمل، الأنماط المستمرة أو النبضية، تردد 1 أو 3 ميجا هرتز، يتم الإغلاق التلقائي في حالة ارتفاع درجة حرارة الكريستال.

2- الكريستال:

البلور عبارة عن سيراميك اصطناعي رفيع (بسمك 2-3 مم)، وعادةً ما يكون مصنوعًا من زركون أو تيتانات الرصاص. ومنذ عقود، كانت معظم بلورات الموجات فوق الصوتية مصنوعة من الكوارتز، لكن الكوارتز كان باهظ الثمن ولم ينتج عنه شعاع موحد. وبالتالي، فإن البلورات المستخدمة اليوم هي السيراميك والبلور عبارة عن محول للطاقة يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة صوتية من خلال التشوه الميكانيكي للبلورة. عندما يتم تمرير تيار كهربائي متناوب عبر البلورة، فإنه يتمدد ويتقلص، مما ينتج عنه ما يشار إليه بالتأثير الكهروضغطي. هناك نوعان:

• التأثير الكهروإجهادي المباشر: إنشاء فولت كهربائي عبر البلورة عند ضغطها أو تمددها.

• تأثير كهرضغطية عكسي: تأثير ناتج عن تيار متناوب يمر عبر بلورة، مما يؤدي إلى ضغط أو تمدد البلورة.

ينتج عن تمدد البلورة وتقلصها اهتزازًا عند تردد التذبذب الكهربائي المستلم من المولد، مما يؤدي اهتزاز الكريستال إلى اهتزاز رأس الصوت وينتج عنه إنتاج ميكانيكي للصوت عالي التردد.

3- الصوت “سماعة الرأس”:

ينقل رأس الصوت الطاقة الصوتية (الموجات الصوتية) من البلورة إلى الأنسجة حيث تتسبب في اهتزاز الأنسجة. إنها صفيحة من السيراميك أو الألمنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ متصلة بالبلور، تدوم رؤوس الصوت المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ لفترة أطول من الألومنيوم أو السيراميك، وبالتالي فهي إحدى ميزات أجهزة الموجات فوق الصوتية عالية الجودة.

تخيل الضرب الذي تأخذه رأس الصوت عندما تتوسع البلورة وتتقلص بسرعة 1-3 مليون مرة في الثانية، حيث يتم تصنيع رؤوس الصوت والبلورات لتتناسب مع مولد معين، لذلك فهي بشكل عام غير قابلة للتبديل بين المولدات. ومع ذلك، أصبحت البلورات ذات التردد المزدوج ورؤوس الصوت مؤخرًا من المعدات القياسية في أجهزة الموجات فوق الصوتية، لذلك يتمتع الأطباء المختصون بخيارات أكبر لمعلمات العلاج.

4- أداة التطبيق:

أداة التطبيق، وهو غلاف الكريستال والرأس  والصوت، هو جهاز يسهل تطبيق الموجات فوق الصوتية على المرضى. كما يجب أن يكون رأس الصوت في حالة حركة ثابتة أثناء العلاج، لذا فإن تصميم جهاز التطبيق مهم، كما يجب أن يسمح للعيادة بالحفاظ على الرسغ واليد في وضع محايد، لتجنب الإصابة المتكررة، خاصة وأن الأطباء غالبًا ما يقدمون عدة علاجات صوتية متعددة يوميًا. بعض التطبيقات الحديثة لديها أيضًا ضوابط عليها حتى يتمكن الطبيب من تغيير خصائص العلاج أثناء العلاج.

فيزياء الموجات فوق الصوتية:

الآن بعد أن تعرفت على مكونات جهاز الموجات فوق الصوتية، يجب أن نستكشف الفيزياء الكامنة وراء كيفية عمل الموجات فوق الصوتية.

تتكون المواد الصلبة والسوائل من جزيئات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة قوى تعمل مثل الأربطة المطاطية وتربط كل وحدة مول بجارها المجاور وعندما تؤثر القوة على جزيء ما، فإنها تجعله يهتز ذهابًا وإيابًا مسافة صغيرة من موضعه الأصلي.

تتسبب هذه الحركة في اهتزاز الجزيء المجاور، وفي النهاية يبدأ الحي بأكمله في الحركة. كما تنتقل هذه الطاقة الاهتزازية عبر ملايين الجزيئات في الأنسجة هذا الانتقال أو انتشار الحركة الاهتزازية هو في الأساس الصوت. على عكس الطاقة الكهرومغناطيسية التي تنتقل بشكل أكثر فاعلية من خلال الفراغ، يتم نقل الطاقة الصوتية بواسطة الجزيئات التي تصطدم ببعضها البعض. الموجات فوق الصوتية هي موجة ميكانيكية يتم فيها تمرير الطاقة عن طريق اهتزازات جزيئات الوسط البيولوجي الذي تنتقل عبره الموجة.

يمكن أن تسمع الأذن البشرية موجات صوتية تهتز من 16000 إلى 20000 مرة في الثانية. كما تسمى الموجات الصوتية التي تهتز أسرع مما تسمعه الأذن البشرية بـ “الموجات فوق الصوتية”. ويتراوح نطاق الموجات فوق الصوتية العلاجية من 750.000 إلى 3 ملايين اهتزاز في الثانية (0.75-3.0 ميجا هرتز). إذا كان الطول الموجي للصوت أكبر من المصدر الذي أنتجه، فسوف ينتشر الصوت في جميع الاتجاهات. في حالة الموجات فوق الصوتية العلاجية، يكون الصوت أقل تباعدًا وتتركز الطاقة في منطقة محدودة.

أنواع الموجات فوق الصوتية:

تخيل أنك على الشاطئ وقررت السباحة في المحيط، عندما تسبح من الشاطئ، تتصادم الأمواج وتدفعك للخلف. للموجات فوق الصوتية تأثير مماثل على الأنسجة حيث تنتقل الموجات الصوتية عبرها، حيث تنتقل الموجات عبر المواد الصلبة بطريقتين، مثل الموجات الطويلة والعرضية.

في الموجة الطولية، يكون الإزاحة الجزيئية أو الاهتزاز على طول الاتجاه الذي تنتقل فيه الموجة (إلى حد ما مثل حبل بنجي ممدود)، في الموجة المستعرضة، تنتقل الجزيئات أو تهتز في اتجاه عمودي على الاتجاه الذي تنتقل فيه الموجة وفي مسار الموجة الطولية توجد مناطق من:

• الضغط: مناطق ذات كثافة جزيئية عالية وضغط مرتفع حيث يتم ضغط الجزيئات معًا.

• التخلخل: مناطق ذات كثافة جزيئية منخفضة حيث يتم تفكيك الجزيئات.

بينما تنتقل الموجات الطولية في المواد الصلبة والسائلة، تنتقل الموجات المستعرضة فقط في المواد الصلبة، كما تنتقل الموجات فوق الصوتية كموجة طولية عبر الأنسجة الرخوة وتصبح موجة عرضية لأنها ترتد إلى الخلف أو ترتد عندما تصطدم بالعظم، تتشابه عمليات الضغط والخلخلة مع الضغط معًا.