Seminar - Medicinska fizika

UNIVERZA V LJUBLJANI
FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO
ODDELEK ZA FIZIKO
FIZIKALNA MEDICINA
Seminar pri Medicinski fiziki
David Fabijan, Jure Jerkovič, Klemen Križaj
Mentor: Matija Milanič
Ljubljana, 17. 5. 2010
Povzetek
Fizika in medicina sta že dolgo neločljivo prepleteni tako pri diagnostiki, kot tudi pri terapiji
pacientov. Fizikalna medicina se osredotoča na povrnitev pacienta v normalno stanje in
reintegracijo v družbo. V tem seminarju si bomo ogledali nekaj osnov fizikalne medicine.
1
Kazalo
Uvod.....................................................................................................................................................3
Ultrazvok v terapiji...............................................................................................................................4
Uporaba ultrazvoka pri poškodbah..................................................................................................4
HIFUS metoda.................................................................................................................................5
ATDD metoda..................................................................................................................................6
LASER ................................................................................................................................................7
Elektroterapija .....................................................................................................................................9
Viri........................................................................................................................................................9
2
Uvod
Fizikalna medicina postaja vedno bolj pomembna pri svoji nalogi rehabilitirati paciente in
jih vrniti v svojo vlogo koristnih delov družbe, še posebej v primeru današnjega starajočega se
prebivalstva. V sodelovanju z medicino, fizikalna medicina uporablja moderne fizikalne postopke
in principe, da pripomore k pospešenem zdravljenju pacientov s poškodbami in pacientov ki
okrevajo po težkih boleznih.
Najbolj pogosto se od fizikalnih postopkov uporabljajo ultrazvok, laser in elektro-stimulanti.
Ultrazvok se v medicini uporablja že pri postopku diagnostike, manj znano pa je da se uporablja
tudi pri fizioterapiji. Podobno tudi laser in elektro-stimulacija ni ravno prva stvar, na katero
pomislimo ko slišimo za fizioterapijo.
Fizikalna medicina pozna še veliko več postopkov, kot so hidroterapija, masaža,
helioterapija, … Rehabilitacija po težkih poškodbah je težaven in dolgotrajen postopek, ki je zelo
odvisen tudi od psihičnega stanja pacienta. Metode fizikalne medicine lahko le pomagajo pri
okrevanju, glavno je da je pacient pripravljen na težavno okrevanje in da ima kot svoj glavni cilj
ozdraveti. Pacient, ki se je vdal v usodo in ne sodeluje pri rehabilitaciji ima dosti manjše možnosti
za uspeh. V tem seminarju smo se osredotočili povsem na fizikalno stran fizioterapije, a vsi ki želijo
nadaljevati na tem področju ne smejo pozabiti na ta aspekt.
3
Ultrazvok v terapiji
Pod ultrazvok štejemo zvok s
frekvenco večjo od 20 kHz. Terapevtski
ultrazvok uporablja frekvence med 0.9
MHz in 3 MHz. Napravo za ultrazvok
sestavljata glavni (napajalni) del in
oddajni/sprejemi del. Glavni del vsebuje
visoko-frekvenčni generator, ki generira
zahtevano napetosti primerne frekvence.
Generirano napetost se vodi po žici do
oddajnika. Za oddajnik se največkrat
uporablja piezoelektrični kristal, ki
lahko deluje tudi kot sprejemnik, kar pa
Slika 1: Naprava za ultrazvočno terapijo
pri terapevtski uporabi ni potrebno.
Piezoelektrični kristal se širi in krči,
glede na pritisnjeno izmenično napetost, kar proizvaja zvok.
Z uporabo različnih frekvenc lahko terapevt regulira globino, pri kateri želi uporabiti
ultrazvok za svoje namene. Nižja kot je frekvenca, globlja je penetracija ultrazvočnih valov v telo. S
spreminjanjem frekvence med nepretrgano in pretrgano, lahko terapevt nadzoruje količino toplote
ki jo valovanje povzroča.
Ultrazvok se uporablja za:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
razbitje brazgotinastega tkiva in adhezij
zmanjšanje vnetja, otekline ali usedlin kalcija
ogrevanje tkiva za zmanjšanje mišičnih krčev (do 5cm v globino)
povečanje raztegljivosti mehkega tkiva pred vadbo
pospešitev ogrevanja na celičnem nivoju
pospešitev metabolizma in krvnega pretoka
pospešitev zdravljenja kosti, pri nizkih intenzitetah
izboljšanje absorpcije zdravila v izbranem tkivu (možgani)
Uporaba ultrazvoka pri poškodbah
Ultrazvok je učinkovit pri zdravljenju poškodb tako v vnetni fazi kot v proliferativni fazi.
Ultrazvok povzroči degranulacijo mast celic, kar povzroči da se sprosti histamin. Histamin in ostali
kemični mediatorji, ki se sprostijo iz mast celic, naj bi igrali vlogo pri dostavi neutrofila in monocita
do poškodovanih delov. Kaže da ti in ostali dogodki pospešujejo fazo vnetja in pospešujejo
zdravljenje.
V proliferativni fazi zdravljenja ultrazvok vpliva na fibroblase in jih stimulira k izločanju
kolagena. To pospeši proces zapiranja rane in poveča natezno trdnost poškodovanega tkiva.
Povezujoče tkivo bo raslo hitrejše, če dodamo razteg in toploto. Nepretrgan ultrazvok pri višjih
terapevtskih intenzitetah je učinkovit način segrevanja globokega tkiva pred razteganjem. Njegova
4
učinkovitost je bila skozi leta povečana s pomočjo raziskav, ki raziskujejo optimalne metode za
širok razpon poškodb, ki se odzivajo na to neinvazivno terapijo.
HIFUS metoda
HIFUS (high-Intensity Focused Ultrasound) je terapevtska metoda, kjer z visoko
intenzitetnim ultrazvokom uničujemo patogeno tkivo. Uporablja se v kombinaciji z NMR ali
vzorčnim ultrazvokom, kot sredstvoma za prikaz žive slike mesta posega. Želeno lečenje zvoka pri
tej metodi lahko dosežemo z elektronskimi faznimi elementi ali z sferičnimi transducerji. Valovanje
se znotraj tkiva deloma pretvori v toploto in z fokusiranjem večih valov lahko dosežemo na
določenem območju visoko absorpcijo valov in posledično močno segrevanje tkiva.
S to metodo lahko segrejemo tkivo do 65C – 85C. Visoke temperature povzročijo
koagulacijo, kar pelje v nekrozo tkiva. Metoda se uporablja pri zdravljenju raka, še posebej raka na
prostati.
Prednost te metode je, da ni potrebnega posega v samo telo za stvari, pri katerih je drugače
potreben kirurški poseg. Ultrazvok zaradi velikega števila izvorov in porazdeljenosti le-teh tudi
nima škodljivega vpliva na tkivo okoli cilja, kot tudi ne na tkivo skozi katerega prehajajo posamezni
valovi.
Slika 2: Naprava za HIFUS metodo
5
ATDD metoda
Najbolj perspektivna novejša metoda, ki prihaja v uporabo je ATDD metoda (Acoustic
targeted drug delivery). S to metodo izboljšamo prenos molekul v/skozi izbrano tkivo. Uporablja
frekvence med 1 MHz in 20 MHz ter z zvočno intenziteto prb. 30 W/cm2. Uporablja se pri
kemoterapiji, kjer lahko s to metodo izboljšamo dostavo zdravil in zmanjšamo čas, ki je potreben da
zdravilo začne delovati. Uporablja se ultrazvok v pulznem delovanju in deluje po podobnem
principu kot HIFUS, a pri manjših močeh.
Pulzno delovanje služi dvema namenoma:
1. Vznemiriti tkivo z raztezanjem in krčenjem
2. Preprečiti tkivu, da bi prejelo preveč toplote
Slika 3: Učinkovitost zdravil z uporabo ultrazvočne metode in brez
6
LASER
LASER (Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation) je
eden izmed virov svetlobne terapije.
Značilnosti laserske svetlobe so:
•
•
•
•
stimulirana emisija fotona,
monokromatskost,
koherentnost,
kolimiranost.
Slika 4: Naprava za lasersko terapijo
Uporaba laserja v medicini:
•
•
•
•
•
•
•
•
oftalmologija (ablacija retine, zaustavljanje krvavljenja)
kirurgija
dermatologija
stomatologija
akopunktura
neurologija
reumatologija
rehabilitacija
◦ akutne in kronične bolečine
◦ posttraumatične bolečine
◦ osteoporoza
◦ športne poškodbe
◦ zgodnja rehabilitacija živcev
Moč laserja pri fizioterapiji ne preseže 20W imamo pa možnost regulacije naslednjih
parametrov: velikost fokusne točke, intenziteto oz. gostoto žarčenja, čas, energija, doza in frekvenca
žarčenja. Uporabljamo dva načina obsevanja, impulzni in kontinuirani.
• Impulzni : kristalni laserji, globina prodora do 5 cm, infrardečo področje
• Kontinuirani: plinski laserji, potrebna je manjša energija, enostavnejši za uporabo, globina
prodora do 0,5 cm.
Aplikacira se na z alkoholom ali etrom očiščeno kožo. 10-20% bolnikov na lasersko terapijo
ni odzivnih. Obstaja nevarnost za poškodbe oči bolnika in terapevta.
Biološki učinki:
• povečana sinteza kolagena
• pospešeno celjenje tkiv
• pospešena regeneracija živcev
• zmanjšanje bolečine in otekline
7
Low-level laser therapy (LLLT, photobiomodulation, cold laser therapy, laser
biostimulation) je medicinska metoda, ki uporablja laser ali LED svetlobo nizkih energij za
stimulacijo celičnih funkcij. Metoda še ni splošno priznana kljub temu, da dokazano zmanšuje
bolečine v vratu, pospešuje zdravljenje vnetij in pomaga pri zdravljenju osteoarhritisa (bolezen
sklepov).
Valovna dolžina laserske svetlobe določa globino penetracije v tkivu. Rdeča in infrardeča
laserska svetloba (800nm+) prodira globje in je zato primerna za obsevanje akupunkturnih
točk in globjih poškodb tkiva. Vidna valovna dolžina (800nm-) ne vdre tako globoko v tkivo in
je zato bolj primerna za površinske rane.
Za svetlobo določene valovne dolžine je potrebno prilagoditi gostoto energijskega toka, da
na obsevanem tkivu dosežemo željene rezultate. Raziskave so pokazale da je za regeneracijo
tkiva najprimernejša gostota energije od 0,5 do 4 Joule/cm2.
Višje energije 8-12 J/cm2 imajo ravno tako lahko pozitivne terapevtske lastnosti vendar se
jih uporablja pri odpravi bolečin in pri problemih s kožo.
V začetni fazi je bilo precej problemov z doziranjem saj so sevalno dozo merili v Izhodni
moči [Watts] x čas [Seconds] a se je izkazalo, da na hitrost in kvaliteto zdravljenja zelo vpliva tudi
energijska gostota. V splošnem so težave s predoziranjem odpravili z manjšo močjo sevanja in
daljšim obsevnim časom.
Elektroterapija in LLLT sta pri fizioterapiji v pomoč pri odpravi bolečin ter za hitrejšo
obnovo tkiv poleg tega pa je v pomoč pri poškodbah vezi, ligamentov in mišic. Večje mišice se
zdravijo s pomočjo mrežnih vzorcev, kjer serije točk na telesu obsevajo določen čas.
Odprte rane se s pomočjo laserske terapije hitreje celijo. Uporablja se laser z 1-4 J/cm2 in
mrežno serijo obsevanj z 1 cm2 velikim delom mreže. V splošnem večja homogenost obsevanja
prinaša boljše rezultate zato fizioterapevti namesto strogega sledenja mreži poizkušajo z lastnim
občutkom prilagoditi sevalno dozo na določenem mestu.
Za optimalno hitrost zdravljenja je laserska terapija prvi teden lahko vsakodnevna, nato pa
se interval med obsevanji lahko podaljšuje (glede na napredek). Skupna doza naj ne bi presega 100200J na seanso. Doza laserskega sevanja je kumulativna zato predoziranje s prevelikimi dozami ali
prepogostimi obsevanji ne dosega najboljših rezultatov.
8
Elektroterapija
Izraz elektroterapija se nanaša na več različnih terapij. Od stimulacije mišic z električnim
tokom, preko DBS terapije za zdravljenje nevroloških bolezni, pa vse do pristopov alternativne
medicine. V nadaljevanju se bomo osredotočili le na uporabo elektroterapije v fizikalni medicini,
točneje na metodo TENS (Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation).
TENS je metoda za lajšanje bolečin, ki temelji na stimualciji senzoričnega živčevja. Pri tej
metodi se uporabljajo valovi škatlaste oblike, z amplitudo do 80mA trajanjem posamičnega pulza
med 40 in 250us in frekvenco med 2 in 200Hz. Kot pri vseh ostalih metodah, se tudi pri metod
TENS izogibamo enosmernemu toku, saj le ta povzroči nezaželeno in dražljivo nabiranje
elektrolitov ob elektrodi.
Metoda deluje na dveh ločenih principih, in sicer na principu blokiranja prenosa bolečine in
na principu sproščanja endogenih opioidov. Pri principu blokiranja prenosa bolečine, obolelo mesto
stimuliramo z višjimi frekvencami (80-130Hz), pri tem se stimulirajo 'Aβ' čutilne tkiva s čimer se
zmanjša prenos signalov po hrbtenjači ter posledično občutek bolečine. Pri metodi sproščanja
endogenih opioidov pa stimuliramo obolelo mesto z nižjimi frekvencami (2-5Hz). Pri tem se
stimulirajo 'Aδ' čutilne tkiva, kar v telesu povzroči nastajanje endogenega opioida encepalina. Ta
zmanjšuje občutljivost na bolečino.
Viri
[1] J.A. Delisa , Physical Medicine & Rehabilitation: Principles and Practice 4th edition,
(Lippincott Williams & Wilkins, 2005 )
[2] W. K. Frontera, J. K. Silver, Essentials of physical medicine and rehabilitation, (Hanley &
Belfus, Philadelphia, 2001)
[3] R. K. Hobbie , B. J. Roth , Intermediate Physics for Medicine and Biology 4th edition, (Springer,
2007)
[4] www.medicina.hr/studenti/download/fizikalna_medicina.pdf (10.5.2010)
[5] en.wikipedia.org/ (10.5.2010)
[6] http://www.electrotherapy.org/ (10.5.2010)
9