Elektroterapijadr.sc. Robert Beuc

Fizika

Studij Fizioterapije

1

2

Malo povijesti

Klasifikacija elektroterapijskih postupaka

Galvanizacija

Elektrostimulacija

http://www.electrotherapymuseum.com/

3

Povijest elektroterapija• Elektroterapija se primjenjuje više

od dvije tisuće godina. Najstariji“elektroterapijski uređaj”, ribadrhtulja (torpedo marmorata) kojaproizvodi napone od nekolikodesetaka volta za omamljivanjeplijena.

• Opažanjem fiziološkog djelovanjapri elektrostatičkom pražnjenu u18. st. su se počeli primjenjivatielektrostatički uređaji. Na slicilijevo: stroj za proizvođenjestatičkoga elektriciteta

4

• Indukcijski uređaj za faradizaciju (kraj 19. st.)

• Elektroterapijski uređaj za elektrostimulaciju (1930-e godine)

• Elektroterapijski uređaj za elektrostimulaciju (1970-e godine)

5

ELEKTROTERAPIJSKI UREĐAJI

• Elektroterapijski uređaji – elektronički uređaji

namijenjeni medicinskoj terapiji.

• Nazivaju se :

– prema terapijskim postupcima

– po izumiteljima

6

Uređaji nazvani po izumiteljima

franklinizacija – primjena elektrostatičkih pražnjenja preko pacijenta (nazvana po Benjaminu Franklinu)

galvanizacija – primjena istosmjerne stalne struje izravnim spajanjem pacijenta u strujni krug (nazvana po Luigiu Galvaniju)

faradizacija – primjena niskofrekvencijskih struja, prvotno proizvođenih induktorima, izravnim spajanjem pacijenta u strujni krug (nazvana po Michaelu Faradayu)

neofaradizacija – primjena niskofrekvencijskih struja proizvođenih prekidnim uređajima ili multivibratorima

teslinizacija – primjena visokofrekvencijskih strujaproizvođenih Teslinim transformatorom, stavljanjempacijenta u električno polje (nazvana po Nikoli Tesli),

darsonvalizacija ili arsonvalizacija – postupak sličan teslinizaciji, spajanjem pacijenta preko vodljivoga kista ili staklene elektrode s razrjeđenim plinom (nazvana po Arsènu d’Arsonvalu).

7

Elektroterapijski postupci

elektrostimulacija – primjena izmjeničnih struja ili niza impulsa različitih oblika i frekvencija, spajanjem pacijenta izravno u strujni krug

dijatermija ili progrijavanje – primjena toplinskoga učinka visokofrekvencijskih struja, većinom stavljanjem pacijenta u elekrična, magnetska ili elektromagnetska polja

ultrazvučna terapija – primjena ultrazvuka izravno na pacijenta

laserska terapija – primjena usmjerenog svjetlosnoga snopa ozračivanjem pacijenta

8

• Model donošenja kliničke odluke

– Svi postupci elektroterapije vezani se uz dovođenje energije u organizam

– Energija uzrokuje jednu ili više fizioloških promjena

– Fiziološke promjene dovode do terapeutskog učinka

9

Dva su različita elektroterapeutska modaliteta vezana uz predaju energije stanici

U prvom pristupu dovodi se energija veda od energije membrane, te se membranu prisili da mijenja svoje ponašanje.

Drugi pristup je dovođenje membrani male energije koja je samo “poškaklja”. To škakljanje membrane pobuđuje membranu, a time i cijelu stanicu. Pobuđena stanica obavit de željeni fiziološki proces, često bolje i jače nego pri tretmanu sa velikim intenzitetom.

Pri kliničkom odabiru doze, potrebno je voditi računa o optimalnim “prozorima” u grafu frekvencija i amplituda primijenjene energije.

10

Svaka živa stanica ima potencijal membrane (oko -70mV). Unutrašnjost stanice je negativna u odnosu na vanjsku površinu.

Potencijal membrane stanice je jako je vezan uz transportna svojstva membrane.

Vedina čestica koje prolaze kroz membranu su ioni.

Ako se gibanje nabijenih čestica kroz membranu mijenja, mijenjat de se i potencijal membrane.

Ako se potencijal membrane mijenja , mijenjat de se i protok nabijenih čestica kroz membranu.

11

GALVANIZACIJA

Galvanizam – prvotno naziv za elektricitet

biokemijskih reakcija, po Luigiju Galvaniju (1754. –

1798.), tal. Fiziologu, koji ga je opazio na trzanju žabljih

krakova. Zadržao se u nazivima galvanska struja,

galvanizacija, galvanoskop, galvanometar.

Galvanska struja – električna struja iz kemijskih

izvora (istosmjerna struja, stalne jakosti).

Galvanizacija – primjena galvanske struje u medicini i

tehnici.

12

UREĐAJ ZA GALVANIZACIJU

Terapijska galvanizacija – primjena galvanskih struja

u terapiji.

Napon – najviše do 80 V (niži od → donje granice

smrtne opasnosti).

Struje – gustoće struja manje od 1 mA/cm2 (slabije od

→ podražajnih struja).

Spajanje pacijenta – vodljivim elektrodama,

stavljanjem na navlaženu kožu (→ površinska otpornost

kože).

13

UREĐAJ ZA GALVANIZACIJU

Shema uređaja za galvanizaciju

14

UREĐAJ ZA GALVANIZACIJU

Gustoća struje J ovisi o ukupnoj jakosti struje Iu i

ploštini elektrode S

J = Iu/S,

uobičajena jedinica je miliamper po četvornom

centimetru (mA/cm2).

Primjer: Iu= 15 mA, elektroda 5 cm × 20 cm

J = 15 mA/100 cm2 = 0,15 mA/cm2

15

ELEKTRODE ZA GALVANIZACIJU

Stavljanje elektrode na kožu Raspored elektroda na tijelu:

a) poprečni, b) uzdužni,

c) dijagonalni,

d) aktivna i pasivna elektroda

16

ELEKTRODE ZA GALVANIZACIJU

Primjer rasporeda elektroda pri

tzv. silaznoj galvanizaciji

(anoda (+) bliža središnjem

živčanom sustavu)

17

PRIMJENA GALVANIZACIJE

Pacijent se uvijek uključuje pri naponu U = 0 !

Nakon spajanja pacijenta u strujni krug napon sepostupno podiže do postizanja praga podražajnihstruja.

Na kraju terapijskog postupka napon se postupnosnižava do U = 0, i tek se tada pacijent isključuje izstrujnoga kruga!

Pozor! Spontanim vlaženjem kože otpor se kožemože znatno smanjiti, i tako znatno porasti strujakroz pacijenta!!!

18

UREĐAJ ZA GALVANIZACIJU

Uređaj za galvanizaciju vrlo se rijetko izrađuje sam,većinom je sastavni dio drugih uređaja.

Primjena galvanizacije –

19

• Galvanoplast –galvanski flaster

• Struja 10 mA

• Tretman 2-3 dana

20

UREĐAJ ZA STIMULACIJU

Terapijska elektrostimulacija (lat. stimulare, poticati)

– primjena niskofrekvencijskih struja za

podraživanje mišića.

Primjenjuju se izmjenične struje, nizovi impulsa,

impulsi modulirani izmjeničnim strujama.

Frekvencije su nekoliko stotina herca do nekoliko

kiloherca.

Naponi su za postizanje struja od nekoliko desetaka

miliampera.

21

OBLICI IMPULSA ZA STIMULACIJU

Najčešći oblici impulsa za elektrostimulaciju

22

UREĐAJ ZA STIMULACIJU

Shema uređaja za elektrostimulaciju

23

TENSTranscutaneuous Electrical Nerv Stimulation

24

Tradicionalni visoko frekventni (90-130 Hz) mod, efektivno vrijeme 30 min

Akupunkturni mod, na niskim frekvencijama ali puno vedi intenziteti pulsova nego u tradicionalnom TENS

“Burst” mod, pulsovi dolaze u grupama, sprječava se akomodacija živaca

Modulirani TENS, za uklanjanje akutne boli, visoka frekvencija ali promijenljiva, pulsevi mogu biti dosta široki, velikikintenzitet

25

IFTInterferencijska terapija

• Osnovni princip Interferencijske terapije (IFT) je iskoristiti jaki fiziološki efekt nisko frekventne elektrostimulacije (manje od 250 pulsova po sekundi) na živac, bez pratedih bolnih i neugodnih efekata vezanih uz niskofrekventne stimulacije

26

■ Da bi se dobio nisko frekventni fiziološki efekt željenog intenziteta u dubini tkiva, pacijenti su izloženi značajnoj nelagodi na koži.

■ Impedancija kože obrnuto je proporcionalna frekvenciji stimulacije. Impedancija kože na 50 Hz je približno 3200 W, dok je pri 4000 Hz približno 40 W.

■ Ako snizimo frekvenciju stimulacije povedamo otpor za prijelaz kroz kožu, pa se osjeda veda nelagoda pri prodiranju struje duboko u tkivo.

■ Kod primjene više frekvencije struja de mnogo lakše, pa time i bezbolnije dopirati duboko u tkivo.

27

Dosadašnja praksa ne zna mnogo o fiziološkom djelovanju struja srednjih frekvencija (1KHz-100KHz). Za sada se smatra da je njihov efekt na stimulaciju živaca zanemariv.

Interferencijska terapija koristi dvije izmjenične struje bliskih frekvencija, koje prolaze istovremeno kroz tkivo, a njihovi putovi se križaju te one slikovito rečeno interferiraju.

28

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

3

2

1

1

2

F1

F2

F1+F2

t (s)

• Interferencija stvara frekventne udare koji imaju slično djelovanje na stimulaciju živaca kao i nisko frekventna struja.

29

Točna frekvencija rezultantnih frekventnih udara može se kontrolirati ulaznim frekvencijama

Ako je jedna struja na 4000 Hz, a druga na 3900 Hz, frekventni udari de se dešavati učestalošdu od 100 Hz, modulirani oscilacijama na 3950 Hz

Veličina amplitude nisko frekventne interferencijske struje je približno jednaka zbroju amplituda pojedinih visokofrekventnih struja.

Umjesto ITF stimulacija sa 4 elektrode i dvije struje, moguda je stimulacija sa 2 elektrode i jednom strujom, gdje je umjesto u tkivu, interferencija postiže elektronički u uređaju za elektrostimulaciju.

Nisu znane fiziološke razlike u primjeni IFT sa 2 ili 4 elektrode.

30

• Živci akomodiraju na konstantan signal, te se često koristi postepena promjena frekvencije da bi se izbjegla akomodacija.

• Klinički je ustanovljeno da je trokutna promjena frekvencije učinkovita.

• Pravokutna i trapezna promjena frekvencije su još uvijek objekt kliničkih istraživanja.

31

Klinička primjena IFT

• Smanjivanje boli

• Stimulacija mišida

• Poboljšanje lokalnog protoka krvi

• Smanjivanje edema

• U vedini kliničkih slučajeva tretman traje 5-10 min, a vrlo rijetko 20-30 min.

32

UNIVERZALNI UREĐAJ

Izgled univerzalnog uređaja za galvanizaciju i elektrostimulaciju

33

UREĐAJ ZA STIMULACIJU

Primjena elektrostimulacije

34

PRIJENOSNI UREĐAJ ZA STIMULACIJU

Uređaj za rehabilitaciju mišićja

35

To je sve za danas!!!

Slijedeći put o uređajima

za dijatermiju

Jakobović, Z.: Fizika i elektronika - odabrana poglavlja za studije Visoke

zdravstvene škole. Zagreb: Visoka zdravstvena škola, 1997.

Ilustracije i ideje uglavnom posuđene iz slijedećih izvornika:

36

Elektroterapija 2

Fizikalna terapija visokih frekvencija

Kratkovalna dijatermija

Induktometrija

Mikrovalna dijatermija

http://www.electrotherapymuseum.com/

37

MEDICINSKA DIJATERMIJA

Terapijska dijatermija (grč. dia – thermos,

progrijavanje) – primjena električnih struja ili

električnih, magnetskih i elektromagnetskih polja za

progrijavanje dijelova ljudskoga tijela.

Danas se primjenjuju:

- krakovalna dijatermija

- mikrovalna dijatermija

38

MEDICINSKA DIJATERMIJA

Dijatermija se obavlja na frekvencijama određenim

međunarodnim dogovorima i državnim zakonima.

Od niza frekvencija namijenjih za industrijsku,

znanstvenu i medicinsku dijatermiju, u medicinske se

svrhe većinom primjenjuje:

kratkovalna dijatermija na:

f = 27,120 MHz (λ ≈ 11 m)

mikrovalna dijatermija na:

f = 2,450 GHz (λ ≈ 12 cm)

39

Uzroci dubinskog zagrijavanja tkiva kod primjene struja visoke frekvencije su:

• gibanje iona u izmjeničnom električnom polju

• vrtložne struje (Foucaltove struje)

• dielektrični gubici u tkivu velike otpornosti

40

Kratkovalna dijatermija

• Elektrode su izolirane od tijela

• U ekvivalentnom krugu elektrode imaju samo kapacitivni otpor

41

• Samo izmjenična komponenta struje prolazi kroz tkivo• R i C su karakteristični otpor i kapacitet tkiva• Što je frekvencija izmjenične struje veda to su kapacitivni

RC1,RC2 i RC otpori manji• Unutar otpora R struja se održava gibanjem aniona i kationa u

promjenljivom e.m. polju.• Struja kroz otpor R dovodi do zagrijavanja tkiva

C1, RC1 C2, RC2

R

C,Rc

42

INDUKTOMETRIJA

• Zagrijavanja tkiva vrtložnim (Foucaultovim) strujama• Dio tijela nalazi se unutar zavojnice spojene na izmjenični

napon.• Izmjenično magnetsko polje zavojnice (u skladu sa

Faradayevim zakonom) inducira promjenljive elektromotorne sile u tkivu.

• Električna polja uzrokuju vrtložno gibanje kationa i aniona unutar tkiva, što dovodi do zagrijavanja tkiva i povedanja unutrašnje energije DU.

• s je vodljivost tkiva, w frekvencija izmjenične struje, Befektivno magnetsko polje.

• Primjena induktometrije

43

44

• Dielekrični gubitci u izmjeničnom električnom polju su uzrok zagrijavanja tvari.

• Električni dipoli se nastoje orijentirati u smjeru električnog polja.

• U promjenljivom električnom polju dipoli mijenjaju orijentaciju, pa trenje između dipolnih molekula i viskozne okoline zagrijava tkivo.

• Povedanje unutrašnje energije je proporcionalna permitivnosti tkiva ete umnošku kvadrata frekvencije električnog polja w i kvadrata efektivne jakosti električnog polja E.

45

UREĐAJ ZA KRATKOVALNU DIJATERMIJU

Shema uređaja za kratkovalnu dijatermiju

46

UREĐAJ ZA KRATKOVALNU DIJATERMIJU

Osnovni podatci:

frekvencija oscilatora 27,12 MHz

ulazna snaga oko 700 VA

izlazna snaga oko 400 W

Namještanje:

izbor elektroda (ručno)

položaj elektroda (ručno)

trajanje (uklopnim satom)

izlazna snaga (promjenljivim kondenzatorom)

47

ELEKTRODE ZA KRATKOVALNU

DIJATERMIJU

Elektrode za kratkovalnu dijatermiju, a) pločasta kruta elektroda,

b) pločasta savitljiva elektroda, c) mala zavojnica (tzv. monoda)

48

UREĐAJ ZA KRATKOVALNU DIJATERMIJU

Raspored apsorbirane energije u tkivima, a) pri kratkovalnoj

dijatermiji u električnom polju, b) u magnetskom polju, c) pri

mikrovalnoj dijatermiji

49

Pulsed Shortwave Therapy (PSWT)Pulsna kratkovalna terapija

• 27.12 MHz izlaz je pulsiran učestalošdu 26-800 pps, a trajanja pulsova su 20-400ms

50

UREĐAJ ZA KRATKOVALNU DIJATERMIJU

Uređaj za

kratkovalnu

dijatermiju

51

UREĐAJ ZA KRATKOVALNU DIJATERMIJU

Primjena kratkovalne

dijatermije na pacijentu

52

Mikrovalna dijatermija• Decimetarsko i mikrovalno područje frekvencija iznad 1

GHz

• Bolesnik nije dio strujnog kruga, ved je izložen elektromagnetskim valovima

• Zagrijavanje tkiva je posljedica apsorpcije fotona mikrovalnog zračenja, koja je opisana Beer-Lambert-Bouegerovim zakonom

• I je intenzitet na udaljenosti x od površine tijela, Io je upadni intenzitet, a je koeficijent apsorpcije koji je ovisan o tipu tkiva.

53

Mikrovalni fotoni se znatno manje apsorbiraju u masnom tkivu nego u mišidnom

Upadni fotoni lako prodiru kroz površinski masni sloj, a gotovo potpuno se apsorbiraju u mišičinom tkivu na 3-6 cm od površine tijela.

Mikrovalnom dijatermijom nije mogude dubinsko zagrijavanje tkiva.

Na graničnim slojevima između dvaju tkiva dolazi do refleksije valova, stvaranja stojnih valova, što pospješuje lokalno zagrijavanje tkiva.

54

MIKROVALNA DIJATERMIJA

Osnovni podatci:

frekvencija oscilatora 2,45 GHz

ulazna snaga oko 800 VA

izlazna snaga oko 100 do 250 W

(impulsno do 1500 W)

Namještanje:

zračilo (ručno)

položaj zračila (ručno)

trajanje (uklopnim satom)

izlazna snaga (programom)

55

Shema uređaja za mikrovalnu dijatermiju

56

• Magnetron je mikrovalni oscilator velike snage• Dioda sa cilindričnom katodom simetrično okružena anodom

smještena u vanjsko magnetsko polje koje je paralelno osi diode.

• Katoda se žari da bi bila izvor elektrona• U anodi se nalaze rezonantne šupljine• Elektroni predaju u rezonantnoj šupljini dio kinetičke energije

anodi• Sa jedne od šupljina, koaksijalnim kablom se visokofrekventni

signal odvodi na antenu (zračilo)

Presjek magnetrona, elektronske

cijevi u kojoj nastaju električni

titraji vrlo visokih frekvencija

57

Zračilo (antena) zrači elektromagnetske valove

Metalni reflektor oko antene svojim oblikom definira geometriju mikrovalnog snopa a time i primjenu terapije.

Energija mikrovalova koji dolaze do bolesnika ovisi o: snazi uređaja veličini i građi reflektora udaljenosti reflektora od tijela

Sa udaljenošdu zračila od tijela intenzitet zračenja opada kvadratično, a ozračena površina raste.

U području ozračivanja ne smiju biti metalni predmeti u bolesniku, kao ni metalni dijelovi stolice ili ležaja na koje je bolesnik smješten.

58

• Mikrovalne pednice 2.45 GHz

• Mobilni telefoni 1, 2, 2.75, 3, 4 GHz

59

UREĐAJ ZA MIKROVALNU DIJATERMIJU

Uređaj za mikrovalnu

dijatermiju

60

UREĐAJ ZA MIKROVALNU DIJATERMIJU

Primjena mikrovalne dijatermije na pacijentu

61

Ultrazvuk

Što je zvuk

Osnovne karakteristike zvuka

Uređaj za terapiju ultrazvukom

Učinci ultrazvuka na organizam

Primjena ultrazvuka

62

Valovi

Karakteristika mehaničkog valnog gibanja je transport energije kroz materiju bez transporta same materije.

Transverzalni valovi su oni valovi kod kojih se materija (medij) kroz koju val prolazi, giba (titra) okomito na smjer gibanja vala.

Longitudinalni valovi su oni valovi kod kojih se materija (medij) kroz koji val prolazi, giba (titra) paralelno smjeru gibanja vala.

63

Zvuk

Zvučni val je longitudinalni val, koji nastaje zbog mehaničkog titranja izvora.

Ako se titranje izvora može opisati sinusnom funkcijom onda se takvo titranje naziva harmonijsko.

64

Zvučni tlak p je razlika ukupnog i atmosferskog tlaka i prikazuje se kao sinusna funkcija vremena:

65

Širenje zvučnih valova predstavlja periodičnu promjenu u gustodi tvari kroz koju val prolazi.

Brzina prostiranja zvuka v u čvrstim tijelima ovisi o Youngovom modulu elastičnosti Y i gustodi tvari r

Brzina prostiranja zvuka u plinu je:

R je plinska konstanta, M molekulska masa plina, T je temperatura, g konstanta koja ovisi o molekulama

66

Brzina širenja vala v ovisi o napetosti žice T, duljini žice L i masi žice m.

Valna duljina l i frekvencija f zvučnog vala povezani su relacijom:

v = f l

Osnovna frekvencija titranja, stojni val

67

Neka svojstva zvuka i izvora zvukaRealni zvuk se sastoji od osnovnog i viših harmonikaAmplitude harmonika su različite Različiti izvori zvuka imaju različitu raspodjelu amplituda

harmonika, pa po tome možemo razlikovati zvuk npr.: ljudskog glasa, automobila, violine …

Intenzitet zvuka je proporcionalan kvadratu frekvencijeI = a f2

Intenzitet zvuka opada sa kvadratom udaljenosti od izvora

68

Akustična impedancija (zvučni otpor) Z ovisi o gustodi sredstva r i brzini prostiranja zvuka v :

Z = r v

Intenzitet zvuka I je energija zvučnih valova koja prolazi kroz jediničnu površinu u jedinici vremena i mjeri se u Wm-2

Intenzitet je određen zvučnim tlakom i zvučnim otporom:

69

Intenzitet zvuka

Prag čujnosti Io = 10-12 W/m2

Promjena tlaka na pragu čujnosti po =2 10-5 Pa

Uobičajeno je intenzitet zvuka izražavati u decibelima (dB)

http://www.phys.unsw.edu.au/jw/hearing.html

70

ULTRAZVUK

Infrazvuk f<16 Hz Zvuk 20 < f < 20000 Hz Ultrazvuk f >20 kHz

Ultrazvuk se proizvodi elektroničkim uređajem, oscilatorom određene frekvencije, koji električna titranja visoke frekvencije pretvornikom prevodi u mehanički oblik. Ultrazvučni pretvornici su

piezoelektrični kristali (npr. kremen, SiO2) za više frekvencije,magnetostrikcijski materijali (nikl i slitina željeza i nikla) za nižefrekvencije.

71

Piezolektrični kristali upotrebljavaju se kao

titrajni sklopovi u elektroničkim oscilatorima,

pretvornici mehaničkih titraja u električne (kristalni mikrofoni),

pretvornici električnih titraja u mehaničke (kristalne slušalice, kristalni zvučnici, ultrazvučni pretvornici).

Znak i nadomjesna shema piezoelektričnoga kristala

72

Piezoelektrična pojava neki kristali izloženi deformacijama polariziraju suprotne plohe.

Obratno, takvi kristali u električnom polju deformiraju se.

Izloženi izmjeničnim električnim poljima titraju u ritmu promjena električnoga polja, osobito izrazito ako su im izmjere u nekom skladu s valnom duljinom titraja.

Model nastajanja nabijenih suprotnih ploha

deformiranjem piezoelektričnoga kristala, a) osnovni

kristal, b) i c) tlačeni kristal

73

UREĐAJ ZA TERAPIJU

ULTRAZVUKOM

74

UREĐAJ ZA TERAPIJU ULTRAZVUKOM

Frekvencija ultrazvuka:

1 MHz (nekada se rabila samo u Europi)

3 MHz (nekada se rabila samo u SAD)

Aktivna ploština ultrazvučne glave:

velika glava (za šire područje) 5 cm2

mala glava (ciljana primjena) 0,5…0,8 cm2

Plošna gustoća snage:

za kontinuiranu primjenu 1,5…2 W/cm2

za impulsnu primjenu do 3 W/cm2

frekvencije impulsa , npr. 16, 48, 100 Hz

75

PRETVORNIK ZA TERAPIJU

ULTRAZVUKOM

Presjek ultrazvučnog pretvornika (tzv. ultrazvučna glava ili ultrazvučna sonda)

76

Na granici tvari koje imaju različiti zvučni otpor dolazi do refleksije zvuka kao i do refrakcije (loma)

Omjer intenziteta reflektiranog i transmitiranog zvuka na granici dviju tvari ovisi o njihovim zvučnim otporima.

Na granici zrak i koža dolazi praktično do potpune refleksije (99.999%) ultrazvučnog vala, te je zanemariv intenzitet UZ koji prodre u tkivo.

Zbog toga se koriste kontaktne tvari sa takvim zvučnim otporom da se postigne značajna transmisija na granici UZ sonda kontaktno sredstvo i na granici kontaktno sredstvo koža.

U tu svrhu može poslužiti voda, različita ulja, kreme i gelovi. Ta sredstva moraju imati značajnu viskoznost, a mali koeficijent

apsorpcije

77

• Pri prolazu kroz tkivo dio energije ultrazvuka se eksponencijalno apsorbira.

• Apsorpcija ovisi o vrsti tkiva i o frekvenciji terapijskog UZ

• Najvedi koeficijent apsorpcije imaju tkiva za velikom koncentracijom proteina

78

Utjecaj ultrazvuka na organizam

Djelovanje ultrazvuka na organizam se očituje na tri načina:

mehanički

toplinski

fizičko-kemijski

Posljednje dvije manifestacije djelovanja ultrazvuka mogu su posljedicom mehaničkog dijelovanja.

79

MEHANIČKO DJELOVANJE

Ultrazvuk može proizvesti lokalnu razliku tlakova i do 5˙105 Pa (atmosferski tlak 105 Pa) na razmaku od 1 mm.

Takva razlika tlakova može dovesti do kidanja elastičnog tkiva.

Kod manjih intenziteta i manjih razlika tlakova, djelovanje predstavlja unutrašnju mikromasažu koja povedava sposobnost regeneracije stanica i prokrvljenost tkiva.

Pri velikim razlikama tlakova, može u tjelesnim tekudinama nastati kavitacija. Kod velikih podtlakova nastaju zbog istezanja tekudine mjehuridi u kojima tekudina naglo isparava ili se oni pune plinovima. Pri pozitivno tlaku mjehuridi se naglo sabijaju i zagrijavanju što može dovesti do kidanja kemijskih veza.

Do kidanja veza u makromolekulama dolazi pri velikim frekvencijama ultrazvuka jer privlačne molekulske sile ne mogu izdržati brze i velike promjene tlaka duž molekulskih lanaca.

80

TOPLINSKO DJELOVANJE

Ultrazvuk je vrlo djelotvoran pri dubinskom zagrijavanju

Pri primjeni ultrazvuka postiže se vede zagrijavanje nego u slučaju kratkovalne dijatermije

Toplinska energija dobiva se:

apsorpcijom vala u tkivu

trenjem među česticama zbog promjenljive gustode okoline

nagomilavanjem energije u i na granicama tvari različitog zvučnog otpora, gdje nastaju refleksije

zbog kavitacije, što može biti vrlo opasno

81

FIZIČKO-KEMIJSKO DJELOVANJE

Korisne promjene pri umjerenom djelovanju ultrazvuka su:

poboljšavanje oksidacijsko-redukcijskih procesa

razvijaju se farmakološki aktivne tvari

povedava se pH vrijednost, što pospješuje smanjenje upala

cijepanje visokomolekulskih proteina što je povoljno pri izlječenju ožiljaka

Pri velikim dozama mogu se javiti negativne posljedice:

Sonoliza vode u kavitacijskim mjehuridima, te stvaranje slobodnih H+ i OH-

Zbog reakcije sa hidroksilnim radikalom može dodi promjene u DNK i drugih biomakromolekula

Daljnjom reakcijom mogu nastati molekulski kisik i vodikov peroksid, koji djeluju toksično u tkivu.

82

ULTRASONOFOREZA

Unošenje lijekova kroz neozlijeđena kožu pomodu ultrazvuka

Ultrazvuk povedava propusnost kože i staničnih membrana, što ubrzava difuziju lijekova kroz kožu.

83

UREĐAJ ZA TERAPIJU ULTRAZVUKOM

Uređaj za terapiju ultrazvukom

84

PRIMJENA TERAPIJSKOG ULTRAZVUKA

Ultrazvučna terapija

dodirom preko kontaktnog

sredstva

85

PRIMJENA TERAPIJSKOGA

ULTRAZVUKA

Ultrazvučna terapija

kroz vodu

86

UREĐAJ ZA TERAPIJU ULTRAZVUKOM

Primjena ultrazvučne terapije na pacijentu

Laseri i njihova primjena u medicini

Robert Beuc

Institut za fiziku, Zagreb

• Što je laser ?• Što je svjetlost ?• Kratka povijest lasera• Princip rada• Svojstva lasera• Vrste lasera

Laseri

Što je laser?

Light Amplification by Stimulated Emission of RadiationLight = svjetlost

Amplification = pojačavanje

Stimulated = potaknuto (stimulirano)

Emission = odašiljanje (emisija)

Radiation = zračenje

Pojačavanje svjetlosti potaknutim odašiljanjem zračenja

PSPOZ ili možda PSSEZ ili ...?

Svjetlost

Svjetlost je elektromagnetski val

Vidljivi dio spektra ~400-700nm

Lom svjetlosti

Spektar

Povijest lasera

1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Einstein predvidio

stimuliranu emisiju

Townes sagradio

prvi MASERSchawlow i Townes

predvidjeli LASER

Maiman napravio prvi

(ruby) LASER

Javan konstruirao

He-Ne laser

Faist sagradio kvantno

kaskadni laser

Nakamura napravio

plavu lasersku diodu

laser u tehnologiji

Nano-žica UCB

Alferov napravio

heterostrukturni laserCD player

IBM napravio laserski pisačHall sagradio

poluvodički laser

Spectra predstavila

Ti:Sapphire laserprvi komunikacijski sistem

zasnovan na optičkim vlaknima

(Chicago)

Apsorpcija Spontana emisija Stimulirana emisija

foton

1

2

Albert Einstein, On the Quantum Theory of Radiation,(1917)

Theodore Harold Maiman

Born Jul 11 1927

Ruby Laser Systems Laser

Patent Number(s) 3,353,115

T. H. Maiman

Nature, August 6, 1960, Vol. 187, No. 4736, pp. 493-494.

Kako napraviti laser?

Aktivni medij

Energijska pumpa

Optički rezonator

Dijelovi lasera

Princip rada lasera

Stimulirana emisija

svjetlosti

Stimulirana emisija fotona pomodu povratna zrcala uz prisutnu inverzijunaseljenosti stvara lavinu istovrsnih fotona

Svojstva Lasera

• spektralno široko• divergentno• teško fokusirati• nije jako intenzivno• nekoherentno

• monokromatsko• slabo divergira• može se precizno fokusirati• može biti vrlo intenzivno• prostorno koherentno• vremenski koherentno

Vrste laseraLaseri se dijele prema vrsti aktivnog medija, principu rada,

mogudnosti promjene valne duljine, načinu rada (pulsni ili

kontinuirani),...

Plinski laseri

HeNe, N2

CO2 10.6 μm,

Ar 488nm, 514.5nm, 453nm

Dye laseri (laseri s organskim bojama) 400-800nm

Poluvodički laseri (GaAlAs, GaN, InGaP) 400 nm-1.9 μm

Kristalni

Nd:YAG 1064 nm (Er:YAG, Ho:YAG)

Rubinski 694.3 nm

Ti:safir 690-1000 nm

Egzimerni (“hladni”, UV laseri)

KrF 248 nm , ArF 193 nm , XeCl 308 nm

Free-electron laseri

Laseri u medicini

Gdje se primjenjuju ?

Kako odabrati laser?

Neki primjeri

OOftamologija Korekcija vida Karcinom retine Korekcija ablacije retine Kontrola vida

Kardiologija Revaskularizacija miokarda pulsnim egzimerskim laserom

Neurologija Razbijanje krvnog ugruška kod moždanog udara ( optička vlakna)

Dermatologija Uklanjanje dlaka (700-1000 nm) Izglađivanje kože (3-10 µm) Uklanjanje vaskularnih i pigmentiranih lezija (532-600 nm)

Otorinolaringologija Lasersko preoblikovanje uvule mekog nepca Karcinom larinksa Uklanjanje kamenca slinovnica

Dijagnostika Spektroskopija u rezonatorskoj šupljini Optička tomografija Holografija

UsmjerenostMonokromatičnostKontrolirana snaga

Laser kao precizni skalpelApsorpcija svjetlostiAblacija tkivaVelika snaga lasera

Terapeutska ulogaFotokemijske reakcije

Dijagnostika

Odabir valne duljine laseraovisan o vrsti tkiva na koje se djeluje

O fokusiranju lasera ovisi jačinaintervencije na tkivu

Korekcija vida

Normalno fokusiranje

Myopia (kratkovidnost)

Hyperopia (dalekovidnost)

Astigmatizam

Presbyopia (zrele godine)

Myopia: fokalna duljina je prekratka, R1 je premali, zaravnati rožnicu

P = ___ = (n-1) (___ )1 1 f R1

Korigirani radius zakrivljenosti

original

stepenasti pulsevi (10 Hz)

Centar je više ablatiran

UV 193 nm egzimer laser

Kida molekularne vaze

Ablatira rožnicu bez

zagrijavanja

Hyperopia: fokalna duljina je prevelika

Manja ablacija u centru

Korigirani oblik

original

P = ___ = (n-1) (___ )

1 1

f R1

LASIKLaser In-Situ Keratectomy

Snimljenaoperacija

Animacija

Koronarna kirurgijaRevaskularizacija miokarda pulsnimegzimerskim laserom ( Nd:YAG laser 2.1 µm)izbuši se 20-40 kanala u zidu srčanog mišida

Za terminalnu fazu koronarne bolesti i anginu pektoris, alternativa koronarnom bypassu i angioplastici:

Neinvazivna revaskularizacija miokarda

Pacijent je pod lokalnom anestezijom, svjetlost lasera seoptičkim vlaknom dovodi u lijevu klijetku

Perkutana transluminalnarevaskularizacija srčanog mišida

Dermatologija

Periorbitalno kozmetičko izravnavanje kože

Uklanjanje pigmentiranih lezija

Otorinolaringologija

Premaligna lezija mandibularne gingive

Uklanjanje kamenacažlijezda slinovnica

Lasersko preoblikovanje uvulemekog nepca, kod ljudi kojiimaju problema sa hrkanjem

Bušenje zubafemtosekundnim laserom

Tretman karcinoma larinksa

Stomatologija

Dijagnostika

Optička tomografija

• Fotomedicina je “primjena crvenog i blisko infracrvenog zračenja na ugrožena područja tijela kao što su rane, artritička područja, lakat, vrat pogođena boli, sa nakanom da stimulira zacjeljivanje i smanji bol" bez izazivanja dodatnih pojava ili posljedica.

Fotomedicina

Prva laserska terapija niskog intenziteta primijenjena je 1962. Krajem šezdesetih Endre Mester u Mađarskoj, objavio je rezultate o poboljšanom liječenju povredaprimjenom laserskog zračenja niskog intenziteta

Od tada znanstvenici i liječnici po cijelom svijetu koriste lasersko svijetlo u liječenju čitavog niza zdravstvenih poremedaja bolesnika različitih uzrasta.

Terapija laserom niskog intenziteta zračenja LLLT (Low-level laser therapy) koristi osvjetljavanje crvenim i blisko-infracrvenim laserskim svjetlom povreda ili rana, da bi se time poboljšalo liječenje mekog tkiva i olakšala akutna ili kronična bol.

LLLT koristi hladno (subtermalnu) lasersko zračenje da bi usmjerila bio-stimulativnu svjetlosnu energiju u stanice tijela bez povreda i razaranja.

Terapija je precizna i točna, te pruža efektivan i siguran tretman u širokom rasponu slučajeva.

Snaga laserskog zračenja koja se primjenjuje u LLLT je u rasponu između 1 i 500 mW , dok se za operativne zahvate koriste snage između 3000 i 10000 mW.

Tipične valne duljine lasera. λ = 635, 785, 808 i 905 nm)

GaAlAs (λ830nm, 35mW)

InGaAlP (λ685nm, 50mW

He/Ne-lasers (632.8nm)

CO2 10,600 nm.

LLLT pružaju tijelu energiju u obliku ne-termalnih fotona. Svjetlo prolazi kroz slojeve kože (dermis, epiderm i potkožno tkivo ili masno tkivo) pri svim valnim duljinama vidljive svjetlosti. Međutim , svjetlosni valovi u bliskom infracrvenom području prodiru mnogo dublje u tkivo nego vidljiva svjetlost.

Kada lasersko zračenje prodire dublje u kožu ono optimizira imunološki odgovor krvi što ima i anti-upalni efekt.

Činjenica je da svjetlost, na taj način propuštena u krv, ima pozitivni utjecaj na čitavo tijelo, potičudi povedan dotok kisika i energije do tjelesnih stanica.

Fiziološki efekti LLLT-a

Bio-stimulacija

poboljšani metabolizam cijelog organizma

Pojačanje staničnog metabolizma

Poboljšanu cirkulaciju krvi i vazodilataciju

Analgetički efekt

Anti-upalni i anti-edematički efekt

Stimulacija zacijeljivanja rana

Uklanja akutne i kronične boli

Pojačava opskrbu krvi

Stimulira imunološki sistem

Stimulira funkcije živaca

Razvija kolagen i mišično tkivo

Pomaže stvaranju zdravih stanica i tkiva

Utječe na brže zarašdivanje rana i zgrušavanje

Smanjuje upale

Artritis

Migrena

Križobolja

Ponavljane povrede

Karpalni sindrom

upala tetiva

Uganuda i istegnuda

Teniski lakat

Golferski lakat

Post-operativne rane

Otekline

Opekline

Dekubitus

Herpes simplex

Akne

Kronične i akutne bolesti

Terapija sinusa

prije nakon

Laserska terapija niskog intenziteta za odvikavanje od pušenja zasniva se na principima sličnim 5,000 godina starom umijedu drevne Azije liječenja akupunkturom.

Akupunktura reducira napetosti, pojačava cirkulaciju te omogučava da se tijelo dublje relaksira.

Primjena lasera niskog intenziteta je ne-invazivna metoda koja se koristi da uravnoteži protok između akupunkturnih točaka.

LLLT pribor

19 Diodni klaster Dizajniran je za tretman kože, mišida tetiva i ligamneata.

200mW 810nm Laser Za smanjivanje boli i dubokih mišidno skeletnih poremedaja

Conduction Point Locator Locira područja niske električne vodljivosti koja precizno indiciraju specifične točke za uklanjanje boli

zrake smrtiili

zrake života

126

UNIVERZALNI UREĐAJI

Mnogi su današnji uređaji dijelom terapijski, a dijelom

dijagnostički.

Terapijski dio sadržava uređaj za

galvanizaciju,

elektrostimulaciju,

uređaj za TENS (prema engl. transcutaneous electrical nerve

stimulation, transkutana električna živčana stimulacija –

liječenje boli elektrostimulacijom,

ultrazvučnu terapiju,

lasersku terapiju, i dr.

127

UNIVERZALNI UREĐAJI

Dijagnostički dio sadrži uređaj za

elektromiografiju (EMG), određivanje I/t-krivulje,

mjerenje struje reobaze (struje tijekom krvnoga impulsa),

vremena kronaksije (najkraćeg vremena podraživanja živaca),

koeficijenta prilagodbe (opuštanja mišića) i dr.

128

UNIVERZALNI UREĐAJI

Univerzalni uređaj za galvanizaciju, elektrostimulaciju, ultrazvučnu terapiju i lasersku terapiju

129

UNIVERZALNI UREĐAJI

Univerzalnu uređaj za elektroterapiju

130

VIŠESTRUKI UREĐAJI

Uređaj za neovisnu istodobnu elektrostimulaciju dvaju pacijenata

131

PRIJENOSNI ELEKTROTERAPIJSKI UREĐAJ

Prijenosni uređaj za

elektrostimulaciju

132

ZAŠTITA OD SMETNJI

Mnogi su elektroterapijski uređaji izvori elektromagnetskoga zračenja u radiofrekvencijskom području, osobito uređaji za

kratkovalnu dijatermiju,

mikrovalnu dijatermiju,

ultrazvučnu terapiju.

Elektroterapijski uređaji koji smetaju okolnim uređajima ( radiokomunikacijskim, elektrodijagnostičkim, računalnim) moraju raditi u zaštidenim prostorijama, tzv. Faradayevoj krletci.

133

ZAŠTITA OD SMETNJI

Primjer smještaja elektroterapijskog uređaja u oklopljenu

prostoriju, uz primjenu filtara na svim vodovima koji ulaze u

prostoriju ili iz nje izlaze

134

To je sve za danas!!!

Slijedeći put biti će

zadnje predavanje i

zadnji potpis

Jakobović, Z.: Fizika i elektronika - odabrana poglavlja za studije Visoke

zdravstvene škole. Zagreb: Visoka zdravstvena škola, 1997.

Krilov D. Fizika s elektronikom za elektroterapeute, Medicinski fakultet, Zagreb,

1989.

http://www.electrotherapy.org

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html

http://www.physicsclassroom.com/

Ilustracije i ideje uglavnom posuđene iz slijedećih izvornika: