Аппаратов ультразвуковой терапии своими руками
За последние три десятилетия качество жизни многих пациентов с болезнью Паркинсона, тремором и другими расстройствами движения принципиально улучшилось
в связи с возобновлением использования инвазивных хирургических вмешательств, направленных на разрушение определенных структур головного мозга, а также применением глубокой стимуляции головного мозга (DBS). Одним из современных методов лечения лекарственно-устойчивого тремора и болезни Паркинсона является применение транскраниального фокусированного ультразвука под МРТ-контролем, в основе которого лежит использование ультразвуковых волн для локальной деструкции соответствующих мишеней в головном мозге без непосредственного хирургического вмешательства.
Этот «неинвазивный» метод обладает существенными преимуществами перед DBS в отношении возникновения побочных эффектов и таких технических сложностей, как например смена батареек в имплантируемых стимуляторах. Тем не менее, технология воздействия фокусированным ультразвуком также имеет определенные риски и ограничения в использовании, связанные как с характером поражения, так и с локализацией мишеней в головном мозге в каждом конкретном случае.
Что из себя представляет фокусированный ультразвук под МРТ-контролем (FUS) и как его использование было выделено в качестве терапии двигательных расстройств?
Фокусированный ультразвук – это современная малоинвазивная медицинская технология, используемая для ультразвуковой термодеструкции вещества головного мозга без разреза мягких тканей и костей черепа. Более 1000 ультразвуковых лучей фокусируются в конкретно заданной точке в веществе головного мозга, например, в базальных ганглиях, и создают в ней тепловую деструкцию. На протяжении всей процедуры пациент находится в сознании, а на 3-тесловом магнитно-резонансном томографе производится запись МР-термографии. Это позволяет непрерывно поддерживать нейровизуализационную и клиническую обратную связь с пациентом.
Первые экспериментальные работы по использованию ультразвука для локального разрушения определенных участков в веществе головного мозга берут свое начало еще с 50-х годов прошлого столетия. Широкое клиническое применение этой технологии в прошлом ограничивалось такими естественными свойствами ультразвука, как рассеяние и преломление. Впоследствии указанные технические проблемы были решены посредством интеграции звукопроводящих и анатомических характеристик костей черепа с довольно сложными компьютерными алгоритмами. Такой прогресс делает возможным точечное воздействие ультразвуком на конкретно намеченную мишень в головном мозге, что в свою очередь позволяет использовать данный метод в клинической практике.
Может ли технология фокусированного ультразвука в широком смысле заменить использование метода глубокой стимуляции мозга в лечении тех или иных двигательных расстройств?
Теоретически – да. На сегодняшний день фокусированный ультразвук уже использовался для лечения болезни Паркинсона, различных форм тремора, хореи и дистонии с воздействием на такие структуры, как таламус, бледный шар и субталамическое ядро. Но надо понимать, что у каждого способа лечения есть свои плюсы и минусы. Технология FUS все еще имеет определенные недостатки, в частности, она не подходит для использования у пациентов с высокой плотностью костной ткани, что препятствует прохождению ультразвука через кости черепа. Фокусированный ультразвук технически менее эффективен в тех случаях, когда мишень для деструкции располагается в отдалении от центральных структур головного мозга. Преимуществами метода глубокой стимуляции мозга являются также его регулируемость и обратимость, что полезно в проведении слепых контролируемых исследований. С другой стороны, необратимость эффекта применения FUS означает, что данный метод потенциально может привести к полному регрессу некоторых форм двигательных расстройств (например, фокальной дистонии в руке, писчего спазма и тд.). Все эти обстоятельства вызывают немало споров и дискуссий в научном сообществе, а вопрос о том, что же лучше – стимуляция или разрушение определенных структур мозга, – до сих пор остается открытым.
Каковы преимущества и недостатки использования фокусированного ультразвука перед методом глубокой стимуляции мозга?
Основное преимущество технологии FUS очевидно – это отсутствие хирургического вмешательства и всех вытекающих отсюда последствий: нет риска инфицирования, нет имплантатов, нет необходимости в программировании, а также нет постоянных переживаний пациента о том, исправно ли работает стимулятор. Все это позволяет значительно сократить длительность пребывания в больнице и облегчает послеоперационный восстановительный период в целом.
Главным недостатком фокусированного ультразвука является необратимость его эффекта, что при двустороннем воздействии на структуры-мишени в головном мозге сопряжено с высоким риском развития таких побочных эффектов, как нарушения ходьбы и речи.
Каковы перспективы использования технологий FUS и DBS в лечении двигательных расстройств?
В то время как DBS применяется для лечения двигательных нарушений уже в течении 30-40 лет, метод FUS находится пока еще в зачаточном состоянии и нуждается в более подробном изучении. Ученые предполагают, что со временем станет возможным использование фокусированного ультразвука для стимуляции и картирования функций головного мозга, что сделает этот метод лечения более эффективным и безопасным.
Таким образом, будущее FUS и DBS выглядит весьма перспективным и многообещающим. Вероятно, что оба этих метода будут использоваться в дальнейшем, при этом выбор между ними в каждом конкретном случае будет зависеть от показаний, технической доступности и, что немаловажно, от материальных затрат и предпочтений самого пациента.
Источник
Ультразвуковая терапия, методики, показания, ограничения к применению
Ультразвуковая терапия – это методика лечения при помощи ультразвука. УЗТ используют в физиотерапии для лечения и профилактики различных заболеваний. Методику применяют в разных областях медицины, таких как ортопедия, хирургия, гинекология, офтальмология, дерматология, отоларингология, стоматология, педиатрия. Ультразвуковая терапия позволяет снизить частоту обострений, а также сократить время восстановления после операции, острых патологий.
Ультразвуковые волны были открыты в 1899 году, их обнаружил К. Konig. Использовать на практике ультразвук пробовал русский инженер К. В. Шиловский и французский изобретатель Ланжевен в 1914-1918 годах. Исследования этих ученых привели к созданию излучателя ультразвука. Он работал на основе пьезоэлектрического эффекта в соответствии с разработкой братьев Кюри. После этого был сделан прибор на основе магнитострикции. Со временем лучи, исходящие из аппарата, стали более направленными на конкретный объект. Это позволило применять ультразвуковые волны в промышленности и медицине. В медицине начали применять ультразвук после 1927 года.
Толчком к использованию УЗТ стала работа ученых о биологическом воздействии ультразвука на организм. Есть мнение, что первым ультразвук начал применять Р. Польман. Он создал вибратор, излучающий ультразвуковые волны. Польман лечил УЗ-волнами ишиас, невралгию, миалгию. Результаты лечения были положительные. К 1945 году УЗТ стали использовать в Германии, Западной Европе, США, Японии. В нашей стране методику начали применять только 1953 году. Ученый В. А. Плотников впервые попробовал лечить контрактуру Дюпюитрена ультразвуком. В 1955 году УЗ-волны стали использовать в терапии неврологических, суставных патологий, кожных болезней. Начиная с 1961 года, начали производить отечественные ультразвуковые приборы. Производство их было серийным, что послужило толчком для развития ультразвуковой терапии. В 1986 году ученым из Белоруссии (Л. И. Богданович, В. С. Улащик, А. А. Чиркин) была присуждена премия в области науки и техники.
Методики ультразвуковой терапии в физиотерапии сегодня применяются очень широко для лечения различных заболеваний.
Характеристики ультразвуковых волн
Для физиотерапевтических процедур применяются УЗ-волны с частотой 800-3000 кГЦ. Для хирургических манипуляций частота колебаний составляет 20-100 кГЦ. Дозировка ультразвукового воздействия на организм зависит от интенсивности, продолжительности воздействия, а также типа генерации УЗ-волн (непрерывные, импульсные).
Интенсивность УЗ-волн:
- Низкая (не более 0,4 Вт/см2)
- Средняя (0,5-0,8 Вт/см2)
- Высокая (0,9-1 Вт/см2)
При непрерывном воздействии ультразвука УЗ-волны без остановки направляются на ткани. Импульсное воздействие на органы представляет собой прерывающийся поток волн продолжительностью 2,4 или 10 мс. Степень поглощения ультразвуковых волн зависит от акустики и частоты колебаний. Если ткани мягкие, то поглощение будет происходить на глубине 4-5 см при частоте 800-900 кГц, на глубине 1,5-2 см при частоте 3000 кГц.
Поглощение тканей по отношению к крови:
- жировая − в 4 раза эффективнее;
- мышечная − в 10 раз лучше;
- костная – в 75 раз интенсивнее.
На месте перехода различных видов тканей интенсивность поглощения УЗ-волн значительно выше. В воздухе они сразу поглощаются, поэтому для проведения ультразвуковых физиопроцедур применяют различные среды.
Механизм воздействия УЗ-излучения
Выделяют несколько механизмов воздействия ультразвука на организм. К ним относятся: механический, тепловой, физико-химический, нервно-рефлекторный. Они являются первичными механизмами ультразвуковой терапии. Механическое воздействие заключается в высокочастотных колебаниях, которые передаются тканям. При этом происходит очень мелкая, незаметная человеку вибрация. Вибрационное воздействие приводит к увеличению кровообращения, повышению метаболизма в клетках.
Под действием вибрации в клетке снижается вязкость цитоплазматической жидкости. В тканях начинает разрыхляться соединительная ткань. В клетках ускоряется диффузия микроэлементов, стимулируется работа лизосом. Из лизосом начинают выходить ферменты, которые повышают функцию белковых соединений. Эти процессы способствуют ускорению обмена веществ. При подаче волн высокой частоты увеличивается проницаемость гистогематических барьеров. Тепловой эффект подразумевает переход энергии УЗ-волн после поглощения тканями в тепло. Температура в них увеличивается на 1°С. При этом ускоряется ферментативная активность внутри тканей, стимулируются биохимические реакции. Тепло образуется только на границах разных по плотности тканей. Тепловую энергию больше поглощают органы с дефицитом кровотока, насыщенные коллагеновыми волокнами, а также нервная, костная ткань.
Физико-химическое воздействие вызвано механическим резонансом. Он увеличивает скорость движения молекулярных структур, повышается процесс распада молекул на ионы, появляются новые электрические поля. Ускоряется окисление липидов, улучшается работа митохондриальных структур клеток, стимулируются физические и химические процессы в тканях организма. Активируются биологически активные вещества, такие как гистамин, серотонин. Под действием УЗ-волн улучшается дыхание и окисление в органах. Все эти процессы ускоряют восстановление тканей.
Выделяют следующие фазы реакции организма:
