Ultraschalltherapie: Physikalische Grundlagen

Erzeugung von Ultraschallwellen

Ultraschallwellen werden in der Medizin durch Piezoelektrizität erzeugt, die auf dem reziproken piezoelektrischen Effekt des Quarzes basiert. Dieser Effekt wird durch die charakteristischen Eigenschaften von Quarzkristallen erzeugt, die elektrische Ladungen erzeugen, wenn sie Druck- oder Zugkräften ausgesetzt werden. Ein einfacher piezoelektrischer Generator besteht aus einer Quarzplatine oder einem anderen piezoelektrischen Material, auf dessen Oberfläche eine alternative Potentialdifferenz mit einer Frequenz aufgebracht wird, die den Kristall in Schwingung versetzt.

Ausbreitung von Ultraschallwellen

Ultraschallwellen breiten sich auf unterschiedliche Weise aus, abhängig vom Medium, in dem sie sich ausbreiten. Die Verformbarkeit des Mediums hängt von der akustischen Impedanz ab, die das Verhältnis der Dichte eines Materials zur Schallgeschwindigkeit darstellt. Die akustische Impedanz ist ein wichtiger Faktor, der bestimmt, wie sich Ultraschallwellen in einem Medium ausbreiten. Materialien mit einer höheren akustischen Impedanz, wie Metalle, lassen Schallwellen schneller passieren als Materialien mit einer niedrigeren akustischen Impedanz wie Luft.

Wie sich Ultraschall im menschlichen Körper ausbreitet

Ultraschallstrahlen werden im menschlichen Körper in alle Richtungen gestreut, da sie auf kleine Reflektoren wie die Erythrozyten treffen. Diese Reflektoren verhalten sich wie elastische Verteilerpunkte und schwingen mit der Energie der Schallfrequenz. Aufgrund dieser Streuung wird der Ultraschall im menschlichen Körper nicht so gut ausbreiten wie im Wasser. Daher muss bei Behandlungen unter Wasser die Frequenz und Dauer der Anwendung reduziert werden, um die gleichen biologischen Wirkungen zu erzielen, da sich die Ultraschallwellen im Wasser ein wenig schneller ausbreiten.

Anwendungen von Ultraschall unter Wasser

Anwendungen von Ultraschall unter Wasser sollten nur an geeigneten Körperstellen wie Händen und Füßen durchgeführt werden. Eine Kniebehandlung unter Wasser durchzuführen, ist nicht einfach. Die Intensität des Ultraschalls wird in Watt/cm² angegeben und bezieht sich auf die durchschnittliche Intensität des Feldes. Sie wird aus den Messwerten des Gesamtoutputs der Behandlung (in Watt) aus der Handstückprobe geteilt durch den Bereich der strahlenden Oberfläche des Applikators errechnet.

Ultraschallgeräte sind in der Physiotherapie ein wichtiger Bestandteil der Behandlung. Diese Geräte sind entsprechend den geltenden Richtlinien ausgestattet und weisen spezifische Eigenschaften auf, um eine maximale therapeutische Wirkung zu gewährleisten.

Funktionsweise und Eigenschaften von Ultraschallgeräten

Ultraschallgeräte arbeiten mit einem alternierenden Stromgenerator mit einer Frequenz von 500 KHz bis 3 MHz. Dieser sollte mit der Quarzfrequenz in Einklang gebracht werden, um die maximale Kraftverteilung zu gewährleisten. Die Ultraschallgeräte unserer Ultraschallserie arbeiten sowohl im durchgehenden als auch im gepulsten Modus mit einer Frequenz von 100-120 Hz.

Einige Geräte sind ausschließlich für den Betrieb im gepulsten Modus bei einer Frequenz von 16-48 Hz ausgelegt. Diese Frequenz ist wichtig, da sie das Kick-Start-System aktiviert und stimuliert, das eine bedeutende Rolle bei der Heilung von Knochenbrüchen spielt¹. Eine Reihe von Studien geht davon aus, dass Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 16 Hz und einem Vielfachen davon dieses System aktivieren können.

Ein isoliertes Hochspannungskabel verbindet den Generator mit dem Schallkopf und versorgt ihn mit Hochfrequenz. Der Schallkopf enthält Quarz (heutzutage ersetzt durch andere Materialien wie Barium Titan) auf dessen Oberfläche eine alternative Potentialdifferenz mit einer Frequenz enthalten ist, die Kristalle in Schwingung versetzen kann. Der Schallkopf kann eine Größe von 1 cm² bis 10 cm² haben.

Die Strahlungseigenschaften der unterschiedlichen Schallköpfe hängen vom Durchmesser und der Wellenlänge ab. Die Schalleinwirkung, die über den Wandler erzeugt wird, dringt in konischer Form ins Gewebe ein. Der Schallkopf muss eine durchschnittliche Intensität von 3 Watt/cm2 entwickeln können, damit er eine therapeutische Wirkung auf das menschliche Gewebe haben kann. Ein Kopf mit einer strahlenden Oberfläche von 10 cm² sollte einen maximalen totalen Output um die 30 Watt haben.

Die Köpfe unserer Ultraschalleinheiten besitzen eine Leuchtanzeige ohne Kontakt, die den Benutzer warnt, wenn kein richtiger Kontakt zwischen dem Gewebe und dem Schallkopf besteht. Außerdem sind sie selbstkalibrierend, was bedeutet, dass sie sich selbst immer optimal justieren.

Gepulste Emissionen

Ultraschalltherapiegeräte, die sowohl kontinuierlichen als auch gepulsten Ultraschall liefern, verfügen über eine Funktion, die den Diathermie-Effekt merklich reduziert. Der Grund dafür ist, dass Hitze nur in den Intervallen zwischen den einzelnen Impulsen abgestrahlt wird.

Gepulste Emissionen bieten den technischen Vorteil, dass die Wahrscheinlichkeit einer Überhitzung des Wandlers verringert wird und die Anwendung höherer Intensitäten möglich ist.

Mechanische Effekte

Der Mechanische Effekt des Ultraschalls entwickelt sich aus einer rhythmischen Gewebekompression und -dekompression, die durch die Schwingungen des Ultraschalls ausgelöst werden. Dabei werden die Gewebepartikel wechselweise mit derselben Geschwindigkeit und Beschleunigung angeregt. Die Intensität des Ultraschalls wird jedoch in der Tiefe zunehmend geschwächt, was zu Phänomenen wie Streuung und Reabsorption führt. Vor allem am Durchgang zwischen weichem Gewebe und Knochen führt der Unterschied im Widerstand der beiden Medien zu besonders hohen Rückstrahlungen. Knochengewebe reflektiert den Ultraschallstrahl nicht vollständig, sondern absorbiert vielmehr einen Teil davon. Dadurch entsteht eine Überhitzung, die bei besonders lang andauernder oder hochenergetischer Anwendung zu Schmerzen führen kann.

Diathermische Effekte

Der diathermische Mechanismus tritt auf, wenn Schallwellen im Gewebe absorbiert und in Hitze umgewandelt werden. Die Verteilung der Wärme im Gewebe ist einzigartig hinsichtlich der Art der Tiefenerwärmung: Tatsächlich wird an der Gewebeoberfläche nur ein relativ geringer Temperaturanstieg verursacht, während die Wärme in der Muskulatur und anderen Gewebestrukturen generiert wird. Im Gegensatz zur Diathermie, die durch Mikrowellen oder Kurzwellen erzeugt wird, kann die Temperatur an Gelenken, die mit dickeren Schichten weichen Gewebes bedeckt sind, bis auf therapeutische Ebene erhöht werden, ohne dass es zu schädigenden Einwirkungen auf andere Gewebe kommt.

Chemische Effekte

Abgesehen von diesen beiden Hauptwirkungen gibt es auch chemische und neurale Effekte, die durch die Anwendung von Ultraschall auf das Gewebe ausgelöst werden. Chemische Effekte scheinen mit einem typischen Phänomen des Ultraschalls in Zusammenhang zu stehen, das als Ultraschall-Kavitation bezeichnet wird. Es entsteht, wenn kleine Dampfblasen in den Gewebeflüssigkeiten sich vergrößern und zur Oxidation, Polymerisation und makromolekularen Zerstörungsprozessen führen. Ultraschall fördert auch den Austausch von Körperflüssigkeiten durch die Zellwände. Dies geschieht durch die Anregung von Diffusionsprozessen und die Erhöhung der Durchlässigkeit von Zellmembranen.

Neurale Effekte von Ultraschall

Ein weiterer wichtiger Effekt von Ultraschall auf den Körper ist der Einfluss auf das neuro-vegetative System. Verschiedene Gewebe absorbieren den Ultraschall auf unterschiedliche Arten. Weiches Gewebe schwächt beispielsweise Strahlung von 1db/cm bei einer Frequenz von 1 MHz ab. Dies führt dazu, dass innerhalb von 15 bis 30 mm Gewebe nur noch die Hälfte der Energie absorbiert wird und die Intensität ungefähr auf die Hälfte des Ausgangswertes schrumpft.

In Bezug auf die Eindringtiefe der Ultraschallenergie in den Muskel fällt besonders auf, dass in einer Tiefe von 3cm die Intensität nur noch ungefähr halb so hoch ist wie an der Muskeloberfläche. In einer Reihe wissenschaftlicher Experimente wurde gezeigt, wie die Absorption der Ultraschallenergie die Dehnbarkeit des Bindegewebes erhöht. Dies ermöglicht die Behandlung von Narbengewebe, hervorstehenden Gelenkkapseln und Tendinitis.

Behandlungsmethoden

Ultraschallbehandlungen erfordern einen perfekten Kontakt zwischen dem Schallkopf und dem Gewebe. Eine korrekte Anwendung kann jedoch schwierig sein, wenn die zu behandelnde Stelle uneben ist. In diesem Fall kann eine synthetische Gummiauflage (gefüllt mit Öl, wasserfreiem Benzin, entgastem Wasser oder leitfähigem Gel), ein wenig größer als der Schallkopf, zwischen den Kontaktabnehmer und die Haut gelegt werden.

Es gibt verschiedene Anwendungstechniken, die im Folgenden erläutert werden:

1. Direkte und mobile Kontaktbehandlung

Diese Behandlungsmethode ist die am weitesten verbreitete und erfordert die Verwendung von Fettcreme, Vaseline oder leitfähigem Gel im Behandlungsbereich auf der Haut, um eine bessere Leitung der Schallwellen zu gewährleisten. Der Schallkopf wird kreisförmig oder auf und ab bewegt.

2. Direkte und fixierte Kontaktbehandlung

In diesem Fall wird der Schallkopf, der mit einer Transmittersubstanz eingerieben ist, im Behandlungsbereich während der gesamten Anwendungsdauer in einer starren Position gehalten. Es ist wichtig, die Intensität zu reduzieren, um dem Patienten kein Unwohlsein zu verursachen (bei starker Absorption der Ultraschallenergie kann es zu Schmerzen kommen, insbesondere bei Gelenk- und Knochenhautbehandlungen) oder den gepulsten Behandlungsmodus zu verwenden.

3. Indirekte Unterwasser-Kontaktbehandlung

Diese Methode erfordert das Eintauchen des zu behandelnden Körperteils in ein Wasserbecken, das idealerweise aus Metall besteht, da die Rückstrahlung höher ist. Der Schallkopf muss darin in einem maximalen Abstand von 2 bis 3 cm von der Körperoberfläche positioniert werden, um eine zu große Streuung der Ultraschallstrahlen zu vermeiden, die den Therapieerfolg beeinträchtigen könnten. Diese Methode sollte bei ungleichmäßig geformten Körperteilen (Ellenbogen, Knöchel, Hände, Füße usw.), eiternden Bereichen oder überempfindlichen Hautzonen angewendet werden, die keinen Druck aushalten. Der Schallkopf wird in einem geringen Abstand zum Behandlungsbereich ins Wasser getaucht und parallel dazu bewegt. Die emittierenden Manipeln des COMBIMED 4000 oder des I-Tech UT2 sind speziell für diese Behandlungsmethode vorgesehen.

Fazit: Ultraschalltherapie – eine nicht-invasive Behandlung auf für die Heimanwendung

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Ultraschall-Therapie eine wirksame und nicht-invasive Methode zur Behandlung einer Vielzahl von Erkrankungen und Verletzungen ist. Die Wirkung beruht auf der Fähigkeit von Ultraschallwellen, tief in das Gewebe einzudringen und dort eine Vielzahl positiver Veränderungen zu bewirken, wie eine verbesserte Durchblutung, eine erhöhte Stoffwechselrate und eine Reduzierung von Entzündungen und Schmerzen.

Eine Anzahl von Pathologien kann erfolgreich mit Ultraschall behandelt werden. Dazu gehören unter anderem kalzifische Tendinitis², Muskel- und Sehnenverletzungen, Knochenbrüche¹ und Wundheilungsstörungen⁴.

Es ist wichtig zu betonen, dass die Ultraschall-Therapie eine sichere und gut verträgliche Behandlungsmethode ist, die in der Regel keine Nebenwirkungen oder Komplikationen verursacht. 

Insgesamt bietet die Ultraschall-Therapie eine vielversprechende Option für Patienten, die eine schonende und effektive Behandlung suchen. Um eine effektive Behandlung zu Hause durchführen zu können, ist es empfehlenswert, sich vorher von einem Arzt oder Physiotherapeuten beraten zu lassen, um eine korrekte Anwendung sicherzustellen.

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