Điện Trị Liệu

NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA ĐIỆN TRỊ LIỆU

 

Trong vật lý trị liệu - phục hồi chức năng, điện trị liệu có thể hiểu theo hai cách. Theo cách hiểu thứ nhất, đó là các phương pháp dùng kích thích điện trong thực hành lâm sàng, như kích thích điện thần kinh cơ, viết tắt theo tiếng Anh là NMES (Neuromuscular Electrical Stimulation), để tạo sự co cơ; hoặc kích thích thần kinh bằng điện qua da, viết tắt theo tiếng Anh là TENS (Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation), để giảm đau. Chẳng hạn cuốn Sinh lý điện lâm sàng: Điện trị liệu và chẩn đoán điện sinh lý của Robinson và Snyder-Mackler, do Lippincott Williams & Wilkins  xuất bản năm 2007, viết theo quan điểm này. Theo cách hiểu thứ hai, điện trị liệu bao gồm tất cả các tác nhân điện vật lý (electrophysical agents), bao gồm kích thích điện; sóng ngắn và vi sóng; laser công suất thấp, hồng ngoại và tử ngoại; siêu âm; và các phương pháp nhiệt trị bề mặt, theo phân loại của Hội vật lý trị liệu Anh CSP và Hội vật lý trị liệu Úc APA. Đa số tài liệu điện trị liệu viết theo cách hiểu này, điển hình là cuốn Điện trị liệu: Thực hành dựa trên bằng chứng, lần xuất bản thứ 12 của bộ Điện trị liệu Clayton lừng danh, do Watson chủ biên, được Churchill Livingstone xuất bản năm 2008. Xin lưu ý thêm, các tác nhân điện vật lý, cùng trị liệu bằng tay, thủy trị liệu và một vài phương pháp khác hợp thành nhóm các mô thức vật lý (physical modalities), có vai trò quan trọng trong vật lý trị liệu. Còn theo tài liệu định hướng đào tạo chuyên ngành của Hội liên hiệp vật lý trị liệu thế giới WCPT, 2007, điện trị liệu bao gồm 2 trong số 11 nhóm can thiệp vật lý trị liệu điển hình.

Trên trang mạng này, điện trị liệu được hiểu theo quan điểm thứ hai, tức nhóm phương pháp dùng các tác nhân điện vật lý trong vật lý trị liệu - phục hồi chức năng.

Không có sự đồng thuận về mối quan hệ giữa các tác nhân điện vật lý với phổ sóng điện từ và sóng âm ngay cả giữa các nhà vật lý trị liệu nhiều kinh nghiệm. Kích thích điện, thấu nhiệt cao tần, hồng ngoại và tử ngoại, laser công suất thấp đều là các tác nhân phát sóng điện từ với bước sóng và tần số đặc trưng. Trong khi đó siêu âm là loại sóng âm có tần số nằm ngoài sự cảm thụ của cơ quan thính giác con người.

NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ

Bức xạ là quá trình truyền năng lượng qua không gian. Sự bức xạ năng lượng từ mặt trời là một minh họa điển hình. Ánh sáng mặt trời là một dạng năng lượng bức xạ, nó không chỉ giúp con người nhìn thấy mọi vật mà còn sinh nhiệt. Mặt trời phát năng lượng bức xạ như kết quả của các phản ứng hạt nhân năng lượng cao. Dạng năng lượng này lan truyền trong không gian với tốc độ xấp xỉ 300 ngàn ki-lô-mét một giây và tới trái đất sau khoảng 8 phút, nơi tác dụng của nó được quan sát hoặc cảm nhận. Tuy nhiên, mặt trời không phải là nguồn duy nhất tạo ra kiểu năng lượng bức xạ.

Mọi vật chất đều có thể tạo ra năng lượng bức xạ dưới dạng nhiệt. Mặt trời tạo bức xạ qua các phản ứng hạt nhân. Tuy nhiên khi có tác động đủ mạnh, một vật thể bất kỳ có thể tạo ra năng lượng bức xạ nhờ sự thay đổi trạng thái năng lượng của các nguyên tử cấu thành. Nhiều mô thức vật lý trong cuốn sách này tạo ra năng lượng bức xạ, như hồng ngoại, thấu nhiệt, tử ngoại, laser hoặc kích thích điện.

Khi cho ánh sáng mặt trời đi qua lăng kính, nó sẽ bị khúc xạ và tạo thành các tia sáng đơn sắc có màu sắc (tức bước sóng hoặc tần số) khác nhau. Lệch khỏi phương ban đầu ít nhất là tia đỏ, nhiều nhất là tia tím. Giữa chúng là các tia da cam, vàng, xanh lá và xanh dương. Chúng tạo thành phổ nhìn thấy đối với con người.

Tia sáng mặt trời đi qua lăng kính đó cũng mang theo các dạng năng lượng bức xạ không nhìn thấy. Nếu để nhiệt kế phía ngoài và kề bên vùng đỏ của phổ nhìn thấy, nó sẽ đo thấy nhiệt; còn nếu để một tấm phim ảnh gần tia tím, sẽ xuất hiện sự thay đổi hóa học. Vùng tạo nhiệt được gọi là vùng hồng ngoại, với bước sóng bức xạ dài hơn tia đỏ; còn vùng tạo sự thay đổi hóa học là vùng tử ngoại, với bước sóng ngắn hơn tia tím. Theo chiều tăng của bước sóng (tức chiều giảm của năng lượng), tiếp theo vùng hồng ngoại là vùng vi sóng, sóng ngắn và các dòng điện kích thích. Theo chiều giảm của bước sóng (tức chiều tăng của năng lượng), tiếp sau tử ngoại là tia X và tia gamma. Tia X và tia gamma không được dùng trong vật lý trị liệu.

BỨC XẠ ĐIỆN TỪ

Các bức xạ trên đều thuộc phổ bức xạ điện từ, với các tính chất đặc trưng. Bảng minh họa dưới đây là cách phân loại thường gặp trong thực hành. Bức xạ điện từ có các đặc trưng chung như sau:

  1. Được tạo ra khi có năng lượng đủ mạnh tác động lên vật chất.
  2. Lan truyền trong không gian với tốc độ như nhau.
  3. Truyền thẳng.
  4. Có thể phản xạ, khúc xạ, hấp thụ hoặc truyền qua vật chất.

 

Vùng

Bước sóng

Tần số

Độ

xuyên sâu

Tác dụng

sinh lý

Kích thích điện

∞ - 30.000 m

0 - 10.000 Hz

Hiệu ứng  xuất hiện giữa các điện cực

Giảm đau

Co cơ

Giảm co thắt cơ

Kích thích tái sinh

Vận chuyển ion

Sóng ngắn

22 m

11 m

13,56 MHz

27,12 MHz

~ 3 cm

Tăng nhiệt sâu

Giãn mạch

Tăng tuần hoàn

Vi sóng

69 cm

33 cm

11 cm

434 MHz

915 MHz

2.450 MHz

~ 5 cm

Tăng nhiệt sâu

Giãn mạch

Tăng tuần hoàn

Mô thức nhiệt bề mặt

Tấm đắp lạnh (15oC)

Tắm xoáy lạnh (17oC)

Tắm xoáy nóng (37oC)

Paraphin (45oC)

Tấm đắp nóng (67oC)

Hồng ngoại (1720oC)

 

111.000 Å

99.514 Å

93.097 Å

90.187 Å

82.457 Å

14.430 Å

 

2,70 x 1012 Hz

3,01 x 1012 Hz

3,22 x 1012 Hz

3,32 x 1012 Hz

3,63 x 1012 Hz

2,08 x 1013 Hz

 

~ 1 cm

 

↓ nhiệt bề mặt; co mạch, ↓ tuần hoàn

 

Tăng nhiệt bề mặt; giãn mạch, tăng tuần hoàn; giảm đau

Laser

GaAs

HeNe

 

9.100 Å

6.328 Å

 

3,30 x 1013 Hz

4,74 x 1013 Hz

 

~ 5 cm

~ 1.5 cm

 

Giảm đau

Lành tổ chức

Tử ngoại

UV-A

UV-B

UV-C

 

3200 - 4000 Å

2900 - 3200 Å

2000 - 2900 Å

 

~ (7 - 9) x 1013 Hz

~ 1014 Hz

~ 1,5 x 1014 Hz

 

2 mm

 

Thay đổi hóa học bề mặt; rám da; diệt khuẩn

Bảng 1: Phổ bức xạ điện từ dùng trong vật lý trị liệu (1 Å  = 10-10 m).

Bức xạ điện từ do các tác nhân điện vật lý tạo ra có các tính chất vật lý giống như mọi dạng bức xạ điện từ khác. Tuy nhiên khi tương tác với tổ chức sinh học, tốc độ và hướng truyền của chúng sẽ thay đổi tùy thuộc vào tính chất vật lý và sinh học của loại tổ chức khảo sát.

TẦN SỐ VÀ BƯỚC SÓNG

Bước sóng λ là khoảng cách giữa hai điểm dao động đồng pha gần nhất, chẳng hạn giữa các đỉnh của hai sóng kế tiếp nhau. Tần số ν là số dao động toàn phần trong một giây, với đơn vị đo là Hz (Hertz).

Mỗi loại bức xạ điện từ có bước sóng và tần số  đặc trưng (xem bảng 1). Theo cách định nghĩa như trên, giữa tốc độ truyền sóng v, tần số ν và bước sóng λ có mối liên hệ như sau:

Tốc độ    =    Bước sóng     x     Tần số

v   =    λ     x     ν

Như vậy giữa tần số và bước sóng có quan hệ tỷ lệ ngược; nên bức xạ có bước sóng càng nhỏ sẽ có tần số càng lớn và ngược lại. Với tốc độ ánh sáng v = 3.108 m/s, khi biết tần số hoặc bước sóng, sẽ tính được giá trị của đại lượng còn lại.

QUY LUẬT TÁC DỤNG CỦA BỨC XẠ ĐIỆN TỪ

Khi tương tác với cơ thể, bức xạ điện từ có thể bị phản xạ, khúc xạ, hấp thụ và truyền qua. Một cách tổng quát, bức xạ có bước sóng càng lớn (tần số càng nhỏ) sẽ có độ xuyên sâu trong cơ thể càng lớn. Tuy nhiên, nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng tới độ xuyên sâu, yếu tố quan trọng xác định mức độ tương tác của bức xạ với tổ chức sinh học.

Nguyên lý Arndt - Schultz

Mục đích của việc dùng các tác nhân điện vật lý là kích thích tổ chức sinh học để khôi phục trạng thái sinh lý bình thường. Tác dụng chỉ xuất hiện khi năng lượng kích thích được hấp thụ tại tổ chức cần tác động. Nguyên lý Arndt - Schultz cho rằng, không có phản ứng hoặc thay đổi tại tổ chức khảo sát nếu năng lượng hấp thụ không đủ để kích thích. Mục đích của nhà trị liệu là dùng một năng lượng đủ lớn để kích thích tổ chức sinh học cần tác động, với lưu ý thêm rằng, quá nhiều năng lượng sẽ gây rối loạn chức năng sinh học bình thường; và nếu rối loạn đủ nghiêm trọng, mô sẽ bị phá hủy.

Hình 1: Sự phản xạ, khúc xạ và hấp thụ bức xạ điện từ.

Định luật Grotthus - Draper

Mối quan hệ tỷ lệ nghịch giữa năng lượng hấp thụ tại bề mặt và tại các lớp tổ chức nằm sâu bên dưới được mô tả nhờ định luật Grotthus - Draper (hình 1). Khi bức xạ điện từ tới bề mặt da, một phần năng lượng bị phản xạ lại môi trường. Phần còn lại sẽ đi vào tổ chức, một phần trong đó sẽ được hấp thụ tại bề mặt. Nếu phần năng lượng đó đủ lớn, nó sẽ tạo ra các phản ứng bề mặt, chẳng hạn giãn mạch máu da.

Phần năng lượng không bị hấp thụ tại bề mặt sẽ đi tới các tổ chức nằm sâu hơn (mỡ và cơ). Tại mặt ngăn cách giữa các loại tổ chức (nơi da gặp mỡ hoặc mỡ gặp cơ), sự khác nhau về mật độ tổ chức sẽ làm chùm năng lượng bị khúc xạ, tức thay đổi phương truyền. Cuối cùng, nếu năng lượng vẫn đủ mạnh, tại tổ chức cần tác động sẽ xẩy ra các thay đổi cần thiết. Một minh họa cho việc ứng dụng định luật Grotthus - Draper là dùng kỹ thuật siêu âm để tăng nhiệt độ của loại cơ nằm sâu dưới da. Khi đó siêu âm 1 MHz sẽ hiệu quả hơn 3 MHz, vì tần số 1 MHz bị hấp thụ tại bề mặt ít hơn, nên có khả năng xuyên sâu hơn.

Định luật cosine

Năng lượng bức xạ sẽ dễ dàng lan truyền tới các tổ chức sâu hơn nếu được chiếu vuông góc với bề mặt vùng cơ thể cần tác động. Nói cách khác góc tới càng nhỏ, phần năng lượng bị phản xạ lại môi trường càng nhỏ, do đó phần năng lượng đi vào cơ thể càng lớn. Đó là định luật cosine, rất quan trọng với các phương pháp thấu nhiệt cao tần, siêu âm, tử ngoại và hồng ngoại (hình 2). Đó là các phương pháp mà hiệu quả sinh học phụ thuộc chủ yếu vào việc chúng được bức chiếu cho người bệnh như thế nào. Một minh họa của định luật cosine là khi tiến hành điều trị bằng siêu âm, bề mặt của đầu phát cần tiếp xúc trực tiếp với da, nhờ đó chùm siêu âm từ đầu phát sẽ vuông góc với bề mặt da, do đó tối thiểu hóa phần năng lượng phản xạ.

Hình 2: Định luật cosine nói rằng khi chiếu vuông góc với bề mặt tác dụng, năng lượng bức xạ sẽ được hấp thụ nhiều hơn.

Định luật nghịch đảo bình phương

Cường độ bức xạ tới một bề mặt vật chất bất kỳ sẽ tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách từ nguồn phát tới đối tượng tác động. Chẳng hạn khi dùng đèn hồng ngoại chiếu vùng thắt lưng, mức nhiệt năng tại bề mặt da khi khoảng cách giữa đèn và vùng tác động là 20 cm sẽ lớn gấp 4 lần so với khoảng cách 40 cm. Đó là định luật nghịch đảo bình phương, rất quan trọng trong các quy trình điều trị (hình 3).

Hình 3: Định luật nghịch đảo bình phương phát biểu rằng, cường độ bức xạ tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn tới tổ chức cần tác động.

Mọi tác nhân điện vật lý dùng bức xạ điện từ đều là đối tượng của mối quan hệ giữa độ hấp thụ và độ xuyên sâu. Các tác nhân phát bức xạ có bước sóng dài hơn sẽ có khả năng truyền qua các lớp tổ chức bề mặt nhiều hơn, do đó sẽ tới được các vị trí sâu hơn, nơi năng lượng được hấp thụ và gây hiệu ứng mong muốn.

ỨNG DỤNG PHỔ ĐIỆN TỪ TRONG ĐIỀU TRỊ

Các tác nhân điện vật lý, trừ siêu âm, đều phát ra bức xạ điện từ. Tham số trong bảng 1 cho thấy, kích thích điện có bước sóng dài nhất trong số các tác nhân, nên có khả năng xuyên sâu nhất. Các tác nhân nằm phía dưới bảng 1 có bước sóng nhỏ hơn, tức tần số lớn hơn, nên có độ xuyên sâu nhỏ hơn. Bức xạ laser vùng nhìn thấy hoặc tia tử ngoại có độ xuyên sâu kém nhất.

Cần lưu ý rằng, các vùng tần số vô tuyến và truyền hình, ánh sáng khả kiến và các bức xạ ion hóa tần số cao (tia X và tia gamma) cũng là bức xạ điện từ. Tuy nhiên chúng không được dùng trong vật lý trị liệu và do đó không được xem xét trong khuôn khổ cuốn sách này, mặc dù chúng có vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống con người.

Kích thích điện

Trong số các tác nhân điện vật lý, dòng điện dùng để kích thích thần kinh cảm giác và thần kinh vận động có bước sóng lớn nhất và do đó tần số nhỏ nhất. Do tần số các kích thích điện nằm trong khoảng 0 - 10.000 Hz, nên bước sóng của chúng rất dài, trải từ vô hạn tới 30.000 m.  Các thiết bị kích thích điện đều có khả năng lựa chọn tần số thích hợp để tác động tới loại tổ chức cần can thiệp. Chúng có khả năng: (1) điều biến đau qua kích thích các sợi thần kinh đường kính lớn tại vùng tần số cao (phương pháp kích thích thần kinh bằng điện qua da TENS kinh điển); qua giải phóng các endorphin tại vùng tần số thấp (TENS kiểu châm cứu); hoặc qua kích hoạt các con đường ức chế đau hướng xuống tại vùng tần số và cường độ rất cao (TENS mạnh); (2) co hoặc giãn cơ, tùy thuộc vào dạng và tần số xung; (3) khuyến khích quá trình lành tổ chức và vết gãy xương bằng vi dòng (cường độ dưới 1 mA); và (4) vận chuyển ion nhờ dòng một chiều không đổi (phương pháp đưa thuốc vào cơ thể bằng dòng điện).

Phản hồi sinh học

Phản hồi sinh học là quy trình điều trị dùng các thiết bị điện tử và cơ điện để đo đạc, xử lý và phản hồi các thông tin tích cực qua tín hiệu ánh sáng và âm thanh. Về lâm sàng nó được dùng để giúp bệnh nhân phát triển tốt hơn sự kiểm soát tự động qua sự thư giãn cơ hoặc tái rèn luyện cơ sau tổn thương (hình 4).

Hình 4: Phản hồi sinh học.

Thấu nhiệt cao tần

Phương pháp thấu nhiệt cao tần dùng các dòng điện tần số nằm trong vùng MHz (106 Hz) hoặc GHz (109 Hz). Khi những xung điện ngắn như vậy tiếp xúc với tổ chức sinh học, chúng không có đủ thời gian để dịch chuyển các ion. Do đó không xuất hiện các dòng điện để kích thích thần kinh vận động hoặc cảm giác. Năng lượng của các dòng điện dao động cực nhanh đó sẽ tạo nhiệt và làm tăng nhiệt độ vùng tổ chức mà chúng đi qua. Thấu nhiệt sóng ngắn có thể hoạt động theo chế độ liên tục hoặc chế độ xung. Thấu nhiệt sóng ngắn liên tục và thấu nhiệt vi sóng chủ yếu có tác dụng nhiệt; còn vi sóng xung được dùng do hiệu ứng phi nhiệt.

Các thiết bị sóng ngắn và vi sóng đều có tần số điều trị xác định. Sóng ngắn có bước sóng 13,56 MHz, tương ứng với bước sóng 22 m; và 27,12 MHz, tương ứng với bước sóng 11 m.

Vi sóng có bước sóng ngắn hơn sóng ngắn và được chọn cố định tại 33 và 12 cm (tần số tương ứng 915 và 2450 MHz). Độ xuyên sâu của vi sóng lớn hơn sóng ngắn một chút vì năng lượng vi sóng tập trung tại một vùng nhỏ hơn là trải trên vùng diện tích lớn.

Các tác nhân nhiệt bề mặt (các mô thức hồng ngoại)

Có lẽ bất đồng lớn nhất về mối quan hệ giữa bức xạ điện từ và các mô thức điều trị liên quan với vùng hồng ngoại. Theo nghĩa thông thường, hồng ngoại chỉ thuộc về các bóng phát bức xạ hồng ngoại phát quang và không phát quang. Trên thực tế, rất nhiều mô thức vật lý trị liệu tạo ra các bức xạ có tần số và bước sóng rơi vào vùng hồng ngoại. Tấm đắp lạnh, tấm đắp nóng, tắm xoáy, tắm tương phản, paraphin hoặc kỹ thuật dòng khí nóng đều là các mô thức hồng ngoại được dùng để tăng nhiệt tại bề mặt tổ chức.

Khi một vật được làm nóng hoặc làm lạnh tới nhiệt độ khác nhiệt độ môi trường, nó sẽ phát xạ bức xạ tới các vật mà nó tiếp xúc (trực tiếp hoặc gián tiếp qua môi trường dẫn). Các mô thức nhiệt bề mặt được dùng để tạo sự tăng hoặc giảm nhiệt độ cục bộ, đôi khi toàn thân, tại các tổ chức bề mặt. Chúng thường có độ xuyên sâu không quá 1 cm. Chúng có thể tăng hoặc giảm tuần hoàn, tùy thuộc nóng hoặc lạnh được sử dụng. Chúng cũng có tác dụng giảm đau do kích thích các tận cùng thần kinh tự do.

Hồng ngoại nằm ngoài vùng đỏ của phổ nhìn thấy. Bước sóng của hồng ngoại ngắn hơn nhiều so với kích thích điện và dòng cao tần và được biểu diễn bằng đơn vị na-nô-mét (1 nm = 10-9 m) hoặc ăngstrom (1 Å = 10-10 m).

Các mô thức hồng ngoại nhiệt độ nhỏ hơn sẽ có bước sóng dài hơn. Do đó tấm đắp lạnh có bước sóng dài hơn và độ xuyên sâu lớn hơn tấm đắp nóng. Các mô thức hồng ngoại có nhiệt độ trải từ 0oC (nước đá) tới khoảng 4000oC (đèn hồng ngoại). Bước sóng của chúng nằm trong khoảng 10.000 - 105.000 Å, tương ứng với tần số nằm giữa các giá trị 2 x1012 và  4 x1013 Hz.

Cần lưu ý ăngstrom là một đơn vị rất nhỏ, nên hầu như không có sự khác biệt về độ xuyên sâu giữa các tác nhân nhiệt bề mặt.

Laser công suất thấp

Laser công suất thấp là mô thức tương đối mới trong vật lý trị liệu. Laser là thuật ngữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh “light amplification by stimulated emission of radiation”, có nghĩa “sự khuếch đại ánh sáng nhờ phát xạ cưỡng bức”. Thiết bị laser tạo ra chùm ánh sáng đơn sắc chủ yếu nằm trong vùng hồng ngoại và khả kiến của phổ sóng điện từ.

Laser có thể có công suất cao và thấp. Laser công suất cao được dùng trong ngoại khoa để cắt, hàn tổ chức, phân hủy nhiệt chọn lọc do tác dụng nhiệt. Laser công suất thấp hoặc laser lạnh không tạo hiệu ứng nhiệt và có một số ứng dụng lâm sàng nổi bật trong lành tổ chức và giảm đau qua tác dụng kích thích sinh học nhờ hiệu ứng quang hóa (quang năng của laser biến đổi thành hóa năng của các phản ứng hóa học trong cơ thể).

Hai loại laser công suất thường dùng trong vật lý trị liệu là helium-neon (HeNe) và gallium-arsenide (GaAs). Laser HeNe có bước sóng 632,8 nm và độ xuyên sâu trực tiếp 0,8 mm, mặc dù tác dụng gián tiếp có thể xảy ra tại độ sâu tới 15 mm (hình 5). Laser bán dẫn GaAs có bước sóng 910 nm và độ xuyên sâu khoảng 5 cm (hình 6).

Hình 5: Laser HeNe.

Tử ngoại

Vùng tử ngoại nằm kế tiếp vùng tím của ánh sáng khả kiến. Mắt người không nhìn thấy tia tử ngoại, tuy nhiên nếu đặt phim ảnh gần tia tím, sẽ thấy sự thay đổi hóa học đặc trưng. Mặc dù cần nguồn phát nhiệt độ cao (7000 - 9000oC), tia tử ngoại chủ yếu có tác dụng hóa học khi tương tác với cơ thể và tác dụng hầu như chỉ thể hiện trên da. Độ xuyên sâu cực đại của tử ngoại khoảng 1 mm. Bước sóng tử ngoại nằm trong dải 2000 - 4000 Å. Nó được chia thành ba vùng nhỏ: tử ngoại gần UV-A (3200 - 4000 Å), tử ngoại giữa UV-B (2900 - 3200 Å) và tử ngoại xa UV-C (2000 - 2900 Å). Các bước sóng dùng trong lâm sàng trải từ 7x1013 tới 7x1014 Hz. Tuy hiện nay ít được dùng trong vật lý trị liệu (do các chỉ định điển hình như trứng cá, nhiễm khuẩn hoặc nấm đã được can thiệp hiệu quả bằng hóa trị liệu), nhưng tử ngoại vẫn dành được sự quan tâm nhất định.

Hình 6: Laser bán dẫn GaAs

PHỔ ÂM THANH VÀ SIÊU ÂM

Một trong những mô thức được dùng nhiều nhất trong vật lý trị liệu là siêu âm. Thiết bị siêu âm tạo ra năng lượng sóng âm chứ không phải sóng điện từ. Cùng với sóng ngắn và vi sóng, siêu âm có tác dụng tăng nhiệt sâu trong tổ chức sinh học.

Sóng âm và sóng điện từ có bản chất hoàn toàn khác nhau. Khi các dao động âm được tạo ra, chúng lan truyền trong không gian với tốc độ nhỏ hơn tốc độ ánh sáng rất nhiều. Sóng điện từ lan truyền với tốc độ 300 triệu mét một giây; trong khi tốc độ sóng âm chỉ từ vài trăm tới vài ngàn mét một giây.

Do mối quan hệ tỷ lệ nghịch giữa tần số và bước sóng đúng cho cả hai loại sóng, và do tốc độ sóng điện từ lớn hơn nhiều tốc độ sóng âm, nên bước sóng của sóng điện từ lớn hơn nhiều so với siêu âm khi cùng tần số. Chẳng hạn nếu siêu âm lan truyền trong không khí có bước sóng 0,3 mm, sóng điện từ sẽ có bước sóng 297 m tại cùng một tần số.

Bức xạ điện từ có khả năng lan truyền trong chân không. Khi mật độ môi trường tăng, tốc độ sóng điện từ sẽ giảm do sự phản xạ, khúc xạ hoặc hấp thụ. Ngược lại, với tư cách một sóng cơ học, siêu âm không thể lan truyền trong chân không. Mật độ môi trường càng lớn, tốc độ truyền âm càng lớn. Chẳng hạn trong cơ thể người, tốc độ siêu âm tại xương có thể tới 3500 m/s, trong khi tại mỡ chỉ đạt 1500 m/s.

Mặc dù mọi sóng âm tần số lớn hơn 20 kHz đều là siêu âm, nhưng trong vật lý trị liệu, thường dùng các tần số 1 và 3 MHz. Khả năng xuyên sâu của siêu âm lớn hơn sóng điện từ rất nhiều. Tại tần số 1 MHz, 50% năng lượng sóng âm truyền tới độ sâu 5 cm; đó là do siêu âm truyền rất tốt qua các tổ chức đồng nhất (như mỡ), trong khi bức xạ điện từ bị hấp thụ gần như hoàn toàn. Do đó khi cần tác động tổ chức nằm sâu dưới da, siêu âm là một lựa chọn thích hợp.

Hình 7: Thiết bị sóng xung kích siêu âm trong vật lý trị liệu.

Siêu âm điều trị thường được dùng để tăng nhiệt độ tổ chức qua các hiệu ứng nhiệt. Tuy nhiên nó cũng có thể tăng cường khả năng sửa chữa tại mức tế bào do các hiệu ứng phi nhiệt. Đầu thế kỷ XXI, sóng siêu âm từ các thiết bị phát sóng xung kích cũng được dùng để điều trị một số bệnh cơ xương khớp khá hiệu quả (hình 7). Ngoài ra khả năng ứng dụng trong nam học như điều trị rối loạn dương cương cũng đang được chú ý do tác dụng tăng tuần hoàn nhờ tân tạo mạch máu.

(Trích chương 3: Nguyên lý chung của điện trị liệu, sách Điện trị liệu: Nguyên lý - Thiết bị - Thực hành, NXB Đại học Quốc gia TPHCM, 2012)

Bình luận

Nội dung: