Использование ультразвуковых импульсов в современной медицине

В области использования ультразвука в здравоохранении в последние годы наметились большие инновационные тенденции.

Это и появление сенсорных ультразвуковых систем премиум-класса, внедрение искусственного интеллекта для ускорения, упрощения и улучшения воспроизводимости изображений; а также большой прогресс в качестве изображения, приближающийся к качеству сканирования с помощью компьютерной томографии.  

Кроме того, производители продолжают улучшать общее качество систем, эргономику и рабочий процесс, а также автоматизировать системы не только премиум-уровня, но и портативные решения, которые могут использоваться практически везде. Компании также концентрируют свои усилия на поставках более дешевых и доступных систем в связи с текущим климатом в экономике и реформами в области здравоохранения.

В этом обзоре мы хотим представить вам некоторые из современных тенденции в этой технологической сфере и рассказать о конкретных применениях ультразвуковых систем в здравоохранении.

Интеграция искусственного интеллекта в ультразвуковые технологии

Автоматизация трудоемких задач, количественный анализ и выбор идеального фрагмента изображения из трехмерного набора данных сегодня в лучших системах производится с помощью технологии искусственного интеллекта (artificial intelligence, AI).

Интеграция AI-алгоритмов в программное обеспечение ультразвуковых систем началась несколько лет назад с целью ускорения рабочего процесса. Такие модули встроены, например, в программное обеспечение Siemens eSie Flow для трехмерного анализа состояния клапанов сердца.

В системе Epiq компании Philips используется алгоритм, где искусственный интеллект может автоматически идентифицировать, сегментировать и проводить цветовое кодирование элементов анатомии в поле сканирования.

Он также может выбрать оптимальный вид среза сканирования для различных обследований, извлекая его из трехмерных наборов данных, улучшая воспроизводимость независимо от уровня опыта специалистов по сонографии.

Ультразвуковые системы Philips Epiq и Affiniti используют искусственный интеллект при визуализации во время УЗИ груди, что повышает воспроизводимость и упрощает рабочий процесс.

AI-технологии дают возможность кардиологу указать конкретную структуру, чтобы система могла автоматически вытаскивать все изображения с этой точки зрения, или определить конкретную анатомию и функцию, интересующую врача, вместо того чтобы управлять обширной коллекцией изображений и измерений. Это может сэкономить им критически важное время, которое они теперь могут провести со своими пациентами.

Компания Butterfly Network разработала инновационный портативный УЗИ-сканер iQ, который представляет собой устройство, в котором интегрированы возможности трех типичных УЗИ-датчиков. К этому зонду подключена программная система на базе алгоритмов глубокого обучения, которые помогут овладеть этой технологией врачам почти без опыта.

Врач может использовать этот портативный прибор для сканирования тела пациента, а изображение визуализируется на экране смартфона или планшета. Поскольку это устройство объединяет три датчика в одном, врач не должен переключать зонд для исследования разных частей тела, что не только удобно, но и экономит время.

Все изображения после этого отсылаются для хранения в облако.

Сегодня Butterfly iQ разрешено к использованию для 13 приложений, включая диагностику опорно-двигательного аппарата, сердечно-сосудистой системы и периферийных сосудов.

В системе Konica Minolta Sonimage HS1

УЗИ: Преимущества и недостатки, показания и противопоказания

Ультразвуковая диагностика (УЗИ) — это малоинвазивный метод исследования внутренних органов, в основе которого лежит способность звуковых волн отражаться от различных структур организма. Этот способ исследования на сегодняшний день является основным в медицинской практике. В данной статье мы расскажем об УЗИ, преимуществах и недостатках, показаниях и противопоказаниях к проведению данного метода исследования, безопасности обследования и т.д.

Спросите врача онлайн

Гарантированный ответ в течение часа

• 1
• 2 История появления ультразвукового исследования.
• 3 Как устроен аппарат ультразвуковой диагностики?
• 4 Принцип работы аппарата УЗИ.
• 5 Виды ультразвукового исследования.
• 6 Преимущества и недостатки метода УЗИ.
• 7 Показания и противопоказания к проведению ультразвукового исследования.
• 8 Подготовка к проведению ультразвукового исследования.
• 9 Безопасность ультразвуковой диагностики.
• 10

Ультразвуковое исследование — это метод визуализации на основе использования высокочастотных звуковых волн для получения поперечных изображений тела. Ультразвуковой датчик направляет ультразвук (ультразвуковые волны) в организм человека. Чтобы волны лучше пропускались вовнутрь, на кожу наносится специальный безвредный гель.

На границе тканей и органов звуковые волны по-разному поглощаются в зависимости от вида ткани, или отражаются. Датчик, который радиолог удерживает на поверхности тела, улавливает отраженные волны, а компьютер их обрабатывает, изображение на экране можно увидеть прямо во время исследования.

Так получают послойное изображение внутренних органов и частей тела в реальном размере.

• + безвредность, отсутствие лучевой нагрузки;
• + возможность изучения большинства органов и систем;
• +
• + доступность и быстрота исследования;
• +
• + безопасность для беременных и детей;
• + отсутствие необходимости инвазивного вмешательства;
• + возможность получения информации в реальном времени;
• + возможность неоднократного повторения процедур для уточнения диагноза, мониторинга течения заболевания, отслеживания динамики лечения;
• + возможность получения объемного изображения (3D) и кадров видеосъемки в режиме 4D.

• — качество исследования зависит от оборудования, на котором проводится исследование, и квалификации врача;
• — субъективность интерпретации полученного изображения;
• — ограничение четкости изображения площадью датчика;
• — более низкое разрешение, чем при МРТ и КТГ;
• — возможность диагностическиз ошибок, так как измерения размеров зависит от угла приложения датчика;
• — необходимость специальной подготовки перед исследованием органов брюшной полости, забрюшинного пространства, матого таза;
• — большое количество помех при исследовании за счет неоднородности внутренней среды организма.

Ультразвук в природе открыл итальянский ученый Ладзарро Спалланцани в 1794 г. Он заметил, что если летучей мыши заткнуть уши, она теряет ориентировку. Ученый предположил, что ориентация в пространстве осуществляется посредством излучаемых и воспринимаемых невидимых лучей. В дальнейшем они получили название ультразвуковых волн.

В 1942 году немецкий врач Теодор Дуссик и его брат физик Фридрих Дуссик попытались использовать ультразвук для диагностики опухоли мозга у человека. Первый медицинский ультразвуковой прибор был создан в 1949 году американским ученым Дугласом Хаури.

Особый вклад в развитие ультразвуковой диагностики внес Христиан Андерс Допплер, который в своем трактате «О коллометрической характеристике изучения двойных звезд и некоторых других звезд неба» написал о возможном существовании важного физического эффекта, он предположил, что частота принимаемых волн зависит от того, с какой скоростью движется излучающий объект относительно наблюдателя, именно это стало основой допплерографии — методики изменения скорости кровотока с помощью ультразвукового исследования.

Если у Вас есть вопросы по поводу применения УЗИ в гинекологии, Вы можете ознакомиться с ответами врачей и ми пользователей по данной теме тут.

Рассмотрим более подробно устройство стандартного аппарата ультразвуковой диагностики. Он состоит из следующих частей:

• ультразвуковой датчик — детектор (преобразователь), который получает и передает звуковые волны;
• центральный процессор — компьютер, который производит все расчеты и содержит электрические источники питания;
• импульсный датчик управления, который изменяет амплитуду, частоту и длительность импульсов, излучаемых преобразователем;
• дисплей отображает изображение, сформированное процессором на основе ультразвуковых данных;
• клавиатура и курсор служат для ввода и обработки данных;
• дисковое хранилище устройства служит для хранения полученных изображений;
• принтер используется для распечатки изображений.

Ультразвуковой датчик — это основная часть любого аппарата УЗИ. Он генерирует и воспринимает звуковые волны, используя принцип пьезоэлектрического эффекта. Датчик преобразователя содержит один или несколько кварцевых кристаллов, которые также называются пьезоэлектрическими кристаллами.

Под действием электрического тока эти кристаллы быстро изменяют свою форму и начинают вибрировать, что приводит к возникновению и распространению наружу звуковой волны. И наоборот, когда звуковая волна достигает кварцевые кристаллы они способны испускать электрический ток.

Таким образом, одни и те же кристаллы используются для приема и передачи звуковых волн. Также датчик имеет звукопоглощающий слой, которые фильтрует звуковые волны, и акустическую линзу, которая позволяет сфокусироваться на необходимой волне. Ультразвуковые датчики бывают самые разные по своей форме и размеру.

Форма датчика определяет его поле зрения, а частота излучаемых звуковых волн определяет глубину их проникновения и разрешение получаемого изображения.

Ультразвуковой аппарат передает высокочастотные (от 1 до 18 МГц) звуковые импульсы в тело человека с помощью ультразвукового датчика. Звуковые волны распространяются по телу и достигают границ между тканями с разным акустическим сопротивлением (например, между жидкостью и мягкой тканью, мягкой тканью и костью).

При этом, часть звуковых волн будет отражена обратно к преобразователю, а другая часть продолжит свой ход в новой среде. Отраженные волны воспринимаются датчиком и передаются в центральный процессор, который служит для обработки полученных данных, формирования изображения и его вывода на монитор.

Процессор вычисляет расстояние от датчика до ткани или органа используя известную скорость распространения звука в ткани и время, за которое к датчику вернулся отраженный эхо-сигнал. Ультразвуковой датчик передает и принимает миллионы импульсов и эхо-сигналов каждую секунду.

Элементы управления датчиком позволяют врачу устанавливать и изменять частоту и длительность ультразвукового импульса, а также режим сканирования устройства.

Существует два вида ультразвукового исследования:

• УЗИ — классическое сканирование внутренних органов с отображением его результатов на экране монитора в режиме реального времени.
• Допплерография — это исследование, которое выполняется на основании эффекта Допплера, согласно которому, длина ультразвуковой волны изменяется при отражении ее от предметов, которые движутся. Допплерография дает возможность оценивать проходимость кровеносных сосудов для оценки кровоснабжения органов.

Преимущества и недостатки метода УЗИ

Ультразвуковое исследование — это сравнительно недорогой и быстрый метод получения изображений внутренних органов, который широко распространен в современной медицинской практике.

УЗИ не подвергает пациента лучевой нагрузке и считается безвредным, но у ультразвукового исследования есть ряд ограничений. Метод не является стандартизованным, и качество исследования зависит от оборудования, на котором проводится исследование, и квалификации врача.

Дополнительное ограничение для УЗИ — это излишний вес и/или метеоризм, что мешает проведению ультразвуковых волн. Ультразвуковое исследование является стандартным методом диагностики, который применяется для скрининга.

В таких ситуациях, когда заболевания и жалоб у пациента еще нет, для ранней доклинической диагностики следует применять именно УЗИ. При наличии уже известной патологии лучше выбрать КТ или МРТ как методы уточняющей диагностики.

Показания и противопоказания для проведения ультразвукового исследования. Области применения ультразвука в медицине чрезвычайно широки.

В диагностических целях его используют для выявления заболеваний органов брюшной полости и почек, органов малого таза, щитовидной железы, молочных желез, сердца, сосудов, в акушерской и педиатрической практике.

Также УЗИ применяется как метод диагностики неотложных состояний, требующих хирургического вмешательства, таких как острый холецистит, острый панкреатит, тромбоз сосудов и т.д. УЗИ является преимущественным методом диагностики при обследовании во время беременности, так как рентгеновские методы исследования могут нанести вред плоду.

В большинстве случаев нет противопоказаний для проведения ультразвукового исследования. Это безвредная методика, которую можно применять даже для исследования состояния внутренних органов беременных женщин и маленьких детей, но есть ряд относительных противопоказаний, среди которых, например:

• кожные заболевания, не позволяющие обеспечить контакт ультразвуковых датчиков с телом пациента;
• ожирение, которое ухудшает визуализацию данных и делает УЗИ менее информативным;
• недержание мочи, при котором не рекомендуется использовать УЗИ, если нужно провести исследование мочевого пузыря.

Подготовка к проведению ультразвукового исследования:

• исследование органов брюшной полости проводится натощак (предыдущий прием пищи не ранее чем за 6-8 часов до исследования). Перед проведением исследования из рациона на 1 — 2 дня следует исключить бобовые, сырые овощи, черный хлеб, молоко. При наклонности к газообразованию рекомендован прием активированного угля по 1 таблетке 3 раза в день, других энтеросорбентов, фестала. При наличии у пациента сахарного диабета допустим легкий завтрак (теплый чай, подсушенный белый хлеб);
• для выполнения трансабдоминального исследования органов малого таза (мочевого пузыря, матки или предстательной железы) требуется наполнение мочевого пузыря. Рекомендуется воздержание от мочеиспускания в течение 3-х часов до исследования или прием 300-500 мл воды за 1 час до исследования;
• при проведении внутриполостного исследования (через влагалище у женщин — ТВУЗИ, или через прямую кишку у мужчин — ТРУЗИ), наоборот, необходимо опорожнить мочевой пузырь;
• ультразвуковые исследования сердца, сосудов, щитовидной железы не требуют специальной подготовки.

Безопасность ультразвуковой диагностики

Диагностический ультразвук широко применяется в клинической практике на протяжении многих лет и не имеет доказанных вредных эффектов. Тем не менее, при неосторожном использовании он способен вызывать повреждающие воздействия.

Сферы клинического применения ультразвуковой диагностики становятся шире, возрастает количество пациентов, которым она проводится, внедряются новые технологии с более высокой акустической мощностью ультразвука, поэтому данное исследование должно проводиться только компетентным персоналом, который обучен и осведомлен в отношении его безопасности. Важно также содержание ультразвукового оборудования в надлежащем техническом состоянии.

Основные принципы безопасного использования ультразвука:

• Ультразвуковое исследование должно использоваться только с целью установления медицинского диагноза.
• Ультразвуковое оборудование должно использоваться только теми специалистами, которые в полной мере знакомы с его безопасной и правильной эксплуатацией.
• Время исследования должно быть настолько коротким, насколько это необходимо для установления диагноза
• Выходная мощность ультразвука должна быть на том максимально низком уровне, на котором это возможно для получения полезной диагностической информации.
• Ультразвуковое сканирование при беременности не должно проводиться с одной лишь целью получения фотографий или видео.

В настоящее время имеется крайне мало информации в отношении возможных скрытых биологических эффектов ультразвука диагностической мощности на развитие человеческого эмбриона или плода, поэтому вероятность его влияния на развитие головного мозга не может быть исключена.

Имеются данные, что ультразвук диагностической мощности может влиять на развитие головного мозга мелких животных, в тоже время экстраполировать эти результаты на людей не представляется возможным.

В любом случае необходимо сохранять баланс между диагностической пользой и риском для пациента.

Ультразвуковая диагностика давно и прочно вошла в нашу жизнь, и сегодня это одна из самых востребованных медицинских процедур. Этот метод прост и доступен, практически не имеет противопоказаний.

УЗИ считается процедурой с высокой степенью безопасности, поэтому не нужно волноваться, если вам назначили ультразвуковое исследование, даже в период беременности. Но следует помнить, что ни одно медицинское вмешательство, даже самое безвредное, нельзя делать без необходимости.

Поэтому прежде, чем пройти процедуру ультразвуковой диагностики, проконсультируйтесь с вашим лечащим врачом.

18. Ультразвук и его применение в медицине

18. Ультразвук и его применение в медицине

Ультразвук представляет собой высокочастотные механические колебания частиц твердой, жидкой или газообразной среды, неслышимые человеческим ухом. Частота колебаний ультразвука выше 20 000 в секунду, т. е. выше порога слышимости.

Для лечебных целей применяется ультразвук с частотой от 800 000 до 3 000 000 колебаний в секунду. Для генерирования ультразвука используются устройства, называемые ультразвуковыми излучателями.

Наибольшее распространение получили электромеханические излучатели. Применение ультразвука в медицине связано с особенностями его распространения и характерными свойствами. По физической природе ультразвук, как и звук, является механической (упругой) волной.

Однако длина волны ультразвука существенно меньше длины звуковой волны. Чем больше различные акустические сопротивления, тем сильнее отражение и преломление ультразвука на границе разнородных сред.

Отражение ультразвуковых волн зависит от угла падения на зону воздействия – чем больше угол падения, тем больше коэффициент отражения.

В организме ультразвук частотой 800—1000 кГц распространяется на глубину 8—10 см, а при частоте 2500–3000 Гц – на 1,0–3,0 см. Ультразвук поглощается тканями неравномерно: чем выше акустическая плотность, тем меньше поглощение.

• На организм человека при проведении ультразвуковой терапии действуют три фактора:
• 1) механический – вибрационный микромассаж клеток и тканей;
• 2) тепловой – повышение температуры тканей и проницаемости клеточных оболочек;
• 3) физико-химический – стимуляция тканевого обмена и процессов регенерации.

Биологическое действие ультразвука зависит от его дозы, которая может быть для тканей стимулирующей, угнетающей или даже разрушающей.

Наиболее адекватными для лечебно-профилактических воздействий являются небольшие дозировки ультразвука (до 1,2 Вт/см2), особенно в импульсном режиме.

Они способны оказывать болеутоляющее, антисептическое (противомикробное), сосудорасширяющее, рассасывающее, противовоспалительное, десенсибилизирующее (противоаллергическое) действие.

В физиотерапевтической практике используются преимущественно отечественные аппараты трех серий: УЗТ-1, УЗТ-2, УЗТ-3.

Ультразвук не применяется на область мозга, шейных позвонков, костные выступы, области растущих костей, ткани с выраженным нарушением кровообращения, на живот при беременности, мошонку. С осторожностью ультразвук применяют на область сердца, эндокринные органы.

Различают непрерывный и импульсный ультразвук. Непрерывным ультразвуком принято называть непрерывный поток ультразвуковых волн. Этот вид излучения используется главным образом для воздействия на мягкие ткани и суставы. Импульсный ультразвук представляет собой прерывистое излучение, т. е. ультразвук посылается отдельными импульсами через определенные промежутки времени.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Ультразвук на службе

В жизни современного человека УЗИ, ультразвуковое исследование, играет огромную роль. Сложно найти человека, которому УЗИ не делали ни разу в жизни. Даже беременным женщинам, которым принято беречься от всех и вся, ультразвуковое исследование назначают с момента обнаружения беременности и далее вплоть до родов.

Суть собственно метода УЗ-диагностики достаточно проста.

Использование пьезоэлектрического эффекта, при котором возникают разные заряды на поверхности кристаллов бария и кварца, при воздействии на них ультразвука, позволяет буквально увидеть на экране изображение органов, сосудов, эмбриона. Эффект достигается за счёт разницы сопротивления волнам ультразвука у различных сред, например тканей и жидкостей.

Самое простое применение ультразвука позволит только определить расстояние между двумя средами, а измерение скорости движения, уже сложное исследование, основанное на эффекте Доплера при ультразвуке, позволяет определить, например, скорость движения крови по сосудам, что широко используется в неврологии, диагностике и других областях медицины. Эффект Доплера в медицине вообще применяться может практически неограниченно широко. Движущаяся среда реагирует на звуковые волны совершенно иначе, появляется эффект «сдвига» частоты, изменение этой частоты и измерение этого изменения позволяют диагностировать сложнейшие и важнейшие заболевания и параметры жизнедеятельности человека. А ранняя и относительно простая диагностика в большинстве случаев является залогом быстрого излечения или купирования болезни.

Плюсы УЗИ очевидны даже не специалистам. Исследование проводится быстро, точно, противопоказаний практически не имеет. Разрешено детям и беременным, взрослым и старикам.

Кроме того, УЗИ, ультразвуковое исследование, вполне может применяться как самостоятельная лечебная процедура. Ультразвук оказывает на человеческий организм совершенно особенное воздействие, результатом которого может стать снижение воспаления, обезболивание, снятие спазмов, рассасывание опухолей различного вида.

Аппараты ультразвукового исследования различаются по своему назначению.

Для обследования различных частей тела и различных органов применяется различная частота звука, именно поэтому для акушерских и гинекологических целей применяется эхотомоскоп, а эхокардиоскоп для исследования сердечной деятельности. Эхоофтальмоскоп, как несложно догадаться, позволяет обследовать глаз, эхоэнцепоскопы предназначены для исследований головного мозга.

Достаточно низкая цена на проведение ультразвукового исследования приводит к огромной популярности этого метода, зачастую он даже не имеет альтернативы.

Для того, чтобы сделать УЗИ не требуется специальной подготовки, за исключением некоторых видов диагностики; при необходимости врач на консультации предупредит вас о принятии определённых мер.

Единственным минусом УЗИ является очередь на диагностику в районных поликлиниках, работающих в системе ОМС. Но опять же, доступная цена на исследование позволяет любому человеку узнать о состоянии собственного здоровья, не отходя от кассы.

Сверхвысокочастотные ультразвуковые волны в эстетической медицине и хирургии

Илья КРУГЛИКОВ, доктор физико-математических наук, Wellcomet GmbH, Karlsruhe (Германия)

Les Nouvelles Esthétiques, Украина / Нувель Эстетик 1 (119)/2020

Сверхвысокочастотный ультразвук основывается на неинвазивном использовании ультразвуковых волн с частотами выше 10 МГц. Лечение с использованием таких ультразвуковых частот применялось в последнее время в различных формах в дерматологии и в эстетической медицине.

Сверхвысокочастотный ультразвук может использоваться в эстетической медицине как самостоятельный эффективный метод лечения либо в сочетании с другими аппаратными методами, различными инъекционными методами лечения, а также как вспомогательный метод в эстетической и пластической хирургии

Аппаратные неинвазивные и минимально инвазивные методы лечения (НММ) широко используются в эстетической медицине.

Хотя большинство из них первоначально были разработаны как самостоятельные методы лечения, они часто также используются в качестве вспомогательных инструментов для достижения усиливающего эффекта в сочетании с основным методом лечения.

Эта тенденция четко прослеживается в неинвазивной и минимально инвазивной эстетической медицине, так как в последнее время все чаще сообщается об успешных комбинациях различных НММ с классическими методами эстетической медицины, такими как филлеры, инъекционный липолиз, лифтинг нитями и липофиллинг. Кроме того, НММ все чаще применяются как суппортивное лечение в эстетической хирургии для улучшения результатов основного лечения, а также для уменьшения побочных эффектов и времени восстановления после лечения.

Для этой цели использовались разнообразные НММ, в том числе интенсивные источники света (различные типы лазеров, некогерентные источники света и светодиоды), радиочастотные волны

в различных вариациях, электромагнитные поля, а также разные виды ультразвука. Применение таких физически различных НММ приводит к образованию разных температурных полей в коже и в подкожной жировой ткани.

Важную роль при реакции обработанной области тела на полученную энергию играют не только пространственно-временные особенности этих температурных полей, но и ряд других параметров, а также некоторые специфические реакции, которые зависят от используемого вида энергии.

В статье мы сосредоточимся на воздействии высокочастотного ультразвука на кожу и подкожные ткани и опишем возможности эффективного использования данного метода в эстетической медицине, а также в эстетической и пластической хирургии.

ИЗВЕСТНЫЙ/НЕИЗВЕСТНЫЙ УЛЬТРАЗВУК

Ультразвуковые волны – это звуковые волны с частотами от 20 кГц до 1 ГГц, которые находятся за пределами слышимого людьми диапазона. Волны с частотами 20–100 кГц называются низкочастотными, а волны с частотой более 10 МГц – сверхвысокочастотными.

Ультразвуковые волны распространяются в водоподобной среде со скоростью почти 1500 м/с, заставляя при этом частицы среды вибрировать в такт с их частотой. Скорость этих частиц намного ниже скорости распространения ультразвуковых волн; при интенсивности 1 Вт/см2 она составляет всего лишь около 10 см/с.

Однако их ускорение может достигать огромных величин – до 7 250 км/с 2. Это означает, что частицы в ультразвуковом поле двигаются очень резко.

Вследствие распространения ультразвука в одной и той же точке ткани возни- кает чередование областей повышенного и пониженного давления. Таким образом, клетки «массируются» в такт ультразвуковой частоте.

В ультразвуковой волне с частотой 10 МГц и интенсивностью 1 Вт/см 2 достигается максимальное дополнительное давление величиной приблизительно 1,7 бар ( равно 170 кПа), что значительно выше атмосферного давления.

Воздействие разночастотных ультразвуковых волн на одну и ту же клетку приводит к разным массирующим процессам с пространственно-отличающимися градиентами давления (рис. 1).

Глубина проникновения ультразвуковых волн в тело также сильно зависит от частоты (рис. 2): чем выше ультразвуковая частота, тем более поверхностно ультразвуковая энергия поглощается в теле.

Толщина слоя половинного ослабления, то есть расстояние, после которого интенсивность звука снижается до 50% от первоначального значения, составляет около 30 мм при частоте ультразвука 1 МГц; около 10 мм при частоте 3 МГц; примерно 3 мм при частоте 10 МГц и менее 1,5 мм при частоте 20 МГц.

Напротив, низкочастотный ультразвук имеет очень большую глубину проникновения, он совсем не поглощается кожей и подкожными жировыми клетками и вследствие этого легко достигает костей.

Поглощение ультразвуковых волн в коже приводит к формированию частотно-зависимых температурных полей.

Такие поля пространственно неоднородны, в результате чего происходит «скачок» на дермально-гиподермальной границе, поскольку звукопоглощаемость кожи и жировой ткани сильно отличаются.

Это приводит не только к значительному увеличению температуры кожи после применения сверхвысокочастотного ультразвука, но и к повышенному температурному градиенту вблизи дермально-гиподермальной границы [2].

На рисунке 3 показаны такие температурные поля в коже и подкожной ткани после воздействия ультразвуковыми волнами на частотах 3 МГц, 10 МГц и 19 МГц, с интенсивностью 10 Вт/см 2 и длительностью воздействия 1 секунда. При таком воздействии супрафизиологические температуры могут возникать не только в коже, но и в подкожной жировой ткани (рис. 3 А).

В то же время клетки вблизи дермально-гиподермальной границы могут подвергаться воздействию мощных температурных градиентов, которые увеличиваются при высоких ультразвуковых частотах (рис. 3 B).

Поскольку эти клетки, известные как дермальные адипоциты [3], обладают особыми свойствами, такой эффект может привести к значительным локальным изменениям структуры и механических свойств кожи и жировой ткани.

Ультразвуковые волны используются на практике с одной частотой, с двумя частотами (двухчастотные ультразвуковые волны) и с недавних пор с тремя частотами (трехчастотные ультразвуковые волны).

Рисунок 4 иллюстрирует типичные сочетания двухчастотной (с частотами 3 МГц и 10 МГц) и трехчастотной ультразвуковой волны (с частотами 3 МГц, 10 МГц и 19 МГц).

В таких многочастотных ультразвуковых волнах происходит переключение между отдельными частотами в течение нескольких миллисекунд, что вызывает дополнительное изменение температурного поля и давления в ткани.

Поскольку ни клетки, ни тканевые структуры не в состоянии реагировать на каждую отдельную ультразвуковую волну за столь короткое время, происходит наложение воздействия отдельных частот в двухчастотных или трехчастотных ультразвуковых волнах, и, таким образом, клетки должны одновременно реагировать на несколько ультразвуковых частот.

Старение кожи и его причины: на что может повлиять высокочастотный ультразвук?

Улучшение внешнего вида кожи, то есть омоложение кожи, является основной целью эстетического лечения. Самый важный вопрос заключается в том, какие уязвимые места кожи являются целевыми и каких конкретно изменений необходимо достигнуть. На этот вопрос не так легко ответить.

Проблема заключается в том, что изменения в стареющей коже очень разнообразны и могут происходить как в разных слоях кожи, так и в подкожной жировой ткани [4, 5].

Однако абсолютное большинство этих изменений является не причиной, а, скорее, следствием старения кожи, что, в свою очередь, может привести к серьезным проблемам в определении омолаживающих процедур.

Например, широко распространенная теория об уменьшении коллагена в стареющей коже привела к объявлению стимулирования коллагена основной целью омолаживающей терапии, в результате чего в настоящее время практически отсутствуют омолаживающие методы лечения, в которых бы не утверждалось, что они это могут.

Однако недавний критический анализ показал, что наиболее уязвимые места находятся в другом месте кожи, и количество коллагена, скорее всего, лишь вторично связано со старением кожи [6, 7].

Напротив, крайне важными параметрами являются структура папиллярной дермы, механические несоответствия между различными слоями кожи и адгезия на дермально-эпидермальной и дермально-гиподермальной границах [7].

На дермально-гиподермальной границе расположены так называемые структуры adiposae papillae, которые имеют сходство с «дермальными папиллами» на дермально-эпидермальной границе.

Эти структуры в основном определяют адгезию между дермой и подкожным жировым слоем и участвуют не только в патофизиологии целлюлита, но и в значительной степени отвечают за старение кожи [7].

Дермально-гиподермальная граница особенно важна на лице, поскольку демонстрирует различную степень адгезии в разных (даже в соседних) жировых компартментах [8, 9]. Только при хорошем механическом соединении на этих границах можно гарантировать, что механические силы, которые деформируют поверхность кожи, направлены именно вовнутрь и не приведут, например, к образованию морщин. Из этого следует, что необходимо отдавать предпочтение таким омолаживающим процедурам, которые, помимо прочего, могут расширять и укреплять вышеупомянутые границы.

Это действительно имеет место при применении сверхвысокочастотных ультразвуковых волн, которые в зависимости от своей частоты стимулируют выработку кавеол в разных клетках и, таким образом, вызывают образование более сильных межклеточных связей.

Кавеолы – это небольшие колбообразные инвагинации клеточной мембраны, которые особенно распространены в клетках, подверженных механическому стрессу, например, в фибробластах, кератиноцитах, эндотелиальных клетках и адипоцитах.

Кавеолы содержат различные виды кавеолина (Cav‑1, Cav‑2 и Cav‑3), которые каузально вовлечены в различные пролиферативные и воспалительные процессы.

Эти структуры играют решающую роль в таких процессах, как адгезия клеток, регулирование их объема, воспаление и синтез коллагена.

Резкое снижение экспрессии кавеолина Cav‑1 является важным фактором при различных заболеваниях кожи, включая развитие фиброза [10, 11] и псориаза [12].

В соответствии с этим, экспрессия кавеолина Cav‑1 может быть важной целью при лечении псориаза [13], гипертрофических рубцов, старения кожи и угрей.

При этом производство коллагена демонстрирует отрицательную корреляцию с содержанием кавеолина Cav‑1 в коллаген-продуцирующих клетках; данная корреляция была четко продемонстрирована при склеродермии, а также в келоидах и гипертрофических рубцах [10, 11]. Кроме того, стимулирование экспрессии кавеолина Cav‑1 приводит к значительному снижению TGF-β и быстрому улучшению при фиброзах [14].

Локальное уменьшение кавеолина Cav‑1 также может стать причиной возникновения воспаления тканей. Одновременно было показано, что стимулированная экспрессия кавеолина Cav‑1 приводит к положительным противовоспалительным результатам [15].

Таким образом, кавеолин Cav‑1 становится важным составляющим при различных дерматологических и эстетических показаниях, а все методы, которые могут эффективно модифицировать кавеолин Cav‑1, могут стать многообещающими вариантами лечения.

Дополнительные возможности воздействия высокочастотного ультразвука на кожу

Развитие супрафизиологических температур в коже и подкожной жировой ткани во время лечения с применением сверхвысокочастотного ультразвука автоматически приводит к локальной эндогенной выработке гиалурона и, таким образом, к накоплению воды и увеличению тургора в обрабатываемой ткани, что проявляется в быстрой кожной реакции.

Кроме того, сверхвысокочастотные ультразвуковые волны могут индуцировать выработку белков теплового шока и эффективно снижать содержание матриксных металлопротеиназ, ответственных за расщепление коллагена [3, 4], что на самом деле напрямую связано со взаимодействием этих молекул с кавеолином Cav‑1.

Белок теплового шока‑32, также известный как гемоксигеназа‑1, который может быть значительно индуцирован высокочастотным ультразвуком, приводит к резкому снижению производства порфирина, а также имеет противовоспалительное действие.

Кроме того, недавно было показано, что высокочастотный ультразвук может значительно увеличить дифференциацию стволовых клеток жировой ткани [16], что является важной информацией при использовании сверхвысокочастотного ультразвука в омолаживающей терапии и липофиллинге.

Вышеописанные супрафизиологические температуры и поля давления, которые образуются в коже во время применения сверхвысокочастотного ультразвука, могут также привести к временному разрыхлению субэпителиальной ткани, причем этот эффект зависит от частоты и интенсивности ультразвука (рис. 5). Такое локальное разрыхление является важной основой для суппортивного применения сверхвысокочастотного ультразвука в инъекционных методах лечения, а также в эстетической и пластической хирургии.

Применение высокочастотного ультразвука в дерматологии и эстетической медицине

Сверхвысокочастотные ультразвуковые волны были успешно использованы в качестве отдельного метода лечения или в сочетании с другими методами, в соответствии с их вышеупомянутыми биофизическими воздействиями в различных областях дерматологии и эстетической медицины.

Благодаря своему сильному противовоспалительному эффекту сверхвысокочастотный ультразвук дает положительные результаты при кожных воспалительных заболеваниях, таких как розацеа, псориаз и различные дерматозы [1]. При этом применение более высоких частот имеет явные преимущества.

Наличие в сверхвысокочастотном ультразвуке дополнительного эффекта уменьшения производства порфирина послужило основой для крайне успешного применения этого метода при различных типах угрей [1, 17]. Также было продемонстрировано, что высокочастотный ультразвук [17] и двухчастотный ультразвук [18] очень эффективны при лечении розацеа.

Вместе с повышенной дифференцировкой адипоцитарных стволовых клеток, которая, например, необходима для эффективного заживления ран [19], все эти факторы обеспечивают высокую эффективность данного метода, особенно в виде двухчастотных или трехчастотных ультразвуковых волн, как при трофической язве, так и при незаживающих посттравматических, послеоперационных и ожоговых ранах [1, 20, 21, 22, 23]. Все это говорит о выраженном регенеративном эффекте данного метода. Сверхвысокочастотный ультразвук демонстрирует также существенную эффективность при лечении различных фиброзов, включая гипертрофические рубцы [1] и радиационно-индуцированный фиброз [24], что главным образом объясняется его влиянием на экспрессию кавеолина Cav‑1 и вышеописанными гистологическими изменениями в субэпителиальной ткани. Эти изменения ответственны в основном за суппортивный эффект сверхвысокочастотного ультразвука в комбинированных применениях с инъекционным липолизом [25]. Данное исследование проводилось на семи пациентах с контралатеральным контролем. Оно показало, что комбинация инъекционного липолиза и двухчастотных ультразвуковых волн не только существенно улучшает результаты лечения по сравнению с простой инъекцией, но также способствует уменьшению боли и, таким образом, значительно улучшает принятие данного метода пациентами.

Применение этого метода до филлерной инъекции приводит к разрыхлению части кожи, которая подвергается лечению, и, следовательно, к лучшему распределению в ней филлера. Сочетание филлеров с НММ все чаще используются на практике [26, 27].

Такие комбинированные процедуры широко используются при подтяжке нитями и липофиллинге в Азии. В то же время следует отметить, что использование сверхвысокочастотного ультразвука после инъекции гиалурона может привести к разрушению филлера и, таким образом, будет контрпродуктивным.

Однако во многих случаях этот метод успешно использовался для коррекции неравномерно введенных филлеров.

Кроме того, двухчастотные ультразвуковые волны также успешно использовались в сочетании с криолиполизом [28], а также с лазерами и высокочастотным током.

Еще одной важной областью применения сверхвысокочастотного ультразвука является эстетическая и пластическая хирургия. Речь идет не только о лучшем заживлении ран и уменьшении рубцов, но и о прямом применении этого метода в липосакции.

Предоперационное лечение с помощью сверхвысокочастотного ультразвука разрыхляет ткань, увеличивая ее способность поглощать тумесцентный раствор, со всеми вытекающими отсюда последствиями для результатов лечения.

Такое разрыхление также приводит к увеличению расстояния между кровеносными сосудами, что уменьшает вероятность образования гематом в хирургическом поле. Кроме того, слепое тестовое применение этой комбинации с контралатеральным контролем продемонстрировало более четкие контуры тела по сравнению с отдельно проведенной липосакцией.

Сверхвысокочастотный ультразвук – это безболезненный метод лечения с очень малым количеством побочных эффектов, который хорошо воспринимается пациентами. Количество противопоказаний для этого метода невелико, что позволяет использовать его для разных возрастных и этнических групп независимо от времени года.

Вывод для практики

• Сверхвысокочастотный ультразвук – это разносторонний аппаратный метод лечения, который может использоваться при различных показаниях в дерматологии, эстетической медицине, а также в эстетической и пластической хирургии.
• Данный метод имеет мало побочных эффектов и очень хорошо воспринимается пациентами.
• Сверхвысокочастотный ультразвук может использоваться в эстетической медицине самостоятельно либо же как суппортивный метод лечения в сочетании с разными другими аппаратными методами.
• Данный метод дает большие преимущества в сочетании с различными инъекциями (например, филлер, липофиллинг, инъекционный липолиз).
• Сверхвысокочастотный ультразвук может быть эффективно интегрирован в различные хирургические процедуры в качестве суппортивного метода, что приводит не только к улучшению результатов лечения, но также к снижению побочных эффектов и времени восстановления после лечения.