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Les ultrasons utilisés en médecine, ont une fréquence de l'ordre de 0.8 à 3 mégaHertz (million de cycles par seconde). Pour la production d’ultrasons, on utilise l’inverse de l’effet piézo-électrique. Ce sont les courants de haute fréquence qui sont à la base des ultrasons. On fait traverser une lame de quartz, par un courant de haute fréquence soumis à des alternances de charges positives et négatives, le quartz se contracte et se détend, il crée des vibrations mécaniques et émet un faisceau ultrasonore synchrone. Il faut savoir que l'amplitude de l'élongation du quartz varie avec la fréquence du courant. Pour une fréquence déterminée, l'amplitude du déplacement augmente considérablement par rapport aux fréquences inférieures ou supérieures. Cette fréquence (dite de résonance) correspond à la fréquence propre du quartz. Pour obtenir, avec des tensions relativement faibles, des ultrasons assez intenses, on se place à la fréquence de résonance du quartz et on le dispose entre 2 lames d'acier (les U.S. ont la même vitesse de propagation dans ces 2 corps). En pratique, on utilise une mosaïque de cristaux de quartz entre 2 lames parallèles. Le quartz est actuellement remplacé par du titane de Baryum ou de Strontium. Les appareils modernes permettent de rompre rythmiquement les impulsions, ce sont les ultrasons pulsés. Ainsi, une émission pulsée au 5ème comprend une impulsion suivie d'un silence 4x plus long et ainsi de suite... Il nous faut également définir la zone d’action efficace (ERA). Ce paramètre est très important puisqu’il conditionne la durée du traitement. Etant donné que le cristal piézo-électrique ne vibre pas uniformément, la ERA est toujours plus petite que la surface géométrique de la tête de traitement. Cette zone est indiquée sur l’appareil.
Le faisceau d’ultrasons comporte deux zones distinctes :
Les effets des ultrasons ne sont pas encore complètement élucidés mais il est clair, cependant, qu’ils ont des effets sur les tissus organiques. On remarque que l’énergie mécanique est convertie en énergie thermique.
Les vibrations provoquent dans les tissus des compressions alternées à des expansions selon une périodicité correspondant à leur fréquence, ce qui cause des variations de pression. Cet effet mécanique provoque de véritable micromassages qui peuvent aboutir à une dilacération des fibres du tissu conjonctif. Cet effet est appelé, effet fibrolytique ou sclérolytique, mis à profit dans le traitement des adhérences et des cicatrices.
La mesure de la température de la peau et du tissu sous-jacent montre qu'elle augmente au niveau du territoire soumis aux vibrations ultrasonores. Elle s'accompagne évidemment d'une vasodilatation. Simultanément à cette augmentation de la température, se produit une modification de la perméabilité des membranes. L'effet thermique, résulte des frictions moléculaires provoquées par les vibrations. La modification de perméabilité des membranes, s'explique par ces mobilisations moléculaires. Les réactions thermiques se produisent essentiellement aux sites de réflexion (c’est à dire aux niveaux des plans de séparation). Du fait des différences de coefficients d’absorption, des réflexions et des interférences, la production de chaleur dans le champ d’action des ultrasons n’est pas homogène. On compense cette absence d’homogénéité par un déplacement continu du projecteur. Il y a production de chaleur en particulier dans le tissu osseux, les cartilages, les tendons, le tissu musculaire et la peau.
La conductibilité nerveuse peut subir un ralentissement voire une interruption momentanée. Ceci s’expliquerait par une dépolarisation des fibres nerveuses afférentes due à l’effet thermique. Par contre l’effet des ultrasons sur le système nerveux central est assez néfaste. Il apparaît que le système nerveux central est très sensible aux ultrasons, on peut observer des lésions allant de la tuméfaction du cylindraxe à la destruction complète. Dans certains cas, il y a un accroissement de la sécrétion de sérotonine, dont la signification reste obscure.
L'application des ultrasons, non plus sur un tissu humain, mais in vitro, fait apparaître, à condition d'augmenter considérablement la puissance par cm², un effet destructeur important, avec libération de bulles gazeuses dans les tissus : c'est le phénomène de cavitation.
Du point de vue thérapeutique, on peut déjà retenir deux applications principales des ultrasons :
La pénétration dans les tissus, est tributaire de 2 éléments : La fréquence des ultrasons : Aux fréquences élevées, la pénétration est moins profonde. A une fréquence de 1.000.000 de cycles par sec, la demi-distance de pénétration dans les tissus est d'environ 5 cm; à une fréquence de 3.000.000, elle n'est que de 1,5 cm. La demi-distance de pénétration des ondes par rapport à la peau est représentée par le point où le rayonnement a perdu la moitié de son intensité. La perméabilité ou l'impédance acoustique des tissus : La perméabilité aux U.S. diffère d'un milieu à un autre. Les U.S. traversent mieux les tissus cutanés que les muscles qui les absorbent davantage. Cette imperméabilité musculaire est liée à leur structure et à leur contenu protéique. Les muscles bénéficient donc d'un réchauffement privilégié. Un autre phénomène intervient, celui des interfaces. Au niveau des interfaces, déjà évoqués plus haut, la réflexion des U.S. crée une accumulation d'énergie et donc un réchauffement particulier, notamment aux points frontières peau - muscle et, plus intéressant encore, muscle - os. On sait que l'os présente un bon pouvoir d'absorption pour les U.S. qui réussissent à franchir la dernière zone de réflexion.
La technique la plus habituelle consiste à promener la tête à ultrasons sur la zone à traiter, soit par contact direct, soit au travers de la couche d'eau. La tête est mobilisée sans arrêt, avec dans l'application directe, une légère pression. Le mouvement est lent pour prolonger l'effet sur la partie où passe la tête. Le déplacement est circulaire ou rectiligne. Il faut éviter de stationner sur les proéminences osseuses. Il est parfois nécessaire de traiter une toute petite zone. Dans ce cas-là, on procède à une irradiation statique (par opposition à la technique précédente, l'irradiation dynamique). Dans ces cas-ci, on utilise une densité plus faible. C'est pour ces applications statiques que les formes pulsées s'avèrent les plus intéressantes. L'insonation par impulsion élimine l'accumulation de chaleur dans les tissus, conséquence inévitable dans l'application dite continue. On peut dès lors utiliser des intensités plus fortes, sur des proéminences, sans provoquer de douleur dans le périoste.
Les formes pulsées sont particulièrement indiquées pour :
La puissance et la durée de traitement varie en fonction du siège et de la nature de la lésion (ces valeurs sont données à titre indicatives, elles doivent être adaptées au patient) :
Si on utilise la forme pulsée, on peut doubler la puissance. Sous eau, également, on double la puissance. Le temps de traitement, quant à lui, dépend de la surface à traiter et de l'ERA de la tête de l'ultrason. Temps de traitement = (surface à traiter / ERA) x temps d'application Si on doit traiter une lésion profonde et chronique d'une surface de 25 cm², avec une tête d'US de 5 cm² il faudra : (25 / 5) x 90 = 7.30 min de traitement. Les critères d'utilisation sont, en effet, la puissance, la fréquence, la durée, la modulation {continu (stabile) ou pulsé (labile)}. Le choix dépend des circonstances. Ainsi, on utilise une fréquence de 3 mégacycles pour les applications superficielles, tandis qu'un mégacycle servira aux applications plus profondes. Si on prévoit une interface relativement superficielle comme au voisinage d'un os superficiel, on évitera une puissance trop forte, de peur de déclencher des phénomènes de cavitation, par accumulation excessive d'énergie. Lors de l'application des U.S., il faut y associer une mobilisation passive puis active de la zone traitée. Cette mobilisation permet d'utiliser de façon optimale les modifications bénéfiques thermo-induites des propriétés mécaniques du collagène.
Les ultrasons ne doivent jamais être utilisés :
Il faut se méfier de leur application sur des phénomènes inflammatoires et infectieux aigus (en tout cas pas en continu), zones mal vascularisées, greffes récentes et fractures non consolidées. Les ultrasons ont certaines potentialités destructrices. Leur emploi surtout en statique, impose une certaine prudence. Cela peut entraîner une destruction tissulaire, d'abord marquée à la peau, surtout si l'énergie est trop forte et la durée d'application trop longue, (cela n'est pas une raison pour minimiser exagérément l'intensité ou le temps d'application). Il faut, bien entendu, surveiller l'échauffement thermique qui est parallèle à la capacité destructrice des ultrasons. L'accident est rare, l'incident est plus fréquent: mauvaise tolérance, douleur, accentuation des contractures (préférer les formes pulsées), certains malades peuvent ressentir une certaine excitation, parfois une tendance à l'insomnie. Sur des hématomes et des zones inflammatoires, les ultrasons peuvent produire de véritables collections purulentes, septiques ou non. Donc, il sera déconseillé de faire des US en traumatologie fraîche, tant que l'hématome et / ou l’œdème ne sont pas résorbés. De même, on évitera de faire des U.S. sur la tête et sur le tronc. Pour le traitement des rachialgies, on préférera au champ thermique ultrasonore ou électromagnétique, utiliser des courants électriques qui sont plus efficaces et présentent moins de contre-indications.
En continu, l'action antalgique des U.S. est obtenue grâce à la chaleur qui provoque une élévation du seuil douloureux. Cet effet est perdu, en pulsé. Mais nous pouvons faire un U.S. en pulsé qui associe les effets sclérolytiques et antalgiques, à condition d'utiliser des U.S. pulsés à 50 Hz (souvent ½). En effet, une vibration mécanique à une fréquence de 50 Hz produit une antalgie. Cette modalité thérapeutique donne des résultats particulièrement intéressants sur les tendinopathies, les séquelles fibreuses traumatiques, les capsulites et les raideurs articulaires.
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