일반적인 저강도 초음파와 달리 PLIUS는 낮은 강도의 초음파에 주기적(10% ~ 50%)으로 비연속(Pulse)시켜 비열효과를 극대화하고 또 연골, 뼈 등에 저강도 초음파가 침투될 때 발생할 수 있는 경계면에서의 문제점을 해결하기위한 목적으로 사용된다. 근육과 뼈나 연골의 경계면에서는 초음파가 반사되며 이에 따라 정상파 형성에 의한 골막통, 초음파 진입방해 등이 발생할 수 있는 문제점을 해결하는데 비연속 저강도 초음파인 PLIUS를 사용해왔다. 당사에서 사용하는 PLIUS는 특별히 KAIST교수진에 의해 연골, 뼈의 세포대사 기능을 유지하면서도 염증/통증 치료를 극대화할 수 있는 기술을 개발한 데 그 의의가 있다고 할 수 있다. KAIST의 원천기술인 당사만의 독특한 PLIUS 초음파는 그 조건이 까다로워서 구현하기가 쉽지 않은 것이 단점이라고 하겠다. 따라서 당사도 그 조건을 안정적으로 구현할 수 있는 기술을 개발하기위해 약 4-5년에 걸쳐 임상데이터도 축적하면서 동시 제어기술을 개발하기위해 많은 노력을 기울였다. 이러한 노력의 결과로 당시는 2012년 8월 KAIST의 원천기술인 PLIUS 초음파의 안정적 제어기술이 완성된 플리어스 초음파 관절의료기기를 출시하게 되었다. ✔ 일반 PLIUS 의 의료적 적용 PLIUS는 크게 연골치료, 골절치유 촉진, 영구치 재생 등에 적용되고 있으며 향후 적용범위가 많아 질것으로 보인다. • 연골손상 퇴행성관절염 의 연골손상에 많이 활용되고 있다. 동물실험결과 저강도 초음파에 의해 활성화된 연골세포에서 골 혈성 관련 유전자의 발현보다 당 단백이나 제2형 교원질 등 연골 형성 유전자의 발현을 상승시켜 연골의 구조를 유지하고 있는 교원질망을 보호함으로써 연골의 파괴나 분해를 방지하는 효과가 있다고 보고되고 있다(MH Huang, HJ Ding,CY Chai, et al, Effects of sonication on articular cartilage in experimental osteoarthritis, J, Rheumatol, 24, 1978(1997).) 또한 저강도 초음파 자극이 분화된 연골과 골세포의 칼슘흡수를 증가 시킨다는 연구논문도 있다.(Ryaby, J.T.,Bachner, E.J., Bendo J.,et al., 1989, "Low intensity pulsed ultrasound increases Calcium incorporation in both Differentiating cartilage and bone cell cultures," Trans Orthop Res Soc, Vol. 14, pp, 15.) 국내 몇몇 연구진에 의해서도 저강도 초음파가 인체조직에 미치는 생물학적 작용과 치료적 효과와의 상관관계를 임상실험을 통해 세포증식과 유전자의 발현이 높게 나타나는걸 확인 하였다. 이는 저강도 초음파의 물리적 자극이 조골세포의 활성화에 영향을 줄 수 있다는 것을 의미하며 활성화된 조골세포가 연골세포의 재생에 영향을 끼쳐 관절치료에 효과적인 방법이 될 수 있음을 시사하고 있다. • 골절상의 골유합 촉진 골절환자의 대부분이 4-8주면 골유합이 일어나지만 4-10% 정도가 Healing process 가 손상되어 지연유합, 불유합이 발생함으로서 고통을 겪게 된다. 골유합을 촉진하는데 PLUS가 유용하게 활용되고 있으며, PLIUS는 골아세포(골 형성세포)를 자극시켜 세포표면에 존재하는 인테그린이라는 기계수용체 효소가 활성화되어 골 치유에 필요한 단백질을 생성시켜 골절치유를 유도한다. • 치아재생 캐나다에서 치아를 재생시키는 소형 PLUS 초음파 장치를 개발한 앨버타 대학의 태락 엘 비알리 (Tarak El-Bialy)교수는 초음파로 자극하여 치아성장을 촉진시킬 수 있고, 기타 많은 치과 질병에도 효과가 있다고 밝혔다. 초음파 이해 1. 초음파란? 초음파(ultrasonic)는 인간의 귀가 반응할 수 있는 것 이상의 주파수로서 이와 같은 비가청 영역의 음향 진동을 초음파 기술에서는 초음파(Utrasound)라고 부르고 있는데 JIS의 용어 사전에서는 “정상적인 청력을 가진 인간이 청감각을 느낄 수 없을 전도의 주파수(진동수)가 높은 음파(탄성파)" 라고 정의하고 있다. 간단히 설명을 하면 초음파란 음향 진동의 일종으로 우리가 북을 치거나 기타 등의 현을 튕겼을 때 음이 나는 것처럼 음은 무언가가 진동하는 것에 의해 발생하게 되는데, 이 때 진동이 느리면 낮은 소리가 빠르면 높은 소리가 난다. 우리 귀에 들리는 소리는 한계가 있어서 아주 낮은 소리나 높은 소리는 들을 수가 없다. 또한 청능(audibilityl)의 상한선이 개인에 따라 다르므로 가청음의 범위를 16Hz에서 17.000Hz로 정하고 초음파의 주파수는 확실한 구분은 없지만 공학적으로 20.000Hz이상을 초음파라 정의하고 있다. • 주파수에 따른 음파분류 저음파(infrasound) 16Hz이하 음파(sound wave) 16~17,000~20.000Hz 초음파(ultrasound) 17,000~20.000Hz 극초음파(hypersound) 10~100MHz 2. 초음파의 역사 초음파를 최초로 발견한 것은 1840년 미국, 네덜란드 음향 전문가들에 의해 박쥐를 관찰하면서 부터였다. 박쥐가 어두운 동굴 속에서 어떻게 날아다니며 먹이를 먹을 수 있는지에 대해 연구하던 중 박쥐가 2만-20만 Hz의 초음파를 발사하여 반사되어 오는 음파를 감지하여 살아간다는 것을 알았고, 1880년 Pierre Curie와 Paul Jacque Curie가 수정판에 압력을 가하면 전기가 발생하는 압전효과에 대해 처음 기술한 이래 Curie의 친구인 Langevin이 1910년 역압전효과를 이용하여 초음파를 발생시키는 방법을 이용하였으며, 1917년 조그만 물고기가 초음파의 빔 (beam)속에서 헤엄치다. 죽는 것을 보고 처음으로 초음파의 생물학적 효과에 대해 기록한 것을 기점으로 1927년 미국의 물리학자 Wood, RW와 Loomis가 Langevin의 이론적 연구를 토대로 초음파에너지의 생물학적 효과에 대한 연구결과를 출판한 이래 많은 간행물이 등장하였다. 1928년 Woeber K는 초음파가 골경화증 (Osteosclerosis)에 효과가 있다고 믿었으며, 1934년 Naka-(intracutaneous adenocarcinoma)이 발생됨을 주로 독일에서 초음파의 의학적 이용이 시작되고 1940년대 미국에 소개된 이래, haraw, Kobayashi R등은 쥐의 피부에 초음파를 조사한 결과 내피선종 관찰하였다. 1938년 Hirohashi K. Hayashi S들은 초음파를 5분간 조사한 결과 피부 종양이 흡수되었음을 관찰했고, 1944년 Horvath J는 초음파의 의료 이용연구에 관한 책을 출판하는 등 유럽에서 초음파에 대한 연구가 고조되었다 1930년대 주로 독일에서 초음파의 의학적 이용이 시작되고 1940년대 미국에 소개된 이래, 1952년에 미국 물리의학협의회(American Council of Physical Medicine &Rehabilitation)에서 초음파를 공식 물리치료요소로 채택한 이래 초음파 치료는 오늘날 널리 쓰이는 열치료의 하나이다. 3. 초음파의 특성 현재 초음파는 초음파진단기 및 초음파치료기, 치석제거 등의 의료기뿐만 아니라 어군탐지기, 초음파현미경, 초음파세정기, 초음파가공기, 초음파미용기로 까지 활용되고 있으며, 의료용 초음파는 치료, 진단, 수술 등에 이용하는데 물리치료용 초음파는 주로 열효과를 이용하여 연부조직손상의 회복에 이용하고, 진단용은 초음파영상기록에 이용하며 조직파괴용은 수술 및 종양조직파괴용등으로 사용한다. 치료용 초음파의 주파수는 05-50 MHz의 범위를 사용한다. 대개는 075 MHz, 087 MHz, 1,0 MHz, 1,5 MHz, 30 MHz등으로 고정되어 있거나 몇 가지 주파수를 선택하여 사용할 수 있도록 하였으며 08-1 MHz를 많이 사용한다. • 초음파의 물리적 특성 1) 주파수 (frequency) 2) 파장 (wave length) 3) 전파 4) 음파의 속도 (velocity) 5) 초음파의 음장 6) 간섭장 (interference field) 7) 강도 (intensity) 8) 흡수 (absorption) ① 조직의 특성 ② 주파수 ③ 매질의 점성도 (viscosity) ④ 조직의 음향임피던스 (acoustic impedance) 9) 반사 (reflection) 10) 굴절 (refraction) 11) 감 쇄 (attenuation) ① 반가층 (half-value thickness) ② 주파수 ③조직의 성질 • 맥동초음파 (pulsed ultrasound) 맥동초음파는 초음파를 주기적으로 맥동시켜 조직에 전달하는 방법이다. 초음파가 발생되는 기간을 맥동기간(pulseduration)이라 하고 초음파가 발생되지 않는 기간을 맥동간간격 (interpulse interval)이라하며 맥동기간과 맥동간간격을 합한 기간을 맥동주기 (pulse penod)라 한다. 맥동율 (duty cycle)은 맥동기간을 맥동주기로 나눈 값이다. 맥동비 (pulse ratio, mark space ratio)는 맥동기간대 맥동간간격의 비이다. 맥동율 = 맥동기간 / 맥동주기 x 100(%) 맥동초음파는 치료기의 종류에 따라 맥동율이 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 50% 등 다양하며 특히 20%, 25%, 50%를 많이 사용한다. 맥동율 20%로 10분간 치료한다면 실제 초음파가 조직에 전달되는 시간은 2분에 지나지 않고 시간정점강도가 2 w/cm2일 때 시간평균강도는 0.4 W/cm2가 된다. 따라서 0.5 W/cm2의 강도를 유지하려면 연속초음파는 그대로 0.5 W/cm2의 강도를 사용해도 되지만 1:1 맥동초음파는 1 W/cm2, 1:2 맥동초음파는 1,5 W/cm2,1:4 맥동초음파는 2.5 W/cm2, 1.7 맥동초음파는 4 W/cm2의 강도로 치료해야 한다. • 음파영동(phonophoresis) 음파영동은 초음파의 요동에 의해서 약물을 피부를 통해 연부조직으로 이동시키는 방법이다. 대부분의 약물은 피부에서 느리게 흡수된다. 그러나 초음파의 열 효과에 의해서 세포막의 투과성이 증진되고 음향흐름과 같은 기계적 효과에 의해 확산속도가 증가됨 따라 약물의 흡수속도가 촉진된다. 이온도입 (iontophoresis)은 물질의 한 가지 이온만 조직에 침투되고 대개 침투 깊이는 0,1 cm이하로 진피층까지 침투되지만 음파영동은 물질 분자 전체를 약 10 cm, 적어도 5-6 cm 깊이까지 침투시킬 수 있어 골격근과 신경에 영향을 준다. 1950년대 관절염에 hydrocortisone 음파영동치료가 처음 소개된 이래 지난 30여 년간 dexamethasone, cortisol, fluocinolone, lasonil, salicylate, phenylbutazone, lidocaine, carbocaine,penicillin, tetracycline, interferon, 비타민 E등 여러 가지 약물이 음파영동치료에 이용되고 있다. 음파영동치료는 초음파의 종류, 주파수, 강도, 치료시간, 약물 농도 등의 조건을 고려하여 결정해야 한다. 음파영동치료는 조직의 투과성을 증진시켜 약물을 조직으로 도입시키는 치료방법이다. 같은 평균 강도의 맥동초음파와 연속초음파는 생체막 두과성과 이온의 능동수송능력이 같기 때문에 음파영동치료에는 맥동초음파나 연속초음파 어느 것이나 사용해도 효과가 비슷하다. 맥동초음파는 연속초음파보다 투과성이 떨어지는 것으로 알려져 있어 대부분이 연속초음파를 권장하고 있으나 Benson등은 맥동초음파와 연속초음파로 국소마취제 음파영동치료를 한 결과 맥동초음파가 침투력이 좋아서 약물 분자를 더 잘 이동시키고 또한 맥동율이 50%라면 실제로 연속치료때의 반의 강도로 치료할 수 있다고 하여 특정약물은 맥동초음파가 더 효과적이라고 하였다. 따라서 예를 들어 hydrocortisone을 사용하여 염증을 치료하고자 할 때는 맥동초음파를 사용하고, 약물도입과 함께 열 효과를 같이 이용하고자 할 때는 연속초음파를 사용한다. 초음파의 강도는 세포막의 투과성에 영향을 미친다. 3,0 W/cm2의 강도면 세포막의 투과성이 200%정도 증가한다. 따라서 음파영동은 1.0-1.5 W/cm2정도의 비교적 높은 강도를 사용한다. 음파영동의 치료시간으로 Griffin등은 30 cm2당 1분을 제시하였지만 대부분은 치료면적 10 cm2 당 1분을 권장하고 있다. 음파영동치료에 사용하는 약물의 농도와 초음파의 강도가 낮으면 효과가 적거나 없다. 대개 약물의 농도는 1%보다 10%가 훨씬 효과적인 것으로 알려져 있다. 음파영동치료에 사용하는 약품은 윤활성과 점성도가 좋은 연고, 크림, 로션으로 사용하기 때문에 약물자체를 전파매개물질로 쓸 수 있다. 음파영동치료를 한 후에는 환자의 피부와 변환기에 남아있는 약물을 깨끗이 닦아내야 한다. • 초음파전파매개물질(couplant) 전자파와는 달리 초음파 에너지가 조직에 전파되기 위해서는 초음파변환기 표면과 치료부위의 피부 사이에 전파매개물질 (coupling media)이 있어야 한다. 공기 중에서는 초음파에너지가 현저하게 감쇄되고 공기-피부 경계면에서 거의 100%가 반사된다. 현미경으로 겨우 관찰할 수 있을 정도의 아주 미세한 기포가 있어도 초음파의 전파는 현저하게 감소된다. 따라서 초음파변환기와 피부사이에 공기층을 없애 반사를 최소화하고 전도성을 높이기 위해서 전파매개물질을 사용한다. 전파매개물질은 초음파에너지의 전도도 (transmissivity)가 좋아야하고, 거의 무시할 정도의 흡수력 (absorptivity)이 있어야하며, 치료중 피부에 지속적으로 체류할 수 있는 점착성 (viscosity)이 충분하고, 접촉이동치료시 초음파변환기의 이동이 원활하도록 윤활성 (lubricating quality)이 좋아야 한다. 또한 피부자극이 없어야하며 값이 싸고 구하기 쉬워야 한다. 전파매개물질의 온도는 가열양상에 영향을 미친다. 초음파치료는 특정부위의 조직을 선택적으로 가열하기 위해서 사용하기 때문에 이러한 목적을 달성하기 위해서는 전파매개물질의 온도를 적절하게 선택해야 한다. 18℃와 24℃의 미네랄유를 전파매개물질로 사용하여 사람의 대퇴부에 초음파를 한 후 조직의 온도상승 양상을 관찰한 결과 18c에서는 뼈에 가까운 근육 즉 심부조직에서 온도상승이 높게 일어났고, 24℃에서는 뼈에서 멀리 떨어진 조직 즉 표면조직에서 온도상승이 높게 일어났다. • 초음파의 생물학적 효과 1) 열 효과 (thermal effects) 2) 기계적 효과 (Mechanical effects or micr○massage) 3) 화학적 효과 4) 전기적 효과 (Electric effects) • 초음파 발생 장치 (Ultrasound equipment) 1) 초음파의 발생원리 2) 초음파치료기의 구성 ① 전원공급회로 ②진동회로 ③변환기 ④ 압전재 (piezoelectric substance) • 세라믹 압전재(진동자) 제조공정도 • 초음파 진동자 제조공정 4. 초음파의 치료적용방법 • 접촉이동치료 (stroking technique) 초음파 변환기를 피부에 직접 접촉하고 천천히 변환기를 이동하면서 치료하는 방법으로 대부분 이 방법을 사용한다. 접촉이동치료는 이동방향에 따라 수직이동 (perpendicular stroke), 평행이동 (paralell stroke), 회전이동 (circular stroke)방법이 있다. 접촉이동치료는 평편하고 압박을 잘 견딜 수 있는 부위의 치료에 적합하다. 평행이동시 10 cm/s정도로 빠르게 이동하기도 하지만, 변환기의 이동속도는 대부분 2.5 cm/s (1 in/s) 정도로 느리게 이동하며 변환기의 접촉면이 50%씩 겹치도록 한다. 변환기의 접촉이 불량하거나 초음파풀이 부족할 때에는 골막통이 유발된다. 변환기는 피부와 직각을 유지해야하고 누르는 압력도 너무 세거나 약하지 않게 적절하고 일정해야 하며, 변환기와 피부에 초음파 풀을 충분히 발라야 한다. 그러나 초음파 풀을 너무 많이 사용하면 초음파 풀에서 초음파에너지가 흡수되고 매질의 온도가 상승되고 표면조직에서 가열이 일어날 수 있다. 따라서 초음파에너지가 효율적으로 조직에 전달될 수 있도록 초음파 풀을 얇게 발라야 한다. 변환기의 크기에 따라서 적정 치료면적 (filed)이 다르지만 대개 한 치료면적은 약 7.5-1.0 cm2정도를 기준으로 한다. 접촉이동방법은 겹치기 (overlapping stroke)에 따라 국소 온도상승이 약간은 불규칙하게 나타날 수 있지만 비교적 적절하고 균일하게 국소부위를 가열할 수 있으며 또한 근위장의 간섭장, 원위장에서 형성되는 최대강도의 중심부에서 열 집중 (hot spot)이 발생하는 것을 피할 수 있다. • 고정치료 (stationary technique) 고정치료는 변환기와 피부에 초음파 풀을 충분히 바른 다음 변환기를 피부에 직각으로 접촉하고 고정시켜 치료하는 방법이다. 고정치료는 간섭장과 원위장의 빔 중심부에서 열 집중이 일어나고, 가열양상이 불균일하며, 중등도의 강도로도 조직온도가 매우 빠르게 상승되기 때문에 온도조절이 어려워서 그리 많이 이용하지 않는다. 대개 맥동초음파는 1.0W/cm2, 연속초음파는 0.8W/cm2의 낮은 강도로 적은 부위를 치료할 때 사용한다. • 수중치료 (underwater or subaqueous technique) 수중치료는 물을 전파매개물질로 하여 물속에서 초음파치료를 시행하는 방법이다. 그릇에 물을 넉넉하게 채우고 치료부위를 완전히 담근 다음 변환기도 물속에 집어넣어 치료부위와 직각이 되도록 한다. 변환기는 치료부위의 피부로 부터 0.5-5 cm까지 떼기도 하나 대개는 1-2cm정도 거리를 둔다. 이때 물은 기포가 완전히 제거되어야 한다. 따라서 물을 끓인 다음 23.9-33,9 ℃ (75-92℉)까지 식힌 미온수 (tepid water)를 사용하는 것이 바람직하다. 치료중 변환기나 치료부위의 피부에 기포가 있을 때에는 즉시 손으로 닦아내고 알콜을 바른다. 물그릇은 플라스틱이나 고무 등으로 만든 것을 사용해야 한다. 회전욕조 (whirlpool bath)나 금속그릇에서 수중치료하면 초음파에너지가 반사될 뿐 아니라 특히 회전욕조에서는 기포가 많이 생기는 경우가 있기 때문에 이의 사용을 피해야 한다. 수중치료는 뼈가 돌출되어 볼록한 부위, 치료면이 불규칙한 부위 압박을 견디기 어려운 부위의 치료에 적합하기 때문에 주과절부위, 손과 손목 ,발과 발목 신경종 등에 사용하기 좋다. 주관절부위, 손과 손목, 발과 발목, 신경종 등에 사용하기 좋다. • 완충치료 (coupling cushion technique) 완충치료는 초음파 변환기와 피부사이에 완충 물주머니를 끼우고 초음파치료를 시행하는 방법이다. 완충 물주머니는 열에 잘 견디는 얇은 고무나 플라스틱 주머니 (rubber or plastic bag) 또는 콘돔 등을 사용하여 만든다. 공기를 없애기 위해 물을 끓여 미온이 되도록 식히고, 주머니를 접어 안에 있는 바람을 완전하게 빼낸 다음 주머니를 접어서 물속에 다 잠기도록 천천히 집어넣고 조심스럽게 주머니를 펴면서 물을 가득 채운다. 물속에 완전히 잠긴 채 주머니를 약간 짜서 주머니 안에 물이 80%정도만 차게 한 후 출입구를 단단하게 막는다. 치료부위에 완충 물주머니를 올려놓고 미끄러지지 않도록 한 손으로 잡아 고정하고 다른 손으로 변환기를 잡아 완충 주머니위에 직각을 유지하면서 가볍게 접촉하고 조그만 원을 만들어 움직이면서 다른 치료사에게 강도조절 다이얼을 올리도록 한다. 이때에도 변환기, 피부 변환기와 피부에 접촉되는 물주머니에 초음파 풀을 충분히 발라야 한다. 완충치료는 불규칙한 부위나 개방성 창상 등이 있어 접촉치료나 수중치료가 어려운 경우의 치료에 적합하다. 5. 초음파의 치료용량 초음파의 치료용량은 치료부위의 위치 및 크기, 병변의 특성, 치료목적을 비롯하여 초음파의 주파수, 강도, 치료시간 맥동률 등 여러 가지 요인의 특성에 따라 결정해야 한다. • 주파수 3 MHz초음파는 1-2 cm의 표면조직에서 흡수되기 때문에 팔꿈치 등과 같이 피부나 지방층으로 두껍게 덥히지 않은 부위의 치료에 적합하다. 1 MHz초음파는 3-5 cm의 심부조직에서 흡수를 많이 하기 때문에 지방이 많은 조직이나 치료부위가 3-5 cm의 심부조직의 치료에 적합하다. 표적조직이 매우 심부에 있을 때는 반가 층이 10 cm정 도로 매우 긴 0.75 MHz의 초음파를 사용하는 것이 바람직하다. • 강도 (intensity) 초음파치료기에서 환자에게 전달되는 초음파의 강도를 정확하게 계산하고 조절할 수 없기 때문에 출력강도 (W) 변환기의 효과방사면적 (ERA), 주파수, 맥동률, 치료시간 등 여러 가지 요인을 고려하여 치료 강도를 추정한다. 연속초음파는 공간정점강도 (SPI)와 공간평균강도 (SAI)로 나누고, 맥동초음파는 시간정점강도(TPl)와 시간평균강도 (TAI)로 구분한다. 초음파의 강도는 치료목적, 치료부위의 깊이, 병변의 특성, 치료방법, 초음파의 주파수, 맥동 방법 등에 따라 결정해야 한다. 같은 크기의 변환기로 같은 면적을 치료했을 때 고정치료는 이동치료보다 평균 강도가 2배정도 높고, 맥동초음파를 사용했을 때는 맥동 율에 따라 평균 강도가 달라지기 때문에 치료방법에따라 강도를 선택해야 한다. 초음파의 치료강도 범위는 이동치료시 0,5-4,0 W/cm2 고정치료시 1,0 W/cm2이하이지만 대부분 3.0 W/cm2의 공간평균강도를 최대 치료강도로 설정하고 있다. 그러나 경우에 따라서는 0.5 W/cm2 이하의 낮은 강도나 4W/cm2의 높은 강도를 사용하기도 한다. 대개 강한 효과를 얻으려 할 때는 4 W/cm2정도의 최대 강도를 사용하고, 중등도 및 경한 효과가 목적일 때는 2 W/cm2 정도의 중간강도, 매우 경한 효과를 목적으로 할 때는 01-1 W/cm2의 낮은 강도를 사용한다. 치료부위의 연부조직의 두께에 따라 강도를 선택해야 한다. 고관절, 허리 등 심부조직에서 생리학적 효과를 충분히 얻기 위해서는 연속초음파로 1,5-2,5 W/cm2의 강도를 선택한다. 아주 강한 효과를 얻기 위해 3,0-4.0 W/cm2의 높은 강도를 사용하기도 하지만 대부분의 환자들이 불편감을 호소한다. 손목관절과 같이 연부조직이 얇은 부위는 0.5-1.0 W/cm2의 낮은 강도로 생리학적 효과를 충분히 얻을 수 있다. 관절주위조직을 신장시키기 위해서는 높은 강도를 사용하고 통증 및 근경축을 완화시키기 위해서는 낮은 강도를 사용한다. 급성질환은 낮은 강도를 사용하고 만성질환은 높은 강도를 사용한다. 열 효과를 배제할 때는 1.0w/cm2이하의 낮은 맥동초음파를 사용하고, 조직치유 염증질환의 치료에는 낮은 강도의 연속초음파를 사용한다. 치유과정이 느릴 때는 2.0W/cm2이상 높은 강도의 연속초음파를 사용한다. • 시간 (duration) 초음파의 강도 선택과 마찬가지로 치료시간도 치료목적, 치료부위 및 병변의 특성, 초음파의 주파수 등을 고려해야 하지만 특히 변환기와 치료부위의 면적, 치료방법, 맥동 방법 등에 따라 결정해야 한다. 조직온도를 40-45℃까지 올리는데 는 5분이면 충분하다. 따라서 초음파의 치료시간은 5분 또는 그 이하가 적당하다. 강도를 증가시키면 조직온도가 과도하게 올라갈 수 있음으로 치료강도로 치료시간을 보상할 수 없다. 치료용 초음파 변환기의 면적은 대개 5-13 cm2정도이다. 효과방출면적이 1 cm2인 변환기로는 최대 15 cm2의 면적에, 5cm2인 변환기로는 최대면적 75 cm2까지 치료하며 치료면적 1 cm2당 최소 1분 치료하며 총 치료시간은 최대 15분까지 한다. 대개는 변환기의 효과방출면적보다 2배되는 치료부위에 평균 1,5 W/cm2로 5분정도 치료한다. 일반적으로 치료면적 50 cm2를 기준으로 했을 때 관절 주위는 5-10 분으로 치료시간을 충분히 길게 하고, 연속초음파는 최소 3분 최대 10분, 맥동초음파는 최소 5분 최대 15분정도로 한다. 치료부위가 70 cm2일 때는 약 1.5배, 100 cm2일 경우에는 2배 정도 치료시간을 늘려야 한다. 또한 고관절 및 견관절 등 큰 관절은 전면, 후면 측면 등 세부위로 나누어 치료해야하며 측면을 치료할 때 대전자부위는 주의를 기울여야 한다. • 치료 빈도(frequency) 초음파치료의 빈도는 치료의 경과 병변의 특성 등을 고려하여 결정해야 한다. 치료 빈도는 기본적으로 1일 1회 치료하는 방법을 많이 쓰고 있지만 경우에 따라서는 1일 2회, 주당 3회 치료를 권장하기도 한다. 일반적으로 3-4회 치료한 후 뚜렷한 효과가 없으면 그 환자에게는 초음파치료가 적합하지 않음으로 치료를 그만두는 것이 바람직하다. 급성질환은 맥동초음파로 1일 1회씩 6-8일간 치료하고, 만성질환은 연속초음파를 사용하여 격일제로 총 10-12회 치료하는 것이 권장한다. 14회 이상 계속 치료하면 백혈구 및 적혈구의 수가 감소하는 것으로 알려져 있어 대부분의 경우 연속적으로 초음파치료를 시행하는 횟수를 14회로 한다. 따라서 14회 치료한 후 몇 주 쉬었다가 다시 14회 치료하는 방법을 권장한다. • 용량의 변화 초음파 치료중 용량을 변화시킬 필요가 없다는 주장도 있지만 치료반응에 따라 치료용량을 변화시킬 필요가 있다. 첫 치료에서 치료효과가 좋을 때에는 다음 치료에서 같은 용량으로 계속 치료해도 되지만, 치료 전과 후의 경과를 비교하여 치료효과가 없을 때는 용량을 올려주고 오히려 증상이 악화되면 용량을 감소시켜 치료하면서 2-3회 치료 안에 가장 효과적인 치료용량을 구하여 치료한다. 이상적인 치료용량을 구한 후 4회 이상 치료해도 효과가 없을 때는 초음파치료를 중단한다. • 연속 및 맥동초음파의 선택 1) 연속초음파 (CUS) 2) 맥동초음파 (PUS) • 질환에 따른 치료용량 앞서 말한바 와 같이 초음파의 치료용량 은 치료부위의 위치 및 깊이, 치료부위와 변환기 의 면적, 병변의 특성, 치료목적· 초음파의 주파수, 맥동률, 치료방법 등 여러 가지 요인에 따라 결정해야 한다. 6.주의 및 위험 • 주의 1) 공기가 차있는 강 (air-filled cavity) 2) 물이 차있는 강 (water-filled cavity) 3) 생식기관 4) 골단판 (epiphyseal plate) 5) 금속 6) 정상파 • 위험 1) 화상 ① 과용량 (over-dosage) ② 변환기의 느린 이동 (too slow movement of transducer) ③ 변환기의 접촉 불량 ④ 전파매개물질의 부족 ⑤ 공기 2)골막통 3) 쇽크 4) 공동형성 7. 초음파의 치료효과 • 관절 구축, 유착, 반흔 조직의 신장 관절구축은 고정, 외상, 류마티스성관절염, 퇴행성관절염 등으로 관절운동이 제한되고 관절낭, 인대, 건등 관절주위 결합조직이 유착, 반흔형성등의 변화가 일어나 발생한다. 또한 근육의 단축, 다발성근염 (polymyositis), 마비 등으로 근육의 섬유증이 발생하여 구축이 일어나며, 외상, 화상, 공피증 (scleroderma)과 같은 질환 등으로 피부 및 피하조직의 반흔형성으로 인해 구축이 발생한다. 구축조직에 열을 가하면 조직의 온도가 상승하여 교원조직의 점액탄력성 및 분자결합이 변화되고 소성변형을 일으켜 신장력이 증가한다. 실험을 통해 신장운동 중 또는 전 조직온도가 45℃까지 올라가면 조직손상의 위험이 최소화되고 조직의 길이가 최대로 증가되는 열-신장 (heat and stretch)개념을 정립한바 있어 신장운동은 반드시 열 치료와 동반되어야 한다. Jones (1976)는 사람의 콜라겐을 적출하여 0.6 W/cm2로 10분간 초음파를 적용하고 전자현미경으로 관찰한 결과 콜라겐의 길이가 10% 증가했다고 하였다. 특히 다른 열 치료보다 초음파치료가 구축조직의 신장에 더 효과적이다. • 관절 강직의 감소 관절강직의 치료방법은 열 치료, 마사지, 운동치료, 강압에 의한 수동운동, 수술 등의 방법이 있다. 특히 열 치료는 관절강직 및 불편감을 현저하게 감소시킨다. Backlund와 Tiselius에 따르면 조직의 온도가 43℃에 이르면 관절강직이 현저하게 감소하고 10℃만 내려가도 관절 강직이 악화된다고 보고하였다. • 통증 및 근경축 완화 초음파치료로 통증역치가 증가하고 근경축이 완화된다. 통증완화의 기전은 명확하지 않지만 열 효과, 기계적 효과, 전기적 효과가 모두 작용하고 국소충혈, 통증-경축-통증 악순환 고리의 차단, 일시적 신경차단, 통각수용체의 반응변화, 굵은 신경섬유의 활성 증가, 관문조절설, 엔돌핀작용설, 반자극설등으로 설명한다. • 염증수복 및 치유 촉진 초음파의 열 효과와 기계적 효과에 의해 염증-수복반응이 일어나고 급성 및 만성창상의 치유를 촉진시킨다. 급성 기에 열 효과에 의해 비만세포 (mast cell)에서 화학매개체가 방출되어 혈관이 확장되고 세포막의 투과성이 증가되는 한편 기계적 효과에 의해 조직액이 부드럽게 요동치며 세포 및 분자의 운동이 증가된다. 이에 따라 탐식작용이 증가되고 섬유소 분해기전이 활성화되는 등 염증화해 과정을 촉진시켜 수복이 촉진한다. 육아조직이 형성되는 시기에는 초음파치료에 의해 세포막의 투과성이 증가하여 Ca++확산이 촉진되며 세포활성이 증가되고 모세혈관의 증식이 활발해진다. 대식세포가 죽은 백혈구를 포함한 모든 파편을 탐식하고 염증부위로부터 제거되며 또한 섬유모세포가 자극되어 교원조직등 단백합성능이 증가하여 조직의 재생과정을 촉진한다. 재형성기 에서는 초음파치료에 의해 반흔조직과 같은 성숙된 교원조직의 신장력을 증진시킨다. • 칼슘침착의 흡수 초음파가 연부조직에 침착된 칼슘흡수를 도와주는데 효과적이다. 초음파가 칼슘흡수를 촉진하는 명확한 기전은 잘 알려져 있지 않지만 미세맛사지효과에 의해 단백에 결합된 칼슘을 들뜨게 하기 때문인 것으로 생각되며, 임상적으로 칼슘침착 주위조직의 염증을 완화시키고 통증완화 및 기능증진을 도와주는 것은 확실하다. • 살균효과 0.5W/cm2의 낮은 강도로 2분 정도면 대장균(Escherichia coli)을 파괴할 수 있으며 일반적으로 3.5 w/cm2의 높은 강도로 15분간 치료하면 살균 효과가 있다. 세균의 치사용량이 높기 때문에 사람의 세균감염 부위를 살균목적으로 사용하는 데는 문제가 있다. • 골절치유 초음파의 골절치유 효과에 대해서는 논란이 많다. Wadsworth와 Chanmugam은 골절부에 낮은 강도로 초음파치료하면 혈괴가 육아조직으로 진행하는 초기를 제외하고는 가골형성과 유합과정을 방해하지는 않고, 높은 강도에서는 유합과정을 방해한다고 하였다. 그러나 높은 강도에서도 가골형성에 영향을 주지 않을 뿐 아니라 뼈조직의 파괴도 없다는 보고도 있으며, Ardan등은 초음파가 골절치유에 아무런 영향을 주지 않는다고 하였고, Lehmann과 De Lateur은 골절치유에대한 많은 연구가 있어야 한다고 주장하였다. Heckmann 등 (1994)은 67명의 경골간의 폐쇄 및 개방골절을 대상으로 한 이중맹검시험에서 1.5MHz, 1000 pps, 200㎲, 공간평균시간평균 강도 30 mW/c㎡의 맥동초음파가 골절 치유를 촉진시켰음을 보고하는 등 최근 골절 특히 신선골절의 치유를 촉진시키기 위해 맥동초음파가 빈번하게 사용되고 있다. |