저강도 펄스형 초음파치료기(LIPUS, Low Intensity Pulsed Ultrasound)는 골절 치료, 치근흡수를 유도하는 치과 교정치료, 소실 치아 재생, 반안면 왜소증 아동의 하악 성장 촉진, 척추 디스크 환자의 연골 및 연부 조직 재생, 찢어진 근육의 치료 등 다양한 부위에 사용하는 의료기기다.
LIPUS의 치료 효과에 대한 연구는 1990년대 후반부터 현재까지 국외뿐만 아니라 국내에서도 활발히 수행되고 있으며, 많은 연구를 통해 연골 재생 및 골절 치유에 효과가 입증되어 환자의 골절 치유 기간이 단축되는 것을 확인하였다. LIPUS 기기는 연골 재생 및 골절 치유의 목적으로 미국 FDA의 승인을 받아 선진국을 중심으로 보급되어왔으며, 현재 국내에서도 연골 재생 및 골절 치유를 목적으로 한 다양한 종류의 LIPUS 기기가 판매되고 있다. 이에 따라 국내에서의 LIPUS 기기의 수요는 계속 증가하는 추세이며, 몇몇 의료기기 업체들에 의해 LIPUS 기기를 고급화하기 위한 제품개발이 진행되고 있다.
치료용 초음파
초음파는 사람의 청력 범위(20Hz∼20kHz) 이상의 주파수를 가지는 음향적 압력파(Acoustic Pressure Wave)로서 생체 조직을 통하여 전달되는 기계적 에너지의 한 형태이며, 의학 분야에서 널리 이용되고 있다.
고강도 치료 초음파
고강도 치료 초음파는 조직을 선택적으로 가열하여 괴사를 유발하는 방식으로 종양 치료에 이용된다.
저강도 치료 초음파
저강도 치료 초음파는 고강도 초음파와 유사하게 피하 조직을 가열하여 괴사를 유발하는 방식으로 피부 리프팅에 이용될 뿐만 아니라 스포츠 의학과 근골격 계통의 치료에서 관절 강직과 근경련을 줄이고, 골절 치유 및 연골 세포 재생을 위해 이용되고 있다.
이러한 치료 초음파는 역학적 효과, 공명 효과, 열적 효과의 세가지 물리적인 효과를 이용하여 치료의 대상, 목적 및 특성에 맞추어 다음 표와 같이 사용되고 있다.
저강도 펄스형 초음파 치료기기의 원리
저강도 펄스형 초음파 치료 기기는 골절 치료, 치과 교정 치료, 소실 치아 재생, 연골 및 연부 조직 재생, 초음파 영동법(Sonophoresis)을 이용한 약물 전달 등 다양한 부위에 적용하여 효과적인 치료 방법으로 사용되고 있다. 골절 부위 또는 관절 연골에 저강도 초음파를 방사하면, 물리적인 진동 자극을 가할 경우 조골 세포 및 세포막의 활성화를 일으키게 된다. 이러한 원리로 골절 치유 외에도 손상된 건(Tendon)의 치료, 염증 감소 등의 효과를 얻는다.
골절 치료의 목적인 경우, 일반적으로 1.5MHz의 주파수, 200㎲의 펄스 폭, kHz의 펄스 반복 주파수 30mW/cm2의 조사강도, 50kPa의 음향 압력을 갖는 비집속형 펄스 초음파를 이용한다. 세부 목적에 따라 0.5∼3MHz의 주파수 범위, 30mW∼1W/cm2의 강도 범위 내에서 치료 시간과 펄스 폭 조건을 조절하여 적용하기도 한다.
초음파의 생물리학적 효과
마이크로 마사지 효과
· 미세 세포 구조물(microscopic cell structure)에 대한 소성(loosening) 효과
· 열을 발생시키는 마찰(friction) 효과
· 액체 매질 속에 있는 입자들의 진동(oscillation) 효과
· 세포막을 통과하는 확산(diffusion)의 촉진 효과
· 세포 간 마사지(intracellular massage) 효과
· 생화학적으로 활성화된 복합 분자에 대한 억제효과
· 신경이나 근육 또는 교원 간질(collagen cement)을 구성하는 단백질에 대한 해축(depolymerisation) 효과
· 단백질들과 결합하고 있는 칼슘의 흥분성 증대 효과
· 세포 내외의 교질성 물질(colloidal substance)에 대한 점성의 가역성 효과
· 특성 약물의 침투 효과(초음파 영동법)
· 신경이나 순환기전에 대한 효과
· 공동(cavity)의 생성 효과
신경 조직에 미치는 효과
초음파 강도와 신경전도 속도의 관계
· 초음파 강도가 0.5W/cm2 정도일 때는 운동 신경의 전도 속도가 증가
· 초음파 강도가 1-2 W/cm2 정도일 때는 신경의 전도 전도 속도가 감소
· 초음파 강도가 3W/cm2 정도일 때는 신경의 전도 속도가 증가
초음파에 의한 신경조직의 변화
· 신경의 세포체(cell body)는 대뇌피질(cerebral cortex) 보다 초음파에 더 민감
· 백질(white matter)은 대뇌피질보다 초음파에 더 민감
· 각종 섬유로(fiber tract)들은 세포핵보다 초음파에 의한 손상에 더 민감
· 백질에 있는 섬유들은 신경세포와 파괴가 없는 상태 에서도 손상이 일어날 수 있음
· 모든 신경의 구성 성분 파괴되어도 순환계는 파괴되지 않을 수 있음
화학적 효과
초음파는 당의 전환(inversion of sugar)이나 가수분해(hydrolysis) 그리고 과포화된 용액(supersaturatedsolution)의 결정화(crystallisation)를 일으키는 효과를 갖고 있다. 이런 효과들은 초음파의 기계적 혹은 열적 효과들이 직/간접적으로 영향을 미쳐 일어난다.
전기적 효과
초음파는 전해질 용액에 영향을 미치기 때문에 고체 분자와 전해질 용액 사이의 얇은 이온 층에 교란을 일으킴으로써 전기적 효과가 나타난다.
약물에 대한 효과
초음파 빔은 매질이나 현탁액 속에 녹아 있는 약품을 피부를 통하여 피부밑에 있는 조직들에 침투시킬 수 있다.
※ 초음파 영동법 (Phonophoresis) ※
초음파 적용으로 인한 세포의 투과성 변화를 이용하여 약물을 조직에 침투시키는 방법으로 10%정도의 농도의 약물을 표면조직인 상피나 진피의 전달해야 하는 경우에는 1.5~3MHz의 고주파를 사용하고, 약물의 침투 깊이를 깊게 해야 할 경우에는 이보다 낮은 주파수를 선택한다.
