Physical Medicine & Rehabilitation 三軍總醫院 復健醫學部 李宗穎醫師 肌骨關節超音波原理與應用 Physical Medicine & Rehabilitation 三軍總醫院 復健醫學部 李宗穎醫師

課程內容 超音波的簡介 骨骼肌肉超音波應用 復健介入治療與超音波 肌肉、肌腱、韌帶、軟骨 神經、血管 關節積液、腫瘤 小兒超音波(斜頸) 動態檢測 超音波導引注射抽吸

Ultraound 超音波 人所類能感覺到的聲波頻率範圍在20~20,000Hz, 當頻率超過20,000Hz的聲波稱為超音波 目前超音波診斷常用的頻率一般為1-30MHz Diagnostic Imaging 0 20 Hz 20 kHz 1 MHz 30 MHz Infrared Audible Sound Sound Cleaning

超音波運用 利用超音波來進行探測：這包括超音波聲納、魚群探勘、海底探勘、超音波流速流量計、超音波測距、材質內有無氣泡。

超音波運用 利用超音波於工業加工：包括超音波金屬焊接、超音波塑料焊接、超音波洗淨機、超音波霧化器、超音波加溼器。

超音波運用 利用超音波於動力驅動：如超音波馬達，這種馬達可能可以做得和鉛筆一般粗細，但是卻有和一般電風扇一樣大小的輸出馬力。 1. 小型輕量, 無齒輪組,低速, 高扭力 2. 無電磁雜音(靜音) 3. 高精準度

醫療超音波應用 醫學用超音波 診斷用- 測距(眼科)、超音波影像掃描 治療用 物理治療 - 超音波治療儀 腫瘤高熱治療、超音波碎石機 牙科超音波洗牙

超音波的產生    電流刺激 *探頭晶體利用壓電材料製成 Piezoelectric transducers, such as(Barium Titanate) or Zierconate Titanate , PVDF , PZT+PVDF   電流刺激 壓電晶體形狀改變 超音波 超音波掃描探頭又稱換能器, 其主要元件為壓電晶體構成, 凡是具有壓電效應的晶體稱為壓電晶體, 是由法國皮耶居禮最早發現石英具有此效應 壓電效應是當電流刺激壓電晶體時, 會改變晶體形狀, 不斷的瞬時改變形狀即會發生振動而產生音波, 將振動頻率控制在超音波的頻率範圍時產生的音波即為超音波

Velocity 聲速 指聲波在介質中單位時間內傳播的距離, 其快慢與介質之密度, 彈性, 溫度, 壓力強度及存在的雜質有關 聲波的傳播速度在氣體中較慢, 固體中最快 Pressure maximum 速度(V) = 頻率(f)×波長()

音波傳導速度 Mercury 1450 Castor Oil 1500 PZT 4000 Steel 5850 Velocity of Ultrasound in Various Materials (m/s) Biological Material Non-Biological Material Air 331 Mercury 1450 Fat 1,450 Castor Oil 1500 Water 1,495 PZT 4000 Soft Tissue 1,540 Steel 5850 Blood 1570 Kidney 1,561 Muscle 1,585 Bone 4,080

Frequency (頻率) 單位時間內通過介質中某點的完整疏密波的數目, 通常以赫茲(Hertz, Hz)表示, 1Hz即每秒振動1周(c/s) 頻率愈高, 波長愈短, 能分辨的物體愈小, 則解像力愈高; 相反則解像力較低, 但具較佳的穿透力 Frequency 頻率 Low High Resolution 解析度 Better Penetration 穿透度 Better

Echo 超音波在人體組織間傳遞，若是遇到組織界面，舒密程度改變，會有部份能量反射，我們稱為echo 反射波的強度與界面組織之聲阻抗差異有關，有時會有折射的現象。

Acoustic Impedance – 音阻 Z = × c    音阻=密度＊速度 Material Density (kg m-3) Velocity (m/s) Acoustic Impedance (= rc)  (kg m-2 s-1) Air 1.3 330 429 Water 1000 1500 1.50 × 106 Blood 1060 1570 1.59 × 106 Brain 1025 1540 1.58 × 106 Fat 925 1450 1.38 × 106 Muscle 1075 1590 1.70 × 106 Bones (varies) 1908 4080 7.78 × 106 PZT Transducer 7650 3791 29.0 × 106 Quartz Transducer 2650 5736 15.2 × 106

機械式探頭 用一個或數個轉動的晶體振動來作掃描, 或做旋轉來作掃瞄。 比扇形電子掃描器價格便宜得很多。 在手上會感覺變換器運動時的輕微振動。 焦點距離不能如電子式般地更改。

 電子式探頭 32-128 crystals Transducer 100-500 crystals  電子式設計的探頭又分線形排列, 相位排列及凸形排列, 經由幾十顆或百顆晶體組合而成一單一探頭, 其掃描與聚焦方式都是採用電子控制 聚焦時, 每顆晶體發出的音波時相不同, 其組合效果有如凹透鏡聚焦成像, 掃描時, 不斷的改變透鏡曲度與偏移以移動聚焦位置而組成二維影像畫面, 不同的電子探頭低各種臨床應用所需而作不同設計, 通常影像品質較佳, 故障率較低, 但探頭與主機價格也較高, 高檔的超音波儀器都是採用此種電子式設計 電子式探頭, 其音束的偏移控制, 主要是控制晶體發射的順序及時間 係透過電子開關按一定順序，周期的發射和接收超音波。 。 解析度 linear >CurveLinear>Sector Sector Convex Linear

Lateral Resolution Beam width is narrow enough to be able to resolve these two structures separately. Beam width is too wide to be able to resolve these two structures separately.

Axial Resolution 速度(V) = 頻率(f)×波長() Beam Good Axial Resolution Poor Axial Resolution

Real-time sonography The first real-time scanner, better known as fast B-scanners at that time, was developed by Walter Krause and Richard Soldner, manufactured as the Vidoson® by Siemens Medical Systems of Germany in 1965.

Philips EnVisor 5-12MHz Terason t3000 5-12MHz

超音波 Ultrasonography To see is to believe ATFL tear with hematoma 前距腓韌帶斷裂 Tennis elbow 網球肘

Musculoskeletal Image X-ray MRI Sonography Availability 到處都有 Short duration Low cost 便宜 High resolution of soft tissue 高解像力, 軟組織的標準檢查 Gold standard No irradiation 沒有輻射 No sedation 小兒無需麻醉 Real time 及時性 Portability 輕便移動 Availability 可得性 Low cost (600NT,$450)便宜 Multiple joints evaluation Vascularity 可評估血流 Irradiation 輻射線 Less information of soft tissue 很難評估軟組織 Sedation in young children 小兒需麻醉 High cost 很貴(6500NT,$1800) Long time to wait 排程長 檢查時間長 Operator dependent 操作者技術 Standardization Reproducibility Air penetration 無法穿透空氣 Bone penetration無法穿透骨頭 Jelbert A, Vaidya S, Fotiadis N.Clin Radiol. 2009;64:1119-28.

超音波應用模式 A 模式 (振幅模式 Amplitude Mode) B 模式 (亮度模式 Brightness Mode) M 模式 (運動模式 Motion Mode) D 模式 (杜卜勒模式 Doppler Mode)

A Mode (振幅模式 Amplitude Mode)

B Mode (亮度模式 Brightness Mode) 是以A mode的原理為基礎的，將回音振幅用光點的亮度(brightness)來表示反射波的強弱

M Mode (運動模式 Motion Mode) 是以A模式的原理為基礎的，將回音振幅用光點的亮度來表示，水平軸的位置代表行進的時間。在不改變探頭的位置及方向的情況下，重複進行掃描，每一次掃描結束之後，回音的位置會隨著臟器壁的運動，在垂直方向變化。

D Mode (杜卜勒模式 Doppler Mode) Velocity Turbulence Intensity 速度 (Velocity) 強度 (Intensity) 方向 (Direction) 擾流 (Turbulence) Color Doppler以顏色來表現速度大小, 會有角度及偽像的問題 Power Doppler以顏色來表現紅血球量的多少, 它不會有角度或是偽像的問題

杜卜勒的基礎原理 Transmit Signal (fo) Receive Signal Target Transducer

如何區別在B模式上的彩色訊號 紅色訊號表示接近探頭的血流 藍色訊號表示離開探頭的血流 Jugular Vein High Velocity Transducer = ft = ft + = ft - Color Bar High Velocity Low Velocity Jugular Vein Carotid Artery 紅色訊號表示接近探頭的血流 藍色訊號表示離開探頭的血流

彩色杜卜勒的問題

Power Doppler

Power Doppler

Muscle

Staring night Epimysium: echogenic pattern Perimysium: echogenic pattern, fibroadipose septum Endomysium: hypoechoic pattern,

Longitudinal view: feathering pattern 肌肉 Muscle Longitudinal view: feathering pattern

小腿血腫 Calf hematoma 1114 1001 0216

Muscle Hematoma

肌腱 Tendon

肩旋轉肌腱 棘上肌 supraspinatus (最容易受傷) 棘下肌 infraspinatus 肩胛下肌 subscapularis 小圓肌 tere minor S I S T

旋轉肌腱撕裂傷 Rotator Cuff Tear Full-thickness tear Partial-thickness tear

肌腱全層斷裂Full thickness tear

Rotator cuff tear Normal

Bicipital tendon tear Popeye sign

Bicipital tendon rupture

軟骨 Cartilage Hyaline cartilage: hypoechoic pattern Fibrocartilage: hyperechoic pattern Hyaline cartilage Fibrocartilage

Cartilage grading Gr 0 Gr I Gr II Gr III Gr IV

關節炎

關節病變 D A G E B H C F

關節積液

神經 Nerve Epineurium: echogenic pattern Perineurium: echogenic pattern Endoneurium: hypoechoic pattern

腕隧道症候群 CTS

腕隧道症候群 CTS

Foot avulsion fracture

小腿腫痛

Tumor Ganglion cyst Hemangioma

嬰兒斜頸 下圖所示嬰兒頭部經常維持在向右傾斜的姿勢，並在右側頸部摸到一個鴿蛋大的硬塊，則下列何種方向的頭部活動會受限？ 63

Pediatric sonography Torticollis 嬰兒斜頸(100 I,99 II,98I,96I) 胸鎖乳凸肌攣縮，纖維化 原因不明，可能胎兒不良姿勢或生產影響 發生率: 0.3-2% 常摸到頸部一腫塊，頭偏患側，臉轉對側 頭轉患側受限 患側的臉頰萎縮彎小，肩膀一高一低的現象 常合併髖關節發育不良 DDH(developmental dysplasia of the hip) 常合併內翻足 clubfoot 64

頭偏同側，臉轉對側 65

父母相當擔心腫塊，進一步要排何種檢查? 66

斜頸 Torticolis 問題側 正常側

治療 患側邊頸部肌肉的牽拉運動 患側邊頸部肌肉的按摩 應該吸引向患側上方注視的姿勢 餵奶時頭轉向患側 訓練對側頸部肌力 治療用超音波治療 嚴重者可以手術去除纖維化肌肉

0301 0430 1008

動態檢查及導引治療

Dynamic study Real-time dynamic USG is useful to evaluate ankle impingement due to osteophyte of arthropathy.

關節抽液 診斷 有症狀的關節積液 活動角度受限 嚴重疼痛

貝克氏囊腫超音波導引抽液

超音波導引注射、抽吸

Olecranon bursitis

Poor motion of humeral head Normal Frozen shoulder

42歲男性，右肘腫痛3個月

膝關節 Knee

Osgood-Schlatter disease 活動力大青年,脛骨突（tibial tuberosity）突出，且有壓痛

右膝挫傷

Lipo-hemarthrosis

MRI

貝克氏囊腫 Baker’s cyst 在腓腸肌(G)及半膜肌(S)之間 S G

Ankle My right ankle

腳踝扭傷 Ankle sprain

腳踝扭傷(96II,97I,95II) 80%的扭傷是內翻造成外側韌帶的受傷 旋後外轉（Supination-External rotation） 最常受傷為前距骨腓骨韌帶 (ATFL)

活動角度受限

運動傷害的處理 保護 Protection 休息 Rest 冰敷 Ice application 壓迫 Compression 抬高 Elevation

保護 Protect 促進組織修補 減輕疼痛及承重 協助行走及步態 限制活動 提供支撐 增加功能

後續的復健 止痛促進癒合 電療、熱療 超音波治療 按摩 自主運動 伸展運動 肌力訓練 本體感覺訓練

足踝部復健 關節活動度 拉跟鍵 墊腳尖 抓毛巾 單腳站

1026 0126 1026 0126

Ankle sprain 1026 1026 0126 0126

脛後肌腱炎

治療用超音波的人體效應 超音波的熱效應 超音波的非熱效應 超音波傳入人體時，部分超音波能量會造成所傳遞路徑上的生物組織分子間互相摩擦和鬆弛效應，進而轉化成熱能，造成該局部組織的溫度升高。 超音波的非熱效應 超音波能量很大時，傳入生物組織的超音波會產生（包括輻射壓力、輻射力、聲扭力、聲流、及空化等作用）

物理治療之超音波治療儀 深部熱效應作用(深度超過3公分) 機械性的振波作用（按摩），可增加細胞膜的通透性，增加膠原蛋白生成

Thanks for your attention 感謝聆聽