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ALESSANDRO ZATI • ALESSANDRO VALENT

Nuove tecnologie in Medicina Riabilitativa

II Edizione

EDIZIONI MINERVA MEDICA

TERAPIAFISICA

TERAPIA FISICA - ZATI 2017 sezione 1.indd 1 26/03/17 18:26

© 2017 – EDIZIONI MINERVA MEDICA S.p.A. – Corso Bramante 83/85 - 10126 Torino Sito Internet: www.minervamedica.it / e-mail: [email protected]

I diritti di traduzione, memorizzazione elettronica, riproduzione e adattamento totale o parziale, con qualsiasi mezzo (compresi microfilm e copie fotostatiche), sono riservati per tutti i Paesi.

ISBN-13: 978-88-7711-907-0


III

AUTORI

Zati alessandroNato a Bologna il 25 giugno 1954, è laureato in Medicina e Chirurgia; specialista in Terapia Fisica e Riabilitazione e in Reumatologia. È docente a contratto presso l’Università degli studi di Bologna nella Scuola di Medicina Fisica e Riabilitazione e nel Corso di Laurea di Fisioterapia. Svolge l’attività di medico ospedaliero e di ricerca presso la Struttura Complessa di Medicina Fisica e Riabilitazione dell’Istituto Ortopedico Rizzoli (Istituto di Ricerca e Cura a Carattere Scientifico) di Bologna.

Indirizzi e-mail: [email protected]; [email protected]

Valent alessandroNato a Torino il 7 maggio 1973, è laureato in Medicina e Chirurgia; è specialista in Medicina Fisica e Riabilitazio-ne. Da sempre appassionato di numerose discipline sportive, si interessa particolarmente di traumatologia, ria-bilitazione sportiva, terapie fisiche applicate alla riabilitazione ed ecografia muscolo-scheletrica. Nella sua pratica clinica si è specializzato nelle tecniche infiltrative ecoguidate articolari e tendinee.

Web Site: www.dottorvalent.it; e-mail: [email protected]


“Nessun uomo può bagnarsi nello stesso fiume per due volte, perché né l’uomo né le acque del fiume sono gli stessi”

Eraclito (Efeso, 535-475 a.C.) in “Peri FusewV” (Sulla Natura)

Nel corso dell’elaborazione della seconda edizione ben presto ci siamo resi conto come un decennio del presente Millennio valga come cento anni del precedente. Abbiamo cercato comunque di seguire la filosofia che ci eravamo proposti nella prima edizione: “mantenere ciò che di vecchio vale ancora ed esplorare ciò che di nuovo vale davvero”. La panoramica della nuova fisioterapia strumentale ci è apparsa tanto vasta che spesso la scelta di escludere qualcosa è stata difficile ma necessaria ai fini didattici.

Il libro, dedicato alla laurea in Fisioterapia e alla specialità in Medicina Fisica e Riabilitazione, ri-prende gli elementi essenziali della Fisica, per approdare, capitolo dopo capitolo, alla comprensione di ciò che la terapia si propone di ottenere. Il linguaggio della Fisica utilizzato è volutamente semplice perché si possa raccordare alle conoscenze di studenti dalla preparazione spesso eterogenea. Tuttavia, ogni concetto è stato processato da ingegneri esperti del settore biomedico e supportato da una minu-ziosa ricerca bibliografica, suddivisa per argomento.

Grati agli studenti degli ultimi dieci anni che dopo aver letto la prima edizione del libro ci hanno esposto le loro curiosità, fornito le loro osservazioni, critiche e consigli, ci rivolgiamo ai nuovi studenti, nella speranza di aiutarli a divenire seri professionisti della materia.

Al essa ndr o Zat iAl essa ndr o Va l ent

PREFAZIONE ALLA SECONDA EDIZIONE


La lista dei ringraziamenti è certamente incompleta, tante sono state le persone che ci hanno aiutato nella realizzazione della seconda edizione di questo volume. Ricordiamo in particolare:

ingegneri: – Ardizzoni Roberto (Emildue, Ferrara);

– Baigorria Carlos (Istituto Ortopedico Rizzoli, Bologna);

– Grazzini Fernando (Easytech Italia, Firenze);

– Luongo Giovanni (Storz Italia, Roma);

– Masotti Leonardo (El.En., Firenze);

– Moracchioli Umberto (Movi, Milano);

– Pascal Adam (Compex, Ecublens, Svizzera);

– Vitulo Silvia (ASA, Vicenza).

dottori/ Professori:– Condello Daniela (Compex Djo s.r.l., Milano);

– Fortuna Damiano (El.En., Firenze);

– Massari Leo (Università, Ferrara);

– Monici Monica (Asacampus, Firenze);

– Moretti-Orsini Gianna (CTR, Bologna)

– Setti Stefania (Igea, Modena).

disegnatori:Dr.sse: Cumani Maria Pia*, Conte Daniela. *Laboratorio di Disegno Anatomico,Dipartimento di Scienze Biomediche e Neuromotorie,Università di Bologna,c/o Istituto Ortopedico Rizzoli – Bologna, Italia.Un ricordo, grato e imperituro, alla prof.ssa Gamberini Giliola, che ci ha prematuramente lasciato.

Si ringraziano, per l’iconografia fotografica, i Poliambulatori: Riacef di Modena e C.T.R. di Bologna.

Si ringrazia, per il contributo economico, l’Azienda IGEA Clinical BioPhysics di Modena.

RINGRAZIAMENTI


Prefazione alla seconda edizione .................... III

1. ONDE ELETTROMAGNETICHE ....... 1

PRINCIPI FISICI E CLASSIFICAZIONE INTERNAZIONALE DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE ................................ 2

Introduzione .............................................. 2Origine delle onde elettromagnetiche ............ 2Caratteristiche fisiche delle onde elettromagnetiche ....................................... 3Interazione delle onde elettromagnetiche con la materia .................................................... 4Rappresentazione ed unità di misura delle onde elettromagnetiche ............................... 5

Bibliografia ................................................. 6

2. FOTOTERAPIA (Terapia con raggi ultravioletti) ................ 9TERAPIA CON RAGGI ULTRAVIOLETTI ........... 10

Introduzione ........................................... 10Generatori di raggi ultravioletti .................. 10Effetti biologici ....................................... 11Parametri e modalità di trattamento ............ 13Indicazioni terapeutiche ........................... 14Protocolli terapeutici con UVB a banda stretta (TL-01) .......................................... 15Controindicazioni .................................... 15

PUVA TERAPIA: TERAPIA CON RAGGI UVA ASSOCIATA A FARMACI ...................... 17

Generatori per PUVA terapia .................... 17Farmaci per PUVA terapia ........................ 17Precauzioni al trattamento ......................... 18Indicazioni terapeutiche ........................... 18Tossicità ................................................ 19Controindicazioni .................................... 19

Bibliografia ............................................... 19

3. TERMOTERAPIA ............................ 21

CLASSIFICAZIONE DELLE TERMOTERAPIE ....... 22Introduzione ........................................... 22

INDICE

RADIAZIONE INFRAROSSA .......................... 24Generatori di raggi infrarossi ..................... 24Effetti biologici ...................................... 25Parametri e modalità di trattamento ............ 25Indicazioni terapeutiche ........................... 26Controindicazioni .................................... 26

ONDE RADIO ........................................... 27Effetti biologici delle onde radio ................ 27

DIATERMIA CON ONDE CORTE (MARCONI TERAPIA) .................................. 29

Generatori di onde corte ......................... 29Effetti biologici ....................................... 29Parametri e modalità di trattamento ............ 30Indicazioni terapeutiche ........................... 33Controindicazioni .................................... 34

DIATERMIA CON MICRO-ONDE (RADAR TERAPIA) ........................................ 35

Generatori di micro-onde ......................... 35Effetti biologici ....................................... 35Parametri e modalità di trattamento ............ 35Indicazioni terapeutiche ........................... 36Controindicazioni .................................... 36

IPERTERMIA TERMOSTATIZZATA .................... 37Effetti biologici dell’ipertermia termostatizzata ....................................... 37Generatori ipertermici computerizzati e termostatizzati ..................................... 39Parametri di trattamento ............................ 42Modalità di trattamento ............................ 43Indicazioni terapeutiche ........................... 44Controindicazioni .................................... 48

DIATERMIA RESISTIVO-CAPACITIVA ............... 49Generatori di diatermia resistivo-capacitiva .... 49Effetti biologici ....................................... 50Parametri di trattamento ............................ 51Modalità di trattamento .......................... 51Indicazioni terapeutiche .......................... 52Controindicazioni .................................... 53

Bibliografia ............................................... 53


X

Effetti meccanici e biologici delle onde d’urto .................................. 103Parametri di trattamento .......................... 105Modalità di trattamento .......................... 106Indicazioni terapeutiche ......................... 106Controindicazioni ed effetti collaterali ....... 109

ONDE D’URTO RADIALI (Radial Shock Wave Therapy) ...................... 111

Caratteristiche fisiche .............................. 111Effetti biologici e indicazioni terapeutiche ..... 111Parametri e modalità di trattamento ........... 112Schemi di trattamento ............................. 113Controindicazioni ed effetti collaterali ....... 106Indicazioni terapeutiche .......................... 113

Bibliografia .............................................. 113

6. ELETTROTERAPIA .......................... 119

BIOFISICA DELLE CORRENTI ELETTRICHE ..... 120Introduzione ......................................... 120Effetti biologici .................................... 120Correnti utilizzate in Fisioterapia ............... 123

ELETTROTERAPIA VEICOLANTE FARMACI: IONOFORESI .......................................... 126

Ionoforesi classica ................................. 126Iontoforesi ........................................... 128Farmaci utilizzati in ionoforesi .................. 128Indicazioni terapeutiche ......................... 128Controindicazioni .................................. 129

ELETTROTERAPIA ANTALGICA O ELETTROANALGESIA ............................. 130

Correnti diadinamiche ........................... 130Correnti interferenziali (di Neměc) ............. 131T.E.N.S. .............................................. 132Elettroanalgesia computerizzata ............... 134Neurostimolazione interattiva (NSI) ........... 135Indicazioni terapeutiche ......................... 138Controindicazioni .................................. 138

ELETTROTERAPIA DI STIMOLAZIONE A BASSA FREQUENZA ............................. 139

Eccitabilità elettrica delle fibre muscolari e nervose ............................................ 139Interazione degli stimoli elettrici con i tessuti eccitabili ............................................. 140Segnali elettrici di stimolazione ................ 141Parametri e modalità si trattamento ........... 143Trattamento dei muscoli normo-innervati ..... 144

INDICE

X

4. TERAPIA CON CAMPI MAGNETICI ................................... 57

BIOFISICA DEI CAMPI ELETTROMAGNETICI .................................. 58

Introduzione ............................................ 58Generatori di campi elettromagnetici pulsati .................................................... 58Effetti biologici ........................................ 58Parametri di trattamento ............................. 61Modalità di trattamento ............................. 63Generatori di campi magnetici statici ........... 76Controindicazioni dei campi magnetici pulsati e statici ........................................ 77

Bibliografia .............................................. 78

5. TERAPIA CON ULTRASUONI ..... 85

BIOFISICA DELLE ONDE SONORE ............... 86Introduzione ........................................... 86Generatori di ultrasuoni ............................ 88Effetti biologici ....................................... 89Parametri di trattamento ............................ 90Modalità di applicazione ......................... 90

ULTRASUONOTERAPIA CLASSICA ................ 92Modalità di trattamento ............................ 92Indicazioni terapeutiche ........................... 93Controindicazioni .................................... 94

ULTRASUONOTERAPIA “A FREDDO” (CRIO-ULTRASUONOTERAPIA) ...................... 95

Generatori di crio-ultrasuonoterapia ............ 95Parametri e modalità di trattamento ............ 95Indicazioni terapeutiche ........................... 96Controindicazioni .................................... 96

ULTRASUONI PULSATI A BASSA INTENSITÀ (LIPUS) ...................................................... 97

Effetti biologici ....................................... 97Modalità di trattamento ............................ 98Indicazioni e controindicazioni .................. 98

ULTRASUONI A BASSA FREQUENZA (LFUS) ... 99Generatori di LFUS .................................. 99Effetti biologici ed indicazioni terapeutiche ........................................... 99Controindicazioni ed effetti collaterali ....... 100

ONDE D’URTO FOCALIZZATE (Extracorporeal Shock Wave Therapy) .......... 101

Caratteristiche fisiche ............................. 101Generatori di onde d’urto focalizzate ....... 101


XI

Trattamento dei muscoli parzialmente o totalmente denervati ........................... 146Elettroterapia di stimolazione neuromuscolare computerizzata (NMES) ......................... 147Indicazioni terapeutiche ......................... 149Controindicazioni .................................. 149

ELETTROTERAPIA DI STIMOLAZIONE CON CORRENTI A MEDIA FREQUENZA: LE CORRENTI DI KOTZ .............................. 150

Parametri e modalità di trattamento .......... 150Indicazioni terapeutiche ......................... 151Controindicazioni .................................. 151

PUNTI MOTORI ........................................ 152Bibliografia ............................................. 153

7. LASER TERAPIA ........................... 157

BIOFISICA DELLA LUCE LASER .................... 158Introduzione ......................................... 158Principi fisici ......................................... 158Generatori di luce laser ......................... 160Unità di misura dei laser ........................ 162Interazione laser e tessuti ........................ 164Effetti terapeutici dei laser ....................... 168Norme generali di trattamento ................. 168Controindicazioni .................................. 169Classi di rischio .................................... 169Laser utilizzati in Fisioterapia ................... 169

LASER DIODICI (A SEMICONDUTTORI) ....... 171Generatori di laser diodici ....................... 171Effetti biologici ..................................... 172Parametri e modalità di trattamento .......... 172Indicazioni terapeutiche .......................... 174Laserterapia diodica multi-sorgente sincronizzata ......................................... 174

LASER AD ELIO-NEON (HE-NE) .................. 177Generatori di laser He-Ne ..................... 177Effetti biologici ..................................... 177Parametri e modalità di trattamento .......... 178Indicazioni terapeutiche ......................... 178

LASER AD ANIDRIDE CARBONICA (CO2) .... 179Generatori di Laser CO2 ........................ 179Effetti biologici ..................................... 179

Parametri e modalità di trattamento .......... 180Indicazioni terapeutiche ......................... 182

LASER NEODIMIO YAG ............................ 184Generatori di laser Nd:YAG ................... 184Effetti biologici ..................................... 184

LASER Nd:YAG AD EMISSIONE CONTINUA (CW) ..................................................... 187

Parametri, modalità di trattamento ed indicazioni terapeutiche ..................... 187

LASER Nd:YAG AD EMISSIONE PULSATA (PW) ...................................................... 189

Parametri e modalità di trattamento .......... 190Indicazioni terapeutiche ......................... 193Regole per la terapia con laser Nd:YAG ... 198Vie ottiche di accesso alle principali articolazioni ......................................... 198Controindicazioni specifiche al laser Nd:YAG .............................................. 202

Bibliografia ............................................. 203

8. TERAPIA VIBRAZIONALE .......... 207

BIOFISICA DELLE ONDE VIBRAZIONALI ..... 208Introduzione ......................................... 208Principi Fisici ........................................ 209Effetti biologici .................................... 209

TERAPIA VIBRAZIONALE WHOLE BODY (WBV) .................................................... 212

Generatori di WBV: le pedane vibranti ...... 212Parametri e modalità di trattamento ........... 212Indicazioni terapeutiche ......................... 215Controindicazioni .................................. 216

TERAPIA VIBRAZIONALE FOCALE (Focal Vibration Therapy, FVT) ..................... 217

Generatori di FVT .................................. 217Parametri e modalità di trattamento ........... 217Indicazioni terapeutiche ......................... 218Controindicazioni ................................... 218

Bibliografia .............................................. 218

APPENDICE

APPROPRIATEZZA CLINICA NEL TRATTAMENTO CON TERAPIE STRUMENTALI .................... 224

INDICE


ONDE ELETTROMAGNETIChE

1ONDE ELETTROMAGNETIChE

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PRINCIPI FISICI E CLASSIFICAZIONE INTERNAZIONALE DELLE ONDE ELETTROMAGNETIChE

2

1 INTRODUZIONE

Le onde elettromagnetiche rappresentano la forma di energia più utilizzata in Fisioterapia. In questo breve capitolo cercheremo di illustrare al lettore, in modo discorsivo, le principali caratte-ristiche delle onde e dei campi elettromagnetici.

Comprendere l’intima natura delle onde elet-tromagnetiche non è un fatto immediato perché il fenomeno non cade direttamente sotto i nostri sensi e ne possiamo percepire solo una piccola parte, quella della luce visibile e dell’infrarosso, l’una, tramite la vista e l’altro tramite la sensa-zione di calore. La descrizione matematica, che permette la trattazione formale e rigorosa dei campi elettromagnetici esula dagli obiettivi di questo libro; per l’approfondimento dell’argo-mento si rimandano i lettori interessati a testi specializzati (Rizzoli 1998, Gettys 1998, Born 2004).

ORIGINE DELLE ONDE ELETTROMAGNETIChE

Tutti i corpi fisici che hanno una temperatura diversa dallo zero assoluto emettono radiazioni elettromagnetiche. D’altra parte, tutti i corpi assorbono radiazioni. Per ogni corpo esiste un potere emissivo e un potere di assorbimento, che sono massimi per una certa lunghezza d’onda che è caratteristica di quel corpo, in quanto dipende dalla sua composizione atomica (Tab. 1-I).

In Fisica, si definisce corpo nero il corpo in grado di assorbire ed emettere ogni tipo di radia-

zione; è un concetto teorico, tuttavia è importan-te perché la maggior parte degli organismi viventi sono rapportabili ad un corpo nero.

Abbiamo detto che l’assorbimento e l’emissione d’energia di un corpo dipendono dalla sua com-posizione atomica; un’altra componente fonda-mentale nella determinazione dell’emissione elet-tromagnetica è la temperatura del corpo stesso.

Esiste una stretta relazione tra la temperatura di un corpo e le lunghezze d’onda della radiazio-ne eventualmente emessa (Tab. 1-II).

In natura, in funzione crescente della tempe-ratura di un corpo, vengono prodotti vari tipi di radiazioni. Al di sotto dei 300 °C l’energia ra-diante emessa è rappresentata da onde a bassa frequenza, la cui parte maggiore corrisponde al lontano infrarosso. A 800 °C il corpo diventa lu-minoso, cioè emette una quantità di radiazioni nel campo del visibile umano; il colore di que-sta luce è francamente rossastro, perché la mag-gior parte dell’energia è emessa con frequenze attorno alla banda dell’infrarosso. Man mano che la temperatura aumenta, la colorazione pas-sa ai toni dell’arancione fino a che, a 3000 °C, che corrisponde all’incirca alla temperatura di un filamento di una lampada ad incandescenza, l’energia irradiata contiene una quantità di on-de con lunghezza sufficientemente corta da far apparire bianco il corpo incandescente, per mi-scellanea di varie gradazioni di colori, dal rosso al violetto.

Oltre queste temperature si ottengono radia-zioni ad altissima frequenza ed altissima energia, fino ai raggi X e i raggi gamma (Fig. 1.1).

2

Tab. 1-I �– Il �rapporto �tra �potere �emissivo �e �potere �assorbente �è �costante �per �ogni �corpo �e �massimo �per �una �determinata �lunghezza �d’onda �che �è �caratteristica �per �quel �corpo.

� � � �POTERE �EMISSIVO �(λ)———————————— � �= �K �(λ) � �POTERE �ASSORBENTE �(λ)

Tab. 1-II �– La �lunghezza �d’onda �delle �radiazioni �emesse �da �un �corpo �sono �inversamente �proporzionali �alla �sua �temperatura �(T).

� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �K �(0,2897) λ max � �= �——————— � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �T°


3

1ONDE ElEttrOmagNEtIChE

1

to è la natura propagatoria del fenomeno, che può avvenire anche in assenza di materia.

Inoltre, i campi elettromagnetici si diffondono nello spazio con una velocità molto elevata che, pur dipendendo dal mezzo materiale attraversato, è con ottima approssimazione vicina alla velocità della luce, cioè pari a circa 3.108 m/s. Al contra-rio, le onde acustiche necessitano di un mezzo materiale per propagarsi, poiché la loro energia si trasmette per differenza di pressione e viaggiano nell’aria a velocità un milione di volte inferiori rispetto alle onde elettromagnetiche.

L’onda elettromagnetica è caratterizzata dalla presenza simultanea di un campo elettrico e di un campo magnetico. I campi elettromagnetici si rappresentano nello spazio tramite vettori che, punto per punto, ne definiscono nel tempo la di-rezione, il verso e l’intensità. Dal punto di vista spaziale i due campi, elettrico e magnetico, sono disposti in maniera ortogonale tra loro; inoltre, la loro intensità è strettamente collegata (Fig. 1.2).

La direzione di propagazione e l ’intensità dell’energia trasportata dall’onda sono definite per ogni punto dello spazio dal vettore di Poyn-ting, ortogonale ad entrambi i vettori di campo elettrico e magnetico.

Una precisa definizione di campo elettroma-gnetico coinvolge lo studio delle equazioni di Maxwell e dei parametri costitutivi dei mezzi in cui avviene la propagazione. Le prime sono relazioni che il campo elettromagnetico e le sue

Il corpo umano ha un comportamento simile a quello di un corpo nero. Considerando la tem-peratura della superficie corporea media di circa 32 °C, la radiazione che il corpo umano emette è localizzabile nel lontano infrarosso. Inoltre, il corpo umano presenta un forte potere assorbente per lo stesso tipo di radiazione.

CARATTERISTIChE FISIChE DELLE ONDE ELETTROMAGNETIChE

Un’onda elettromagnetica può essere con-cepita come una perturbazione che trasporta energia nello spazio, variabile nel tempo; questa perturbazione si diffonde in tutto ciò che la cir-conda, sia nella materia, in tutte le sue varietà atomiche e molecolari, che nel cosiddetto “vuoto cosmico” (Freedman 2008). La nostra stessa vita è possibile grazie alla radiazione elettromagne-tica del sole, che ci regala energia sotto forma di calore e di luce. Non solo: anche una delle forze fondamentali che tengono insieme la materia è di tipo elettromagnetico e le stesse reazioni chi-miche sono riconducibili a fenomeni elettroma-gnetici.

In natura esistono cariche elettriche isolate, positive e negative, mentre non vi sono equi-valenti cariche magnetiche. Si parla, infatti, di corrente elettrica come di flusso di elettroni, ma non di correnti magnetiche, a cui ci si può riferire solo in via teorica, facilitando la risoluzione e la schematizzazione di problemi.

L’aspetto che maggiormente caratterizza le on-de elettromagnetiche ed il campo ad esse associa-

Fig. 1.2 �– �Campo �elettrico �e �campo �magnetico.Z: �direzione �di �oscillazione �dell’intensità �del �campo �elettrico;Y: �direzione �di �oscillazione �dell’intensità �del �campo �magnetico;X: �direzione �di �propagazione �dell’onda �elettro-magnetica.

Fig. 1.1 �– �Spettro �delle �radiazioni �emesse �da �un �corpo �nero �in �funzione �della �temperatura.


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1 TERAPIA FISICA – NuOvE tECNOlOgIE IN mEDICINa rIabIlItatIva

1

sorgenti devono soddisfare, assieme ad altri po-stulati.

I parametri costitutivi descrivono, invece, le reazioni del mezzo materiale alla presenza del campo elettromagnetico, come la polarizzazione elettrica e magnetica degli atomi e delle molecole del mezzo e il trasporto di cariche libere.

Il campo elettrico e magnetico sono sostenuti da un insieme di sorgenti che fungono da gene-ratori e tengono in moto le cariche elettriche da cui nasce il campo stesso. In mancanza di tali sorgenti il campo tende ad estinguersi spontane-amente per la natura dissipativa dei mezzi ma-teriali che attraversa, ai quali il campo cede la propria energia in modo irreversibile. Si fa nota-re che tale aspetto può essere convenientemente usato per trasferire energia e quindi calore ad un corpo.

Tutti i campi elettromagnetici, se non limitati da opportune strutture realizzate con buoni con-duttori elettrici, tendono a diffondersi in ogni di-rezione spaziale.

Si parla di: propagazione libera, quando essa avviene senza essere confinata in una regione li-mitata dello spazio; propagazione guidata, quan-do il campo viene confinato artificialmente in una struttura limitata.

Le strutture che per loro conformazione fisica e geometrica concentrano il campo in una zona dello spazio vengono dette antenne, trasmittenti o riceventi in funzione del loro bilancio energe-tico nel tempo.

Esempio di propagazione libera è la trasmissio-ne via “radio”, ampiamente utilizzata dal settore delle telecomunicazioni e da quello informatico. Un esempio di propagazione guidata si ha dal ca-vo d’antenna televisivo che porta il campo elet-trico ricevuto dall’antenna all’ingresso del sin-tonizzatore del televisore. Tale struttura è anche chiamata guida d’onda o linea di trasmissione ed evita che il campo si propaghi ovunque, con per-dita di energia.

In ambito fisioterapico vi sono molte fisiotera-pie che utilizzano sistemi a propagazione guidata per veicolare energia ai tessuti. Tuttavia, le onde penetrano diversamente nei tessuti in relazione a diversi fattori; tra questi, i principali sono: l’ener-gia intrinseca dell’onda, la frequenza di oscilla-zione, la tipologia del mezzo fisico su cui l’onda incide.

L’energia dell’onda elettromagnetica dipende essenzialmente dalla sorgente che l’ha generata e sappiamo che generalmente le onde ad alta fre-quenza tendono a trasportare quote di energia più elevata rispetto a quelle a bassa frequenza.

Per quanto riguarda la frequenza, si osserva che a parità di energia e di mezzo attraversato, più elevata è la frequenza dell’onda elettroma-gnetica, minore è la sua penetranza nei mezzi fisici. Infatti, le onde con lunghezza inferiore al centimetro (dall’infrarosso alla banda gamma) si diffondono per “quanti” (o fotoni) e si comporta-no quasi come radiazioni corpuscolate, con facile interazione fra gli elettroni e la materia circostan-te, alcune con azione ionizzante (onde ionizzanti dagli UV ai raggi gamma).

Pertanto, le onde con lunghezze d’onda supe-riore al centimetro si diffondono piuttosto facil-mente nella maggior parte dei tessuti; sono infatti assorbite totalmente solo dai materiali ad alto pe-so atomico, come i metalli. Infatti, il campo elet-tromagnetico è in prima approssimazione nullo all’interno dei materiali conduttori, che, di fatto, consentono la trasmissione di correnti solo sulla loro superficie: questo comportamento viene co-munemente chiamato “effetto pelle”.

Questa caratteristica ha fatto sì che le onde centimetriche e metriche si siano rilevate parti-colarmente idonee nelle telecomunicazioni (onde radio), ma come vedremo, anche in Fisioterapia.

Per quanto riguarda il mezzo fisico attraver-sato, esso presenta parametri costitutivi spesso assai differenziati e quindi può fornire risposte diverse alla sollecitazione delle onde elettroma-gnetiche. Vediamone le interazioni.

INTERAZIONE DELLE ONDE ELETTROMAGNETIChE CON LA MATERIA

Nel vuoto teorico la propagazione delle onde elettromagnetiche è uniforme; al contrario, nella materia si determinano diverse interazioni con il mezzo attraversato.

I principali fenomeni che subisce un’onda quando interagisce con un corpo sono vari, i principali sono: riflessione, rifrazione ed assorbi-mento con trasformazione (Fig. 1.3).

– La riflessione è la creazione di un raggio rifles-so come reazione ad un’onda elettromagnetica che si trovi ad incidere sulla superficie di un corpo avente caratteristiche particolari.


5


1

RAPPRESENTAZIONE ED UNITÀ DI MISURA DELLE ONDE ELETTROMAGNETIChE

Le onde elettromagnetiche presentano aspet-ti ben definiti che le accomunano. Se ipotizzia-mo una sorgente monocromatica e stazionaria e rappresentiamo le onde elettromagnetiche in un sistema cartesiano x/y del tipo tempo/ampiezza, esse assumono un andamento sinusoidale, con alcuni elementi caratterizzanti: periodo, lunghez-za d’onda, frequenza ed energia trasportata (Fig. 1.4A, B, C).

– Il periodo (π) è i l tempo impiegato per

– L’angolo di incidenza e l’angolo di riflessione, definiti rispetto alla normale nel punto consi-derato, sono uguali.

– La rifrazione è la deviazione che il raggio subi-sce quando incontra ed attraversa la superficie di interfaccia tra due mezzi diversi; è dovuta alla discontinuità dei parametri costitutivi. Tale fenomeno viene efficacemente sfruttato dalle lenti, che mediante opportuna curvatura della loro superficie, deviano i raggi luminosi mediante rifrazione tra le interfacce aria-vetro-aria nel punto focale.

– L’assorbimento avviene qualora l’onda non rie-sca ad oltrepassare il corpo interposto; l’ener-gia elettromagnetica dell’onda subisce una trasformazione in un’altra forma di energia: la trasformazione più nota è quella in calore.Facciamo notare che tali effetti possono coe-

sistere. Ad esempio, un raggio di luce che incide su uno strato d’acqua origina sia un raggio ri-flesso che un raggio rifratto, e il raggio rifratto che si propaga nell’acqua cede ad essa energia, perdendo intensità all’aumentare dello spazio percorso.

È necessario poi considerare che alcune bande di frequenza, per esempio quella della luce visibi-le e delle frequenze vicine a questa (infrarosso ed ultravioletto), seguono leggi peculiari, cioè le leg-gi dell’ottica. Tali leggi derivano dalla soluzione delle equazioni di Maxwell in mezzi privi di sor-genti del campo elettromagnetico. In particolare, l’interazione di queste radiazioni “luminose” con il substrato è fortemente condizionata dall’aspet-to fisico di quest’ultimo, quale il grado di leviga-tezza ed il colore.

Fig. 1.3 �– �Interazione �delle �onde �elettromagnetiche �con �la �materia: �riflessio-ne, �rifrazione �ed �assorbimento �con �trasformazione �energetica.

Fig. 1.4 �– �A) �Periodo �= �tempo �necessario �per �compiere �un’oscillazione �com-pleta �dell’onda; �B) �Lunghezza �d’onda �= �spazio �percorso �dall’onda �in �un �periodo; �C) �Frequenza �= �numero �dei �periodi �in �un �secondo.

A

B

C


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1 TERAPIA FISICA – NuOvE tECNOlOgIE IN mEDICINa rIabIlItatIva

1

un’oscillazione completa dell’onda; nel siste-ma m/k/s si esprime in frazioni o multipli dei secondi.

– La lunghezza d’onda (λ) è lo spazio percorso dall’onda in un periodo: si misura in metri.

– La frequenza (ν) è il numero di oscillazioni dell’onda (cicli) nell’unità di tempo, cioè al se-condo, e si misura in Hertz (1 Hz = 1 ciclo/s). Periodo e frequenza sono quindi uno il reci-proco dell’altra.In un’onda elettromagnetica la frequenza (ν) e

la lunghezza d’onda (λ) sono grandezze correlate. Infatti, la velocità delle radiazioni elettromagne-tiche si può supporre costante ed uguale a quella della luce (c = 3.108 m/s).Velocità (c) = lunghezza d’onda (λ) x frequenza (ν)

Per cui, conoscendo o la frequenza o la lun-ghezza d’onda, si può facilmente determinare il parametro mancante.

Vi sono radiazioni a lunghezza d’onda molto piccola, dell’ordine del picometro (10-12 m) e on-de dell’ordine del km (Tab. 1-III).

Strettamente legata alla frequenza ed alla lun-ghezza d’onda è l’energia trasportata dall’onda elettromagnetica: onde con frequenza molto alta trasportano energie elevate e viceversa; a titolo indicativo elenchiamo possibili livelli energetici trasportati da onde elettromagnetiche a diversa frequenza/lunghezza d’onda (Tab. 1-IV).

Al termine di questo capitolo introduttivo, ci rendiamo conto di aver detto ancora poco delle onde elettromagnetiche. Tuttavia, auspichiamo che quanto esposto sia utile a meglio comprende-

Tab. 1-III �– Multipli �e �sottomultipli �del �metro.

1 METRO

MULTIPLO (X) SOTTOMULTIPLO (:)

SCALAESPONENZIALE SIGLA

� X � 1.000.000.000.000 1012 Tera �(T)

� X � 1.000.000.000 109 Giga �(G)

� X � 1.000.000 106 Mega �(M)

� X � 1.000 103 Kilo �(k)

� : � � 1.000 10–3 Milli �(m)

� : � 1.000.000 10–6 Micro �(m)

� : � � 1.000.000.000 10–9 Nano �(n)

� : � 10.000.000.000 10–10 Angstrom �(Å)

� : � � 1.000.000.000.000 10–12 Pico �(p)

Tab. 1-IV �– �Spettro �elettromagnetico: �lunghezza �d’onda �ed �ener-gia �trasportata �dalle �radiazioni.

LUNGHEZZA D’ONDA (λ) ONDA E.M. ENERGIA

@ �1 �pm �(10-12) Raggi �g 500 �keV

@ �1 �nm �(10-9) Raggi �X 1 �keV

400 �÷ �100 �nm Raggi �UV 3 �eV

800 �÷ �400 �nm Raggi �visibili 1,5 �eV

800 �nm �÷ �1 �mm Raggi �IR >1 �eV

1 �nm �÷ �6000 �km Onde �radio >1 �eV

re i capitoli successivi, riguardanti l’utilizzazione dei principi della Fisica in Medicina.

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