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114年:物治技術(2)

關於超音波（ultrasound）與體外震波治療（extracorporeal shockwave therapy）的比較，下列敘述何者正確？

A超音波是機械波、體外震波是電磁波
B體外震波的尖峰壓力（peak pressure）是超音波的10倍以上
C體外震波的頻率遠大於超音波，達20倍以上
D超音波是雙相波（biphase）、體外震波是單相波（monophase）

詳細解析

本題觀念：

本題主要測驗考生對於 治療性超音波 (Therapeutic Ultrasound) 與 體外震波治療 (Extracorporeal Shockwave Therapy, ESWT) 在物理特性上的差異，特別是波的本質、壓力強度、頻率以及波形特徵的比較。

選項分析

  • A. 超音波是機械波、體外震波是電磁波：錯誤

    • 解析：超音波 (Ultrasound) 與體外震波 (Shockwave) 兩者皆屬於聲波 (Acoustic Wave)，也就是 機械波 (Mechanical Wave)，需要介質才能傳遞能量。
    • 雖然體外震波的產生方式有電磁式 (Electromagnetic)、壓電式 (Piezoelectric) 與液電式 (Electrohydraulic) 等機制，但產生的波本身仍是機械能（聲波），而非電磁波。

  • B. 體外震波的尖峰壓力（peak pressure）是超音波的10倍以上：正確

    • 解析：這是兩者最顯著的物理差異之一。
      • 治療性超音波：通常使用連續波或脈衝波，其壓力振幅較低，一般在 0.1 ~ 0.5 MPa (Mega Pascals) 左右（極少超過幾 MPa）。
      • 體外震波：特徵是極短時間內產生極高的正壓，其尖峰壓力通常在 10 ~ 100 MPa (甚至更高，視聚焦式或擴散式而定)。
    • 比較：100 MPa (震波) vs 0.1 MPa (超音波)，差異可達 1000倍。因此，選項敘述「10倍以上」是完全正確且保守的描述。

  • C. 體外震波的頻率遠大於超音波，達20倍以上：錯誤

    • 解析：事實正好相反。
      • 治療性超音波：屬於高頻聲波，頻率通常為 1 MHz 或 3 MHz (即 1,000,000 ~ 3,000,000 Hz)。
      • 體外震波：屬於單次脈衝波，其脈衝持續時間極短（約微秒等級），若分析其頻譜內容，主要能量分布在 低頻範圍 (16 Hz ~ 20 MHz，主頻率通常在 kHz 等級)，或僅以重複頻率 (Repetition Rate, 例如 1-10 Hz) 來描述。
    • 比較：超音波的頻率遠高於震波（MHz vs kHz/Hz）。

  • D. 超音波是雙相波（biphase）、體外震波是單相波（monophase）：錯誤 (或描述不精確)

    • 解析：
      • 超音波：是連續的正弦波 (Sinusoidal wave)，具有對稱的正壓與負壓交替，屬於典型的 雙相 (Biphasic) 震盪。
      • 體外震波：其標準波形為 "N-wave"，特徵是有一個極陡峭的高正壓 (Positive Phase) 隨後緊接著一個較小的負壓/張力波 (Negative/Tensile Phase)。由於它具有正負兩相，物理上屬於 不對稱的雙相波，而非單相波。雖然其正壓部分是主要能量來源，且負壓期較短，但負壓期對於產生「空穴效應 (Cavitation)」至關重要，因此不能稱為單相波。

答案解析

正確選項為 (B)。

體外震波的物理核心特徵就是「高壓、短週期、單脈衝」，其尖峰壓力 (Peak Pressure) 遠大於一般治療性超音波（可達 1000 倍差距）。選項 (B) 的「10倍以上」敘述正確。而選項 (A) 弄錯了波的本質（兩者皆為機械波），(C) 弄反了頻率高低（超音波頻率遠高於震波），(D) 對震波波形的描述不正確（震波亦包含負壓相，為不對稱雙相）。

核心知識點

考生應掌握 ESWT (震波) 與 Ultrasound (超音波) 的四大物理比較重點：

  1. 波的本質 (Nature)：兩者皆為 機械波 (Mechanical/Acoustic wave)。
  2. 壓力 (Pressure)：
    • 震波：極高壓 (High Peak Pressure, ~10-100 MPa)，約為超音波的 1000 倍。
    • 超音波：低壓 (Low Pressure)。
  3. 頻率 (Frequency)：
    • 超音波：高頻 (High Frequency, 1-3 MHz)。
    • 震波：低頻 (Low Frequency, 頻譜主要在 kHz 範圍，或以 Hz 計算擊發頻率)。
  4. 波形 (Waveform)：
    • 超音波：連續正弦波 (Continuous Sinusoidal)，對稱雙相。
    • 震波：單一脈衝 (Single Pulse)，不對稱 (Asymmetric)，包含高正壓與低負壓 (Tensile wave)。

參考資料

  1. Braddom's Physical Medicine and Rehabilitation, Chapter on Physical Agents.
  2. Physical Agents in Rehabilitation, Cameron. (Comparison of US and ESWT properties).
  3. Ogden JA, et al. Principles of shock wave therapy. Clin Orthop Relat Res. 2001. (Discusses peak pressure > 1000x ultrasound).
  4. Mochizuki T, et al. Biological effects of extracorporeal shockwave therapy. J Orthop Surg Res. (Waveform and pressure characteristics).
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