一种新型电磁放射式冲击波治疗仪的改进研究

申彦魁 李洪涛 皮书高

摘要：冲击波治疗仪不仅具有生物效应，在用其治疗过程中能大大减少降钙素基因相关肽类和P物质等疼痛物质，通过诱导转化生长因子-β1和胰岛素样生长因子-1来促进胶原蛋白的合成和体内血液的循环;还可发挥机械效应，松解减压软组织和黏连，通过空化及代谢激活效应减轻无菌性炎症对局部组织的刺激。冲击波治疗脊柱相关疾病主要是通过脉冲矫正人体脊柱相应结构，这是因为当脊柱发生异常弯曲时，必然会发生脊椎一侧肌肉松弛，一侧肌肉痉挛僵硬，进行矫正治疗是利用治疗枪产生的冲击波，作用于相应的病变组织，促进炎症因子消散，改善局部血液循环，通过冲击波对深部韧带及肌肉组织进行深度的冲击治疗，来刺激弯曲脊柱周围组织，松解局部粘连，缓解周围肌肉的痉挛，加快组织新陈代谢促进弹力纤维形成，最终促进组织的修复和脊柱生理曲度的恢复。因此，冲击波治疗的快速推广可以有效治疗广大的颈腰椎病患者，在这个过程中它的安全性设计显得必不可少。

关键词：脊柱矫正;脉冲矫正;电磁式冲击波;压电效应;

【中图分类号】R4 【文献标识码】A 【文章编号】1673-9026（2022）02-01

1引言

冲击波治疗仪产生的冲击波一般聚焦区都比较小，能量一般都比较高，渗透深度可达3-6CM，因此它的操作复杂性很高，误靶风险比较大。 目前的冲击波治疗仪在使用上都存在一定的安全隐患， 对操作者的规范操作要求较高，不利于技术快速的复制和推广应用， 比如它的触发开关设计不合理，造成工作时触发时机的选择不够智能，容易误触发， 不仅会造成对枪体的损害，降低了治疗枪的预期使用寿命，由于触发时机，还可能会对患者部位造成伤害，还有就是它的治疗探头比较单一，目前主要围绕一些软组织炎症进行的设计，在脊柱疾病的治疗方面，尤其椎旁两侧肌肉组织的松解、脊柱关节矫正，存在一些的设计缺陷，因此针对传统冲击波治疗仪进行改进设计显得十分重要且有意义。

2产品介绍

针对传统冲击波治疗仪治疗枪在安全性设计方面的不足。 我们新设计了治疗枪腔体装有预压传感器、弹簧、螺线管、芯体、压电传感器，工作时挤压治疗探头使预压传感器接收到触发信号，然后开始通过高压电容器对螺线管放电，产生的脉冲电流形成一个很强的脉冲时变磁场，磁化芯体，使芯体具有和脉冲磁场相反的磁性，芯体收到磁力，克服弹簧和空气阻力开始撞击压电传感器，压电传感器具有压电晶体，压电晶体产生收缩效应，发生振动，进而产生冲击波，冲击波通过治疗探头传导到人体，击打结束后，芯体通过弹簧进行复位，本文主要从触发开关、治疗探头两个方面做了研究和设计改进，解决了现有产品在安全性方面的不足，尤其是进行脊柱脉冲矫正治疗方面的严重缺陷。

（1）传统的冲击波治疗仪治疗枪的工作开关安装在手柄内侧，为手动复位开关，开启和关闭时都需要一只手握住枪体，另一只手按下开关， 这种操作造成了两方面的弊端：一、由于开关开启的位置和治疗时手持治疗枪的位置相距较远，无法通过一只手完成治疗枪开启和治疗过程中手持两种状态的切换，造成操作繁琐、使用不方便;二、治疗枪工作开关的按压与治疗枪治疗时对人体的按下方向正好相反，使得无法在治疗枪对准人体治疗部位时再进行开启，而需要在其未接触人体时开启工作，这就导致在治疗枪开启与对准治疗部位开始治疗的这个时间差内，治疗枪内部处在空载运行，在进行“空打”，由于治疗枪使用时频率通常比较高产生的冲击波的能量比较大，能量无法被人踢和治疗部位所吸收，使得能量全部作用在治疗探头上面，时间长了会对治疗探头产生击打的破坏作用，大大降低了治疗探头的使用寿命，其次这段时间治疗探头与人体部位没有良好接触，影响了治疗效果。相关研究[5]表明，在治疗探头与皮肤表面接触不良的情况下，虽然患者会感受到刺痛， 但放射式冲击波产生的能量无法有效传入人体组织内部，导致治疗效果明显降低甚至失败。 因此，保证治疗探头与皮肤的良好接触，是放射式体外冲击波治疗仪发挥治疗效果的必要条件。

改进措施：针对上述不足，我们在治疗探头的正下方增加了压电传感器，替代了传统的手动复位开关。 压电式传感器的核心是基于压电效应，压电效应是指一些电介质在受到某一方向的外力作用而发生弯曲或者伸缩形变，产生内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象，利用电气元件和其他机械把待测的压力转换成为电量。 所以，利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器就叫压电传感器。压电传感器不可以应用在静态的测量当中，原因是受到外力作用后的电荷，当回路有无限大的输入抗阻的时候，才可以得以保存下来。因此，压电传感器完美契合了该场景下的应用。

治疗枪与治疗部位接触时，压电传感器会采集接触力的压力大小信号，反馈给主控制器，当接触力到达主控制器所设定力度后，治疗枪开始触发工作。 这样一方面实现了通过一只手就可以同时实现治疗枪的开启和控制正常治疗，两种状态基本实现了同步， 节约了治疗时间;另一方面，由于治疗枪与人体受治疗部位接触且受到一定挤压力后才开始工作，避免了治疗枪的“空打”，将大大降低了冲击波对治疗探头的损坏作用， 延长了治疗使用寿命， 最重要的是冲击波的释放和与给人体接触部位的大小和挤压力有明显的关系，因此这种方式不仅更安全，而且会更有效。

（2）沖击波治疗仪治疗脊柱相关疾病时，首先要对患者的疼痛部位进行触诊和检查，规避冲击波的禁忌症及注意事项的相关问题，找到腰背部痉挛及疼痛部位，做好标记，然后利用冲击波空化、应力、代谢激活效应，将冲击波治疗仪的治疗探头放置于被标记棘突旁等部位，特别注意治疗枪方向及治疗点应避开脊髓及肺部等，保证冲击波有效地作用于相应的韧带及肌肉。 而传统的冲击波治疗仪治疗枪的治疗探头一般为单压头，与人体的接触面积接近于枪体手持部分的截面积，前端略带锥形，有利于冲击波的聚焦，这种治疗探头在治疗肩周炎、筋膜炎、网球肘等软组织炎症方面有着显著优异的作用。

但是在脊柱相关疾病治疗时，尤其当需要对椎旁韧带及肌肉或者穴位进行冲击时有着先天不足：一、与患者人体接触面积比较大，不能很好地避开脊髓而集中作用到棘突旁韧带等组织上，影响了治疗效果，如果能量主要集中到脊髓，还可能会对其造成伤害，产生不良作用; 二、由于人体背部通过脊柱分成左右两部分，使得传统冲击波治疗仪这种单压治疗探头在治疗脊柱相关疾病时，只能先冲击治疗脊柱的一侧，无法实现脊柱两侧的同时治疗，降低了工作效率;再者，无法直接进行椎旁两侧韧带 肌肉松解和脊柱矫正。 因此，整体限制了冲击波治疗仪在治疗脊柱相关疾病方面的优势发挥。

改进措施：针对上述不足，我们在治疗探头的结构方面进行了充分的研究，设计6中不同规格的U型头，用来与不同年龄段的人群和不同部位的人体脊柱相适应，比如小号U型头可以用来针对小孩的颈椎进行治疗，大号U型头可以针对成年人的腰椎进行治疗。第二个优点是由于治疗探头采用U型结构设计，可以同时击打脊柱两侧的韧带及肌肉等组织，大大提高了冲击波治疗仪这方面的治疗效率;第三个优点是，采用U型头，与患者治疗部位变成两点接触，减少了传统单压头的单点接触面积，大大避免了治疗探头在击打过程中打到脊髓的风险，使得空化、应力等效应更好的作用到局部患病的棘突旁韧带及肌肉，使得治疗更加精准化，提高了治疗效果。

3 系统展望

传统冲击波治疗仪通过其具有的物理效应和生物效应在治疗软组织疾病方面有着先天独特的优势，但是由于工作开关和治疗探头设计的局限性，影响了其进行脊柱相关疾病方面治疗的工作效率和治疗疗效。 通过我们的研究和设计改进，可以大大弥补了这方面的不足，提高了冲击波治疗仪治疗脊柱相关疾病的适用性，拓展了它的适应症，为广大的脊柱病患者带来了福音。

参考文献：

[1]马红霞. 气压弹道式冲击波治疗仪的设计研究[D].青岛大学，2021.

[2]王琪，蒋逢庆.骨科冲击波治疗机的原理与应用[J].中国医疗器械杂志，2010，34（04）：297-299.

[3]王帅，陈凯雄，王震生，刘荣国.基于软组织外科学理论体外冲击波治疗脊柱源性腹痛的疗效观察[J].中国疼痛医学杂志，2020，26（10）：758-762.

[4]功能锻炼结合脊柱矫正枪对老年人CNLBP治疗效果的实验性研究[D].河北师范大学，2020.DOI：10.27110/d.cnki.ghsfu.2020.000147.

[5]赵彻，刘慧力，王照智，冯春.放射式冲击波在软组织中传播特性的有限元分析[J].科学技术与工程，2021，21（20）：8376-8382.

作者简介：申彦魁（1984.07-），男，汉族，河北邯郸人，在职研究生，中级工程师。工作内容：医疗器械技术的研究和开发。