一種新型電磁放射式沖擊波治療儀的改進研究

申彥魁 李洪濤 皮書高

摘要：沖擊波治療儀不僅具有生物效應，在用其治療過程中能大大減少降鈣素基因相關肽類和P物質等疼痛物質，通過誘導轉化生長因子-β1和胰島素樣生長因子-1來促進膠原蛋白的合成和體內血液的循環;還可發揮機械效應，松解減壓軟組織和黏連，通過空化及代謝激活效應減輕無菌性炎癥對局部組織的刺激。沖擊波治療脊柱相關疾病主要是通過脈沖矯正人體脊柱相應結構，這是因為當脊柱發生異常彎曲時，必然會發生脊椎一側肌肉松弛，一側肌肉痙攣僵硬，進行矯正治療是利用治療槍產生的沖擊波，作用于相應的病變組織，促進炎癥因子消散，改善局部血液循環，通過沖擊波對深部韌帶及肌肉組織進行深度的沖擊治療，來刺激彎曲脊柱周圍組織，松解局部粘連，緩解周圍肌肉的痙攣，加快組織新陳代謝促進彈力纖維形成，最終促進組織的修復和脊柱生理曲度的恢復。因此，沖擊波治療的快速推廣可以有效治療廣大的頸腰椎病患者，在這個過程中它的安全性設計顯得必不可少。

關鍵詞：脊柱矯正;脈沖矯正;電磁式沖擊波;壓電效應;

【中圖分類號】R4 【文獻標識碼】A 【文章編號】1673-9026（2022）02-01

1引言

沖擊波治療儀產生的沖擊波一般聚焦區都比較小，能量一般都比較高，滲透深度可達3-6CM，因此它的操作復雜性很高，誤靶風險比較大。 目前的沖擊波治療儀在使用上都存在一定的安全隱患， 對操作者的規范操作要求較高，不利于技術快速的復制和推廣應用， 比如它的觸發開關設計不合理，造成工作時觸發時機的選擇不夠智能，容易誤觸發， 不僅會造成對槍體的損害，降低了治療槍的預期使用壽命，由于觸發時機，還可能會對患者部位造成傷害，還有就是它的治療探頭比較單一，目前主要圍繞一些軟組織炎癥進行的設計，在脊柱疾病的治療方面，尤其椎旁兩側肌肉組織的松解、脊柱關節矯正，存在一些的設計缺陷，因此針對傳統沖擊波治療儀進行改進設計顯得十分重要且有意義。

2產品介紹

針對傳統沖擊波治療儀治療槍在安全性設計方面的不足。 我們新設計了治療槍腔體裝有預壓傳感器、彈簧、螺線管、芯體、壓電傳感器，工作時擠壓治療探頭使預壓傳感器接收到觸發信號，然后開始通過高壓電容器對螺線管放電，產生的脈沖電流形成一個很強的脈沖時變磁場，磁化芯體，使芯體具有和脈沖磁場相反的磁性，芯體收到磁力，克服彈簧和空氣阻力開始撞擊壓電傳感器，壓電傳感器具有壓電晶體，壓電晶體產生收縮效應，發生振動，進而產生沖擊波，沖擊波通過治療探頭傳導到人體，擊打結束后，芯體通過彈簧進行復位，本文主要從觸發開關、治療探頭兩個方面做了研究和設計改進，解決了現有產品在安全性方面的不足，尤其是進行脊柱脈沖矯正治療方面的嚴重缺陷。

（1）傳統的沖擊波治療儀治療槍的工作開關安裝在手柄內側，為手動復位開關，開啟和關閉時都需要一只手握住槍體，另一只手按下開關， 這種操作造成了兩方面的弊端：一、由于開關開啟的位置和治療時手持治療槍的位置相距較遠，無法通過一只手完成治療槍開啟和治療過程中手持兩種狀態的切換，造成操作繁瑣、使用不方便;二、治療槍工作開關的按壓與治療槍治療時對人體的按下方向正好相反，使得無法在治療槍對準人體治療部位時再進行開啟，而需要在其未接觸人體時開啟工作，這就導致在治療槍開啟與對準治療部位開始治療的這個時間差內，治療槍內部處在空載運行，在進行“空打”，由于治療槍使用時頻率通常比較高產生的沖擊波的能量比較大，能量無法被人踢和治療部位所吸收，使得能量全部作用在治療探頭上面，時間長了會對治療探頭產生擊打的破壞作用，大大降低了治療探頭的使用壽命，其次這段時間治療探頭與人體部位沒有良好接觸，影響了治療效果。相關研究[5]表明，在治療探頭與皮膚表面接觸不良的情況下，雖然患者會感受到刺痛， 但放射式沖擊波產生的能量無法有效傳入人體組織內部，導致治療效果明顯降低甚至失敗。 因此，保證治療探頭與皮膚的良好接觸，是放射式體外沖擊波治療儀發揮治療效果的必要條件。

改進措施：針對上述不足，我們在治療探頭的正下方增加了壓電傳感器，替代了傳統的手動復位開關。 壓電式傳感器的核心是基于壓電效應，壓電效應是指一些電介質在受到某一方向的外力作用而發生彎曲或者伸縮形變，產生內部電荷的極化現象，會在其表面產生電荷的現象，利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉換成為電量。 所以，利用某些電介質受力后產生的壓電效應制成的傳感器就叫壓電傳感器。壓電傳感器不可以應用在靜態的測量當中，原因是受到外力作用后的電荷，當回路有無限大的輸入抗阻的時候，才可以得以保存下來。因此，壓電傳感器完美契合了該場景下的應用。

治療槍與治療部位接觸時，壓電傳感器會采集接觸力的壓力大小信號，反饋給主控制器，當接觸力到達主控制器所設定力度后，治療槍開始觸發工作。 這樣一方面實現了通過一只手就可以同時實現治療槍的開啟和控制正常治療，兩種狀態基本實現了同步， 節約了治療時間;另一方面，由于治療槍與人體受治療部位接觸且受到一定擠壓力后才開始工作，避免了治療槍的“空打”，將大大降低了沖擊波對治療探頭的損壞作用， 延長了治療使用壽命， 最重要的是沖擊波的釋放和與給人體接觸部位的大小和擠壓力有明顯的關系，因此這種方式不僅更安全，而且會更有效。

（2）沖擊波治療儀治療脊柱相關疾病時，首先要對患者的疼痛部位進行觸診和檢查，規避沖擊波的禁忌癥及注意事項的相關問題，找到腰背部痙攣及疼痛部位，做好標記，然后利用沖擊波空化、應力、代謝激活效應，將沖擊波治療儀的治療探頭放置于被標記棘突旁等部位，特別注意治療槍方向及治療點應避開脊髓及肺部等，保證沖擊波有效地作用于相應的韌帶及肌肉。 而傳統的沖擊波治療儀治療槍的治療探頭一般為單壓頭，與人體的接觸面積接近于槍體手持部分的截面積，前端略帶錐形，有利于沖擊波的聚焦，這種治療探頭在治療肩周炎、筋膜炎、網球肘等軟組織炎癥方面有著顯著優異的作用。

但是在脊柱相關疾病治療時，尤其當需要對椎旁韌帶及肌肉或者穴位進行沖擊時有著先天不足：一、與患者人體接觸面積比較大，不能很好地避開脊髓而集中作用到棘突旁韌帶等組織上，影響了治療效果，如果能量主要集中到脊髓，還可能會對其造成傷害，產生不良作用; 二、由于人體背部通過脊柱分成左右兩部分，使得傳統沖擊波治療儀這種單壓治療探頭在治療脊柱相關疾病時，只能先沖擊治療脊柱的一側，無法實現脊柱兩側的同時治療，降低了工作效率;再者，無法直接進行椎旁兩側韌帶 肌肉松解和脊柱矯正。 因此，整體限制了沖擊波治療儀在治療脊柱相關疾病方面的優勢發揮。

改進措施：針對上述不足，我們在治療探頭的結構方面進行了充分的研究，設計6中不同規格的U型頭，用來與不同年齡段的人群和不同部位的人體脊柱相適應，比如小號U型頭可以用來針對小孩的頸椎進行治療，大號U型頭可以針對成年人的腰椎進行治療。第二個優點是由于治療探頭采用U型結構設計，可以同時擊打脊柱兩側的韌帶及肌肉等組織，大大提高了沖擊波治療儀這方面的治療效率;第三個優點是，采用U型頭，與患者治療部位變成兩點接觸，減少了傳統單壓頭的單點接觸面積，大大避免了治療探頭在擊打過程中打到脊髓的風險，使得空化、應力等效應更好的作用到局部患病的棘突旁韌帶及肌肉，使得治療更加精準化，提高了治療效果。

3 系統展望

傳統沖擊波治療儀通過其具有的物理效應和生物效應在治療軟組織疾病方面有著先天獨特的優勢，但是由于工作開關和治療探頭設計的局限性，影響了其進行脊柱相關疾病方面治療的工作效率和治療療效。 通過我們的研究和設計改進，可以大大彌補了這方面的不足，提高了沖擊波治療儀治療脊柱相關疾病的適用性，拓展了它的適應癥，為廣大的脊柱病患者帶來了福音。

參考文獻：

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[5]趙徹，劉慧力，王照智，馮春.放射式沖擊波在軟組織中傳播特性的有限元分析[J].科學技術與工程，2021，21（20）：8376-8382.

作者簡介：申彥魁（1984.07-），男，漢族，河北邯鄲人，在職研究生，中級工程師。工作內容：醫療器械技術的研究和開發。