体外冲击波在骨科临床中的应用黄振军

1、概概 述述 自1980年临床首次应用体外冲击波碎石术治疗肾结石以来，体外冲击波（ESW）作为一种微创治疗手段，在临床上得到了越来越广泛的应用。而最令人鼓舞的是ESW在骨科中的应用，ESW对骨不连接及延迟愈合、网球肘、肩周炎、跟骨痛等疾病的有效治疗使其在临床应用上的价值甚至超过了石术 。一、冲击波（一、冲击波（SW）定义）定义 能量的突然释放而产生的高能量压力波，具有压力瞬间增高和高速传导的特性。二、二、ESW在医疗应用中的历史回顾在医疗应用中的历史回顾 最早源于二战时期 冲击波对人体组织作用的最早报道源于二战时期，当时人们发现深水炸弹可以造成远离爆炸中心的战士死亡，尽管死者外表无任何伤痕，但解

2、剖后发现死者的肺组织受到了严重损害。 自五十年代末，冲击波的物理特性得到广泛研究。19661971年，德国开始研究冲击波对动物组织的作用 ；1971年，Kiefer首次进行了冲击波碎石的体外实验。 1980年，进行了世界上首例人体肾结石的体外碎石治疗。 1986年，首次进行了冲击波对伤口愈合影响的观察，导致了冲击波能否促进骨折愈合的猜想 1988年，Haupt首次成功地将冲击波用于骨不愈合病人的治疗 。 此后，广泛开展了用冲击波对骨折不愈合及延迟愈合病人的治疗。 1990年，第一次报道了用冲击波治疗肩部钙化性肌腱炎 。治疗的成功使人们想到将冲击波用于其它慢性疼痛性疾病的治疗，随后出现了用冲击波

3、治疗网球肘（tennis elbow）、跟痛症（painful heel syndrome）的报道1993年诞生了第一台专为治疗骨科疾病的体外冲击波发生器（OssaTron，瑞士）。 目前，冲击波治疗骨骼肌肉疾病在欧洲及中国台湾都得到了广泛应用 ，并国际冲击波治疗骨骼肌肉疾病协会ISMST 冲击波的本质是声波的一种，具有声波的一般性质，当其在具有相同声阻抗的组织中传播时，能量不衰减。冲击波的传播也可以理解为介质在传播方向上的不断压缩与松弛波峰压力 5080Mpa，升压速度极快 波谷压力为负，波长极短，频率范围较宽，一般在16Hz20MHz。 三、冲击波的物理性质三、冲击波的物理性质特殊形式的声

4、波，能在空气、水等介质中传播；兼具声学、光学和力学特性的机械波；不同介质的声阻抗不同，其在材料内部衰减程度也不一样。在不同介质界面之间，形成反射和折射； 冲击波在穿越人体组织时，直达深部组织；冲击波作用于人体后，通过力-化学信号转导产生生物学效应，促进生长激素释放，引起微血管新生及组织再生与修复。四、冲击波的特性四、冲击波的特性（一）液电冲击波（一）液电冲击波 液电冲击波是最早用于医学的冲击波，它的产生原理类似于汽车火花塞的放电高压电容通过两个相对的电极在水中放电，所产生的热量使周围的水在瞬间蒸发生成气泡，气泡的急速膨胀和随后的破裂所产生的脉冲就形成了冲击波。 五、冲击波的类型五、冲击波的类型

5、（二）电磁冲击波（二）电磁冲击波 需要一个电磁线圈和一个金属膜，脉冲电流使电磁线圈产生交变磁场，作用于金属膜使其产生往复震动，所产生的冲击波则通过一个声透镜聚焦。 （三）压电冲击波（三）压电冲击波 依赖于压电效应，压电陶瓷在电场的作用下自身会膨胀，节律性的电场作用使压电陶瓷不断膨胀和缩小，大量（一般1000片）压电陶瓷片被预置于球体的内表面，所产生的冲击波即自动聚焦于焦点。 直接作用冲击波的压力直接产生的作用 间接作用由于冲击波的“空化效应”产生的 “空化效应”是指在外力作用下，使存在于液体或组织中的气体（溶于液体中）重新回到其气体状态的现象。六、冲击波对组织的作用六、冲击波对组织的作用 冲击

6、波治疗机主要由冲击波源、耦合装置、治疗床、控制台和定位系统组成。其中，冲击波源和定位系统是冲击波治疗机的核心技术。 七、冲击波的治疗方法七、冲击波的治疗方法八、冲击波的波源八、冲击波的波源 冲击波治疗机的波源种类有液电式、电磁式和压电式三种。 1 1、液电式波源、液电式波源 通过某一点处液体的突然蒸发来释放球形高能冲击波，是一种点波源，是最可靠的冲击波发生方法。 电子液压原理电子液压原理2 2、电磁式波源、电磁式波源 高电压通过储存在电容器内的高电压通过储存在电容器内的脉冲电路，使脉冲电场通过铜线脉冲电路，使脉冲电场通过铜线圈产生脉冲磁场；处于磁场中的弹圈产生脉冲磁场；处于磁场中的弹性铜膜产生

7、机械振动，进而推动膜性铜膜产生机械振动，进而推动膜外的流体产生冲击波；外的流体产生冲击波； 经声透镜或反射体聚焦后，形成经声透镜或反射体聚焦后，形成聚焦冲击波，导入需要治疗的部聚焦冲击波，导入需要治疗的部位。位。 电磁原理电磁原理 3 3、压电式波源、压电式波源 用压电晶体来产生冲击波，用压电晶体来产生冲击波，属于属于展式波源展式波源。当外界电场通过。当外界电场通过压电晶体时，其体积会发生改变压电晶体时，其体积会发生改变，即，即“反压电效应反压电效应”，晶体的运动，晶体的运动会引发出一个压力波。当晶体复原会引发出一个压力波。当晶体复原时，同样也会产生张力波。时，同样也会产生张力波。 特点特点：

8、能量和频率可调范围：能量和频率可调范围最大，但输出功率最低。最大，但输出功率最低。 压电式原理压电式原理九、治疗定位方式九、治疗定位方式一、患者反馈定位：主要是通过患者反馈来确定治疗的靶位。先由医生触诊患者的疼痛部位，然后根据患者的疼痛反馈来指明和调整治疗的部位。二、超声定位系统：依探头位置而分为内置式和外置式两种 。在内置式超声系统中，探头位于冲击波源的中央。探头可以绕着其轴线转动或沿着轴线方向移动。外置式系统的探头位于人造臂上，可同中心地围绕治疗焦点移动。三、X线定位系统：C型臂X线机，C型臂X线机能够围绕冲击波焦点行等中心移动。这种设计使得在行前、后位X线透视时可以通过在水平方向上移动冲

9、击波源或移动病人来将焦点移动到目标区。 四、双定位系统：超声定位和X线定位，双定位需要一个超声系统和一个X线系统来完成。这样可以对治疗目标进行精确定位和对治疗的全过程进行实时调控，同时又可以使辐射量降至最小，目前认为这是最好的定位法。 十、十、ESWESW治疗能量及频率治疗能量及频率1、能量选择：骨病治疗能量：能流密度应在0.18-0.28mJ/2；骨肌疾病最佳治疗能量：能流密度应在0.08-0.28mJ/2；肌筋膜炎及滑膜炎的治疗能量：能流密度应在0.08-0.18mJ/2。 2、频次选择：软组织病损：每次冲击800-1500次，每次冲击间隔3-5天，冲击3次以上；骨组织病损：适量多次，每次

10、冲击1000-2000次，每次冲击间隔3-5天，冲击3次以上。 十一、冲击波优点及安全性十一、冲击波优点及安全性 损伤轻微，可以替代某些外科手术治疗；损伤轻微，可以替代某些外科手术治疗；一般采用简单麻醉或不必麻醉；一般采用简单麻醉或不必麻醉；治疗时间短，风险小，可在门诊进行；治疗时间短，风险小，可在门诊进行；少数患者有轻微不良反应，且无需特殊处理；少数患者有轻微不良反应，且无需特殊处理；治疗费用远低于开放手术。治疗费用远低于开放手术。十一、冲击波治疗安全性十一、冲击波治疗安全性 一、 适应症骨组织疾病：骨折延迟愈合、骨折不连接、成人中早期股骨头缺血性坏死。软组织慢性损伤性疾病：肩峰下滑囊炎、肱

11、二头肌长头腱炎、钙化性冈上肌腱炎、肱骨内外上髁炎、网球肘、弹响髋、跳跃膝（胫骨结节骨骺骨软骨炎）、跟痛症等。 肩肌腱炎肩肌腱炎振振动动按按摩摩跟腱痛跟腱痛网球肘网球肘 二、禁忌症二、禁忌症血友病及凝血障碍性疾病；心脏支架或心瓣膜置换术后病人；严重心律失常；急性感染；怀孕；下列组织位于治疗范围内也属禁忌：肺、脑或脊髓、骺板、恶性肿瘤。 三、副作用在用冲击波治疗骨科疾病的过程中，一个让医师关心并且非常重要的问题是冲击波是否会造成周围组织损伤，尤其是血管神经损伤。大量临床研究表明，冲击波对软组织的损伤主要是血管损伤，而且一般是小血管及毛细血管损伤。 目前为止，冲击波用于脊柱方面的治疗仍属禁忌。 冲击

12、波治疗未有任何显著或严重并发症，也未见严重的后遗症；偶有轻微皮下红肿、出血、局部疼痛，这些多在数天内消失。1 1、成骨效应与代谢激活效应成骨效应与代谢激活效应成骨效应：当能量强度的冲击波可集聚并激活成成骨效应：当能量强度的冲击波可集聚并激活成 骨细胞，达到促进骨及骨的愈合的效果；骨细胞，达到促进骨及骨的愈合的效果； 间接作用的空化效应也诱发了成骨细胞移行和新间接作用的空化效应也诱发了成骨细胞移行和新的骨组织的形成。的骨组织的形成。 十二、冲击波在骨科临床中的作用机制十二、冲击波在骨科临床中的作用机制 代谢激活效应：最有可能是由直接的机械效应引起 的，一方面压力波可以改变离子通道，使神经膜的极性

13、发生变化，通过抑制去极作用产生镇痛效应;另一方面，压力波可以使细胞内外离子交换过程活跃，代谢分解的终产物被清除和吸收。 2 2、促进骨诱导因子的形成、促进骨诱导因子的形成 高能ESW导致的新鲜骨折血肿中含有大量的细胞因子，如：骨形态发生相关蛋(bonemorphogenetic proteins，BMP)、转化生长因子(TGF-)、胰岛素样生长因子(IGF)、FGF、PDGF、血管内皮生长因子(VEGF)等，对细胞增殖与分化及新骨的形成都有诱导和调节作用。（1）冲击波促进BMP（骨形态发生相关蛋白）的生成 BMP在ESW诱导成骨方面起重要作用;另外,损伤局部释放的BMP在冲击波诱导未分化间充质

14、细胞分化为具有成骨能力的细胞,这些细胞进一步合成和分泌更多BMP,加强骨诱导作用,促进骨折愈合。（2）通过促进IGF-I和TGF-1表达来促进人骨髓间 充质干细胞(hMSCs)向骨祖细胞转化，从而促进骨折愈合。 （3）作用于骨膜后引起P物质释放。 （4）冲击波作用后，周围软组织中会产生血管生成 生长因子、 VEGF和增殖细胞核抗原等因子。 3 3 、ESWESW的机械应力效应的机械应力效应 ESW进入机体，表现为对组织细胞的拉应张力和压力作用，进而引起组织间的松懈、细胞的强性变形 ；机械应力的作用引起病灶组织细胞的热处理变化，进而加速毛细血管微循环，增加细胞吸氧功能等生理变化，达到治疗目的。4

15、 4、 ESWESW的空化效应的空化效应 在在ESWESW传送路径中，介质含有微小气泡时，气体传送路径中，介质含有微小气泡时，气体在冲击波的应力作用下，会以极高速度膨化。人体在冲击波的应力作用下，会以极高速度膨化。人体软组织、细胞、血液中含有大量微小气泡，在骨科软组织、细胞、血液中含有大量微小气泡，在骨科治疗中，病灶范围内大量气泡的空化效应，是疏通治疗中，病灶范围内大量气泡的空化效应，是疏通生理性关节软组织粘连的有利因素。生理性关节软组织粘连的有利因素。 5 5 、ESWESW压电效应压电效应 机械应力作用于骨，先引起电位变化，然后是骨生成。在使用ESW对骨不连进行的治疗中取得了较好的效果，也

16、证明了机械应力的作用可以大大促进新骨生成及愈合。 ESW的应力引起的压电效应改变了骨折处的电位，活化了细胞，促进骨痂生成。6 6 、ESWESW的痛觉神经感受器的封闭作用的痛觉神经感受器的封闭作用 ESW对痛觉神经感受器的刺激，改变了感受器对疼痛的接受频率及其周围化学介质的组成，抑制神经末梢细胞，使后续向心冲动无法传递，因此可缓解局部疼痛。 髌骨腱（跳跃膝）髌骨腱（跳跃膝）深层按摩深层按摩扳机状指扳机状指Osgood Schlatters 疾病疾病十三、体外冲击波在骨科临床中的应用十三、体外冲击波在骨科临床中的应用（一）应用ESW技术治疗创伤骨科疾病1、创伤后骨不连 随着社会的发展，高能量损伤

17、越来越多，骨折延迟愈合及骨不连的发病率明显增高，冲击波可适用于各种原因导致的骨不连，尤其对肥大型骨不连具有更好的效果。 大多数学者认为骨端间隙5 mm的骨折，但动物实验发现冲击波对骨端间隙6 mm的骨折仍有较好的治疗效果，临床研究证实，使用ESWT治疗骨不连及骨折延迟愈合时，骨折愈合率达62% 83%，取得了显著的临床疗效。冲击波治疗骨不连冲击波治疗骨不连 有关冲击波治疗骨折延迟愈合，我们也进行了一定的临床研究。 我们选取符合骨折延迟愈合诊断标准患者62例，对照组30例，治疗组32例，采用体外冲击波疗法观察临床疗效。结果显示：体外冲击波治疗后，治疗组中，27例有较明显的骨痂生长，其中，12例最

18、终愈合，5例无效。骨折延迟愈合治疗后愈合时间为6-20周，平均12周。治疗总有效率为84.4%；对照组治疗有效率为53.3%，统计学有显著差异（P3个月，近6周未接受药物或其他治疗。两组在年龄、性别、病史等方面无统计学差异。方法方法： 将患者置于俯卧位，患侧踝关节由特制的支架固定，与小腿成中立位。治疗前患侧足底外形与疼痛点标在特殊的胶片上，确保治疗位置的准确性。体外冲击波设定：频率4HZ，强度0.23-0.37mJ/cm2。每次冲击1000次，治疗之间15分钟，每周治疗1次，共3次。疗效评价：治疗前后采用VAS测定疼痛强度。结果结果： 治疗组总有效率70%，显效率为43%，对照组疼痛程度无明显

19、变化。结论： 体外冲击波治疗跟痛症临床疗效显著，且有效、简便、安全，值得临床推广。 十六、十六、 结结 论论 总之，体外冲击波已成为治疗骨不愈及骨科慢性疼痛性疾病的重要手段，冲击波在骨科的应用价值甚至超过了它在碎石术中的价值。目前，FDA已批准冲击波用于跟痛症及网球肘的治疗，随着研究的深入及临床效果的证实，冲击波在骨不愈及其它骨科方面的应用也将得到批准27。 结结 论论 冲击波治疗股骨头坏死已进入实验阶段，并显示了较好的疗效28。冲击波还被考虑用于人工关节的翻修，可以作用于骨水泥和骨髓腔的接触面，利于骨水泥和假体的取出。29 十七 体外冲击波治疗仪的选择体外冲击波治疗仪的选择 临床上对冲击波治

20、疗仪类型选择报道不多，特别是对弹道式冲击波治疗仪的报道更少；而弹道式冲击波治疗仪在四种波源的冲击波治疗仪中对软组织损伤的效果最好。这类治疗仪大多治疗模式齐全，比如一般分为：疼痛、激痛及针灸等治疗模式，应用方便； 十八、十八、展展 望望 ESWT应用于治疗骨骼系统创伤疾患已10余年时间，许多病人已从中获益。大量的研究结果表明，体外冲击波治疗是一种无全身并发症、有效、非侵袭性、并发症少的治疗方法，对多种创伤骨科疾患及慢性软组织损伤疾病(足底筋膜炎、跟痛症、肩关节疼痛、肱骨外上髁炎、棘上韧带炎和腰痛)的治疗展示了其美好的应用前景。展展 望望 目前尚缺乏对慢性骨损伤(疲劳骨折)的研究和冲击波对骨创伤作

21、用点范围、强度、作用方式的研究，随着一系列基础与临床研究的深入开展，体外冲击波应用范围将越来越广泛，必将对骨科疾病的治疗产生深远的影响并发挥更大的社会效益和经济效益。 十九、参考文献十九、参考文献1. Ogden JA, Toth-Kischkat A, Schultheiss R. Principles of shock wave therapy. Clin Orthop. 2001 Jun;(387):8-17.2. Thiel M. Application of shock waves in medicine. Clin Orthop. 2001 Jun;(387):18-21.3. O

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