一種新型電磁放射式?jīng)_擊波治療儀的改進(jìn)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(yīng)，在用其治療過程中能大大減少降鈣素基因相關(guān)肽類和P物質(zhì)等疼痛物質(zhì)，通過誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長因子-β1和胰島素樣生長因子-1來促進(jìn)膠原蛋白的合成和體內(nèi)血液的循環(huán);還可發(fā)揮機(jī)械效應(yīng)，松解減壓軟組織和黏連，通過空化及代謝激活效應(yīng)減輕無菌性炎癥對局部組織的刺激。沖擊波治療脊柱相關(guān)疾病主要是通過脈沖矯正人體脊柱相應(yīng)結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)楫?dāng)脊柱發(fā)生異常彎曲時(shí)，必然會(huì)發(fā)生脊椎一側(cè)肌肉松弛，一側(cè)肌肉痙攣僵硬，進(jìn)行矯正治療是利用治療槍產(chǎn)生的沖擊波，作用于相應(yīng)的病變組織，促進(jìn)炎癥因子消散，改善局部血液循環(huán)，通過沖擊波對深部韌帶及肌肉組織進(jìn)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(jìn)彈力纖維形成，最終促進(jìn)組織的修復(fù)和脊柱生理曲度的恢復(fù)。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(gè)過程中它的安全性設(shè)計(jì)顯得必不可少。

關(guān)鍵詞：脊柱矯正;脈沖矯正;電磁式?jīng)_擊波;壓電效應(yīng);

【中圖分類號(hào)】R4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1673-9026（2022）02-01

1引言

沖擊波治療儀產(chǎn)生的沖擊波一般聚焦區(qū)都比較小，能量一般都比較高，滲透深度可達(dá)3-6CM，因此它的操作復(fù)雜性很高，誤靶風(fēng)險(xiǎn)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(guī)范操作要求較高，不利于技術(shù)快速的復(fù)制和推廣應(yīng)用， 比如它的觸發(fā)開關(guān)設(shè)計(jì)不合理，造成工作時(shí)觸發(fā)時(shí)機(jī)的選擇不夠智能，容易誤觸發(fā)， 不僅會(huì)造成對槍體的損害，降低了治療槍的預(yù)期使用壽命，由于觸發(fā)時(shí)機(jī)，還可能會(huì)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(jìn)行的設(shè)計(jì)，在脊柱疾病的治療方面，尤其椎旁兩側(cè)肌肉組織的松解、脊柱關(guān)節(jié)矯正，存在一些的設(shè)計(jì)缺陷，因此針對傳統(tǒng)沖擊波治療儀進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)顯得十分重要且有意義。

2產(chǎn)品介紹

針對傳統(tǒng)沖擊波治療儀治療槍在安全性設(shè)計(jì)方面的不足。 我們新設(shè)計(jì)了治療槍腔體裝有預(yù)壓傳感器、彈簧、螺線管、芯體、壓電傳感器，工作時(shí)擠壓治療探頭使預(yù)壓傳感器接收到觸發(fā)信號(hào)，然后開始通過高壓電容器對螺線管放電，產(chǎn)生的脈沖電流形成一個(gè)很強(qiáng)的脈沖時(shí)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(chǎn)生收縮效應(yīng)，發(fā)生振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生沖擊波，沖擊波通過治療探頭傳導(dǎo)到人體，擊打結(jié)束后，芯體通過彈簧進(jìn)行復(fù)位，本文主要從觸發(fā)開關(guān)、治療探頭兩個(gè)方面做了研究和設(shè)計(jì)改進(jìn)，解決了現(xiàn)有產(chǎn)品在安全性方面的不足，尤其是進(jìn)行脊柱脈沖矯正治療方面的嚴(yán)重缺陷。

（1）傳統(tǒng)的沖擊波治療儀治療槍的工作開關(guān)安裝在手柄內(nèi)側(cè)，為手動(dòng)復(fù)位開關(guān)，開啟和關(guān)閉時(shí)都需要一只手握住槍體，另一只手按下開關(guān)， 這種操作造成了兩方面的弊端：一、由于開關(guān)開啟的位置和治療時(shí)手持治療槍的位置相距較遠(yuǎn)，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(tài)的切換，造成操作繁瑣、使用不方便;二、治療槍工作開關(guān)的按壓與治療槍治療時(shí)對人體的按下方向正好相反，使得無法在治療槍對準(zhǔn)人體治療部位時(shí)再進(jìn)行開啟，而需要在其未接觸人體時(shí)開啟工作，這就導(dǎo)致在治療槍開啟與對準(zhǔn)治療部位開始治療的這個(gè)時(shí)間差內(nèi)，治療槍內(nèi)部處在空載運(yùn)行，在進(jìn)行“空打”，由于治療槍使用時(shí)頻率通常比較高產(chǎn)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(shí)間長了會(huì)對治療探頭產(chǎn)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(shí)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(guān)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(huì)感受到刺痛， 但放射式?jīng)_擊波產(chǎn)生的能量無法有效傳入人體組織內(nèi)部，導(dǎo)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(fā)揮治療效果的必要條件。

改進(jìn)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(tǒng)的手動(dòng)復(fù)位開關(guān)。 壓電式傳感器的核心是基于壓電效應(yīng)，壓電效應(yīng)是指一些電介質(zhì)在受到某一方向的外力作用而發(fā)生彎曲或者伸縮形變，產(chǎn)生內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，利用電氣元件和其他機(jī)械把待測的壓力轉(zhuǎn)換成為電量。 所以，利用某些電介質(zhì)受力后產(chǎn)生的壓電效應(yīng)制成的傳感器就叫壓電傳感器。壓電傳感器不可以應(yīng)用在靜態(tài)的測量當(dāng)中，原因是受到外力作用后的電荷，當(dāng)回路有無限大的輸入抗阻的時(shí)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(yīng)用。

治療槍與治療部位接觸時(shí)，壓電傳感器會(huì)采集接觸力的壓力大小信號(hào)，反饋給主控制器，當(dāng)接觸力到達(dá)主控制器所設(shè)定力度后，治療槍開始觸發(fā)工作。 這樣一方面實(shí)現(xiàn)了通過一只手就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)治療槍的開啟和控制正常治療，兩種狀態(tài)基本實(shí)現(xiàn)了同步， 節(jié)約了治療時(shí)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(guān)系，因此這種方式不僅更安全，而且會(huì)更有效。

（2）沖擊波治療儀治療脊柱相關(guān)疾病時(shí)，首先要對患者的疼痛部位進(jìn)行觸診和檢查，規(guī)避沖擊波的禁忌癥及注意事項(xiàng)的相關(guān)問題，找到腰背部痙攣及疼痛部位，做好標(biāo)記，然后利用沖擊波空化、應(yīng)力、代謝激活效應(yīng)，將沖擊波治療儀的治療探頭放置于被標(biāo)記棘突旁等部位，特別注意治療槍方向及治療點(diǎn)應(yīng)避開脊髓及肺部等，保證沖擊波有效地作用于相應(yīng)的韌帶及肌肉。 而傳統(tǒng)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(wǎng)球肘等軟組織炎癥方面有著顯著優(yōu)異的作用。

但是在脊柱相關(guān)疾病治療時(shí)，尤其當(dāng)需要對椎旁韌帶及肌肉或者穴位進(jìn)行沖擊時(shí)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(huì)對其造成傷害，產(chǎn)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(tǒng)沖擊波治療儀這種單壓治療探頭在治療脊柱相關(guān)疾病時(shí)，只能先沖擊治療脊柱的一側(cè)，無法實(shí)現(xiàn)脊柱兩側(cè)的同時(shí)治療，降低了工作效率;再者，無法直接進(jìn)行椎旁兩側(cè)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(guān)疾病方面的優(yōu)勢發(fā)揮。

改進(jìn)措施：針對上述不足，我們在治療探頭的結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了充分的研究，設(shè)計(jì)6中不同規(guī)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(yīng)，比如小號(hào)U型頭可以用來針對小孩的頸椎進(jìn)行治療，大號(hào)U型頭可以針對成年人的腰椎進(jìn)行治療。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于治療探頭采用U型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以同時(shí)擊打脊柱兩側(cè)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(gè)優(yōu)點(diǎn)是，采用U型頭，與患者治療部位變成兩點(diǎn)接觸，減少了傳統(tǒng)單壓頭的單點(diǎn)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(fēng)險(xiǎn)，使得空化、應(yīng)力等效應(yīng)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(zhǔn)化，提高了治療效果。

3 系統(tǒng)展望

傳統(tǒng)沖擊波治療儀通過其具有的物理效應(yīng)和生物效應(yīng)在治療軟組織疾病方面有著先天獨(dú)特的優(yōu)勢，但是由于工作開關(guān)和治療探頭設(shè)計(jì)的局限性，影響了其進(jìn)行脊柱相關(guān)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(shè)計(jì)改進(jìn)，可以大大彌補(bǔ)了這方面的不足，提高了沖擊波治療儀治療脊柱相關(guān)疾病的適用性，拓展了它的適應(yīng)癥，為廣大的脊柱病患者帶來了福音。

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作者簡介：申彥魁（1984.07-），男，漢族，河北邯鄲人，在職研究生，中級(jí)工程師。工作內(nèi)容：醫(yī)療器械技術(shù)的研究和開發(fā)。