医用体外冲击波治疗(extracorporeal shock wave therapy,ESWT)是使用低强度的声波来治疗假关节、足底筋膜炎、外侧上髁炎、肩部钙化性肌腱炎、跟腱病、股骨头坏死等多种骨科疾病的一项非侵入式技术。发散式ESWT因临床效果良好,近年来应用逐渐增多,但其所产生的生物效应仍不明确,很大程度上依赖于临床医生的个人经验和判断,且无法确定器械设置的剂量与目标部位的治疗剂量之间的关系,难以对不同患者采用个性化的治疗方案。

近期,中国科学院力学研究所科研团队联合北京积水潭医院骨科临床医生、中科院生态环境研究中心研究人员,在发散式ESWT定量化评估研究中取得重要进展。研究人员发展了一种实验测量与模拟计算结合的方法,来获得发散式体外冲击波治疗仪在生物组织内所产生的压力场。采用粘贴和嵌入薄膜传感器的方式,分别测量了培养皿底部和生物组织内的压力变化;利用显式动力学有限元分析方法得到了水中和生物组织内详细的压力波传播过程,并使用测量结果对模拟设置进行标定和验证。结果表明,发散式ESWT所产生压力波的传播具有指向性,压力分布与圆形活塞声源所产生的辐射声场分布类似。研究据此建立了培养皿底部和生物组织内轴线方向上的压力分布模型,通过发散式体外冲击波在人体腰椎及周围软组织内传播的有限元分析,得到了详细的动态压力场。该研究为发散式ESWT疗法提供了理论依据,为个性化治疗方案的制定和定量化生物学机理研究奠定了基础。

相关研究成果以Quantitative assessments of mechanical responses upon radial extracorporeal shock wave therapy为题,以整页插图(Frontispiece)的形式发表在Advanced Science上。该研究得到了国家自然科学基金委、中科院、北京市科学技术委员会的资助。

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图1.整页插图(Frontispiece)介绍

图2.人体腰椎及周围软组织内传播的有限元模拟

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