关于“体外冲击波治疗机”声场测量报道中技术错讹的提醒

牛凤岐

                                                 关于“体外冲击波治疗机”声场测量报道中技术错讹的提醒

                                                                   中国科学院声学所  牛凤岐
      
      上网检索有关医用冲击波的信息，无意中发现“新浪新闻”于2018年4月3日发布，题为“力学所等在医用体外冲击波定量化评估研究中取得进展”的报道(具体内容附后)，然拜读之后发现其中有多项原则性错讹，特此提醒：

(1)碎石、治疗用冲击波不是“体外冲击波”
      英文术语“extracorporeal shock wave ”，国内有关单位和人士几乎无一例外将其译为“体外冲击波”。在汉语语境中，“体外冲击波”的意思是，冲击波处在人体之外。但肾脏、尿路等处的结石，骨骼、筋腱、软组织乃至阴茎血管等，都是生长在人体之内的，处于体外的冲击波与它们根本不见面，如何实现粉碎和治疗？

      行家们都知道，医学临床目前所用的冲击波源有三种，即液电式、电磁式(按聚焦方式又分为两种)、压电式。它们都是在体外引发，传播至体内后，在焦点处对目标起粉碎或治疗作用。所不同的是，液电式的，产生时即是冲击波；而电磁式和压电式的，起初并非冲击波，进入体内聚焦后才成为冲击波。故该术语的准确译法应是“体外引发冲击波”，或更简练地译为“外发冲击波”。对此，刚刚出版的《医用冲击波的基础与临床》一书中特别做了解说和纠正。

(2)医学治疗用冲击波不是“低强度的超声波”
      行家们知道，按波形划分，声波有连续波和脉冲波，而脉冲波又分为普通尖脉冲、冲击脉冲和猝发声脉冲三种。其中的“冲击脉冲”才是冲击波。按其产生原理和波形特征，医用冲击波的准确定义应是，“因媒质中剧烈压力扰动产生，以陡前沿、短持续时间、高正声压、低负声压为特点的声脉冲波”，因波形酷似英文字母N，也称“N波”。其频率覆盖数十赫兹至数十兆赫兹，但医学临床所用的部分处于数百千赫兹至兆赫兹频段，属于超声波。表征医用冲击波“强弱”的常用参数有声压(压力)、脉冲声强时间积分(能量密度)和指定面积声脉冲能量，不用声强参数，故没有“低强度冲击波”之说。

(3)所谓“发散式体外冲击波治疗仪”根本不产生冲击波，不是冲击波治疗仪
      所谓“发散式体外冲击波”,国际上通用的英文名称为radial pressure wave，即径向声压脉冲波，系欧洲某国产品，现国内也有制造。在美国FDA注册的公告中，制造商对该产品结构和工作原理的自述为：“该产品由控制单元和手柄组成，治疗头安装于手柄的远端，用螺帽固定；压缩空气产生的压力脉冲驱动手柄内的子弹击打治疗头的内表面，从而在治疗头内产生冲击波，该冲击波传播到治疗头的外表面，再传递给与之直接接触的治疗目标；冲击波由接触点沿径向进入人体组织，最大能量密度位于皮肤表面的耦合点处，瞄准的是紧靠皮肤的治疗区，不具有聚焦特性”。
      
      然而，迄今的研究和实践表明：只有在打雷、爆炸、飞行器超高速飞行，或人工装置中压力扰动的传播速度超过所在媒质内的声速时才会产生冲击波，而该产品手柄内子弹的运行速度不超过15m/s，远低于空气中声速，更远低于金属制“治疗头”中数千m/s的声速，根本不具备产生冲击波的条件。

      为验证制造商的说法，美国夏威夷大学的Cleveland早在2007年，就按照国际标准IEC61866中所述方法对该类产品进行了系统测量。结果表明，其“治疗头”无论是凸面形还是凹面形，在水中产生的不过是一些完全不具有冲击波特征的无规振荡。

      事实上，该类产品与利用木槌敲打患处的“理疗槌”甚至拳头并无本质差异，所不同的只是将拳头、木槌改成了气锤，从而使敲击力度更大而已。

      2011年，国际冲击波治疗学会（International Society of Medical Shockwave Tratment，ISMST）曾在“术语和定义共识声明”中将医用冲击波划分为“聚焦和非聚焦体外引发冲击波”与“径向体外引发冲击波”，二者并列。鉴于学界的研究结果，2017年的ISMST“术语和定义共识声明”中已经变更为“聚焦和非聚焦体外引发冲击波”与“径向声压波”二者并列，从而明白无误地将“径向声压波”从医用冲击波中排除了。

(4)医用冲击波声场、声输出测量早有标准
      作为科研人员，尤其是现代的，在中科院工作的大多具有博士学位的科研人员，在遇到先前不曾接触过的对象、题目时，首先要做文献检索求助。医用冲击波属于超声波，关于其声场、声输出的基本知识、测量方法、测量手段，即使不算“浩如烟海”，至少是很容易查到的。在这方面，不仅有论文、书籍，而且多项国际标准和国家标准。然而，从报道看，他们完全未做，完全不懂，自称为发明创造的土办法，牛头不对马嘴。

(5)“压力分布与圆形活塞声源所产生的辐射声场分布类似”恰恰证明测量有问题
      所谓径向压力波治疗仪的声场分布，举世皆知，是以敲击点为中心发散传播的。研究者居然得出“与圆形活塞声源所产生的辐射声场分布类似”，说明他们“发明创新”的办法歪曲了原有声场。




附报道原文：
                                                                    力学所等在医用体外冲击波定量化评估研究中取得进展

      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。