成都华西华科研究所分析电磁场治疗骨质疏松与QCT骨密度软件体模检测

电磁场治疗骨质 疏松（Electro — magnetic fields in treatment of osteoporosis)

电磁场治疗骨质疏松是一种物理干预治疗技术，研究始于上世纪90年代初，90年代末出现一些有苗头的实用技术。近年，国内外的研究逐渐增多，并取得重要进展，这一治疗技术以其治疗简便，副作用小，治疗费用低等优点，显示出一定的临床应用前策。

本文对电磁场治疗骨质疏松技术作一简要介绍。

一、生物物理学基础（Basis know丨edge of bio­physics}

1.  骨胳的生物物理特性（Biophysical Features of Bone)

1.  骨骼的力学特性骨骼在其生理活动中，经受各种 不同的应力环境，承受压力，张力，扭转，剪切等应力，从 而产生压缩应变、张力应变和剪切应变。应变是骨骼承 载后的产物，机械应变被认为是骨调节的局部信号。骨 骼基质中的骨细胞存在“力学识别”能力，并且是足够敏 感的，能识别微小成卄细胞或骨细胞变形的应变《

2.  骨骼的压电特性20世纪50年代初.Yasuda和 Fukada发现了骨的生物电现象，即对干煉骨加载时，骨骼 产生极化电位。后来其他学者发现新鲜#加栽时也有电 位产生，这种机械力引起的电效应被称之为压电效应，同 时，逆压电效应也得到证实，当给骨骼施加电场时，骨骼 也将产生应力和应变。表明了骨骼的电变化与应力和应 变有密切的关系。

2 • Wolf定律与针的适应性（Wolf Theory and Bone Flexibility) 1892年，Wolf提出了骨耱变化的定律，即 Wolf定律：“骨功能的每一互变，都有与数学法则一致的 确定的内部结构和外部形态的变化”。Wdf定律强调了 毋的功能活动产生确定的#骼形态。骨骼对其功能和环 境剌激产生适应性反应，骨骼产生的各种生物物理信号， 如应力、应变、电压、电流等，是骨适应反应的支配因素， 它们对骨的形态起决定性作用。

二、极低频电磁场及生物效应（Extremely low frequency electro - magnetic fields and biologic effect)

电磁场对生物体作用有热效应和非热效应两种。热 效应是指电磁波照射到生物体内，使生物体的温度升卨， 从而增加细胞的代谢水平，并由此引起生物体的生理和 痛理变化过程。非热效应，是指电磁场对生物体作用，在 人体内不产生热，或产生的温升在0.1摄氏度以下的情 况下，而改变生物体生理、生化过程的效应。对热效应， 大都用经典生物物理学的热平衡原理解释。

治疗骨质疏松的电磁场频率，一•般是2- 100赫兹， 冇的较高达到200赫兹，它们属于电磁场的极低频（Ex­tremely Low Frequency ， ELF)频段。极低 频电磁场治疗 是通过非热效应起作用。非热效应的质发作用点菇在细 胞上，低强度电磁场提供初始剌激，通过生物化学，特别 是酶反应引发特殊的生物反应。

对极低频电磁场生物效应的研究有宏观和微观两个 层面。宏观层面主要是研究ELF对生物体生理、行为和 疾病发生等的影响；微观层面是以细胞及DNA为对象进 行研究。电磁场对细胞、基因转录表达及信号传导通路 等的作用己成为目前研究的重点。

三、电磁场物理干预治疗骨质疏松的基本原 理(Basic principal of physical interfere treatment with electro - magnetic fields)

机体系统紊乱将引起wdf定律的削弱，如机体系统 异常，袞老，缺钙或内分泌失调将显著影响生物物理剌激 与骨建/重建反应的相瓦作用。在靑年时剌激骨质所形 成的生物物理信号，在老年后失去了反应。废用加上缺 钙会引起骨质减少，#骼出现明显的多孔。老化背骼应 变M不会减小，而且由于骨质丢失应变M还会变大。这 是由于细胞与基质的相互作用减弱，虽然基质仍然经受 应变，但调节信息没有达到骨细胞。

[16]    生物物理剌激对骨重建和骨组织的影响（The in­fluence of biophysical stimulation on bone rpmoldling and bone issue)骨组织受力学剌激时，骨组织能区分出剪切 与正常应变、负栽时间、应变量和頻率。应变能M启动骨 的重建反应，成骨作用是通过外付膜适应反应而出现强 成骨反应。动态或时变的应变才能引起骨组织骨建/t 建反应，静态应变不产生成骨反应。骨®建不依赖任何 单一因素，而且受应变的大小，频韦，时间等多种因素的 影响。

骨组织受力产生的形变诱发液体和离子流动，引起 骨组织的电动力学作用。骨细胞能敏感识别力学和电学 信号。骨组织的电活动和力学剌激是不可分割的关系， 动态运动的力学剌激引发骨骼内电流，电流产生磁信号， 这些生物物理信号对骨组织的剌激成为骨形态的决定性 因素。

骨骼具有压电、力学等生物物理特性，并遵循Wolf 定律。骨骼在动态受力的情况下，由于压电效应，骨骼中 产生电荷流动，通过对细胞行为的影响，改变胶原聚集和 排列而改善骨结构，使骨结构产生适应性反应，从而使骨 的形态符合功能的要求（如图20-9左半部所示）。骨质 疏松是由于生物物理刺激减弱，致使形态不能满足功能 要求。物理千预治疗是通过外邢仿生的生物物理刺激， 激活骨骼的适应性反应，促进骨骼功能恢复的治疗技术。 图20-9右半部为电磁场治疗仪的基本构成。

費动态皮力和虫C(形构改•图20-9电磁场物理千预治疗的基本厣理 (Figure 20 - 9 Basic principal of physical interfere treatment with electro - magnetic fields.)

四、电磁场骨质疏松治疔仪餚的分类和技术特 性对比(Categories and tcchnicaJ features comparison of electro ~ magnetic treatment apparatus )

电磁场治疗骨质疏松的仪器在上世纪90年代末推 出。近几年，国内外相继出现十余种产品。基本原理相 似，都是采用电磁场这一物理因子，但原理的应用不一 样，治疗器形态不问，治疗参数选取各异，技术水平参差

不齐。

下面根据治疗仪器的主要技术特征做如下分类，并 对它们的主要技术特性迸行比较：

2.  按电磁场波形特征可分为：脉冲电磁场类 (PEMF)和波动电磁场（WRMF)两类。

(The apparatus are classified into two kinds according to the electro - magnetic fields waveform ：, Pulsed electro - magnetic fields(PEMF) and waved electro - magnetic fields (WEMF)

3.  脉冲电磁场类（PEMF),剌激骨骼的电磁场波形， 是尖峰衰减脉冲波形，脉冲的宽度大约几毫秒〜十几奄 秒，多数骨质疏松治疗仪器采用这类波形。

4.  波动电磁场类（WEMF),在恒定磁场上叠加正弦 或脉动波电磁场，有人称为交变电磁场、时变电磁场或复 合电磁场等。采用恒定磁场的目的，是为了保持作用于 患者的磁场极性（N或S极）不变，只是强度随交变磁场 波动变化，这样设计符合生物磁场治疗原理。有的国产 仪器迭加正弦半波或类似波形的电磁场，也称是脉冲电 磁场，但实质仍属这一类。

3.  按治疗器形态可分为平面型治疗器（P丨ane type〉 和腔体型治疗器（Cavity type)两类。（The apparatus are classified into two kinds according to the forms of treatment device： plane and cavity types healer .)

[17]    平面型治疗器类（Plane type),,由多个矩形电磁 耦合器链接组合成治疗器，电磁场向一个方向定向辐射。 脉冲电磁场类仪器多采用平面型治疗器。

[18]    腔体型类（cavity types),治疗器由一个或多个可 容纳患者躯体的闶简形腔体组成。治疗时，患者迸人其 腔体中，这类治疗器一般采用波动电磁场。

3•两类仪器的主要技术特性比较（Comparison on main technical features between two kinds of the apparatus)

表2〇-is两类产a的主矍技术特性

分类	脉冲电磁场（PEMF)	波动电磁场（WEMF)
波形和 麯率、 强度	尖峰衮减波形 JV	正弦波形+世定磁场
	頻率：2-20HZ,2-75Hz	正弦波频率：丨-100 HZ
	磁场诨度：1 - 10mT(10-	磁场强度：l-6mT(〗0-
	100 Gauss)	60Gauss)

续表

分类	脉冲电磁场（PEMF)	波动电磁场(WEMF)
m 谦 (脉冲 波形中 含有的 正弦麯 率成 分）	宽谫(0〜250HZ,主麥頻段 0-75HZ) 覆M人体内Ca、Mg、P 等寫子的响应频段。对脅 代谢的改替作用更有利	治疗频率（0〜100H2)可 «节。人体内Ca,Mg，P 等离子的响应頻宰各不 相同，因此正弦頻率选择 不同对骨代谢的作用也 不网
电进治 疗器形 态和结 构	由一组或多组电磁«合器 组合成治疗器 治疗器的形态和大小 根据治疗祀器官而设计	由1个或多个具有园简 形腔体的治疗器组成。 由于要容纳患者进 人腔体内治疗，所以治疗 器形体较大
		抬疗时，人体需进人
	1)电磁场从人体背部垂直	治疗器腔体中.人体脊椎
	进人粑治疗区域（如脊柱>	和体内其它脏器同时受
电磁场 方向和 空间轜 射	电磁场强度随作用深	电磁场幅照，人体心、肺
	度而迅速减弱，可利用此	磁场和其它脏器可能受
	特点，滅小对其它脏器的	到干扰和影响，因此磁场
	幅射，提离治疗安全性。	«度的控制十分重要，以
	2)由于电磁耦合器形体	保障患者生物安全性
	小，磁场空间箱射区域较	2〉由于治疗器形体大，
	小	电磁场空间幅射区域较 大

国内外医疗器械管理规定，这一类物理治疗仪器进 人市场应有动物实验报告。对骨质疏松治疗技术而言尤 为重要，因为准确评估它的疗效，技术上尚有一定难度， 并且需要一定长的时间。评估骨质疏松的疗效最重要的 依据是骨骼力学特性改善和骨微细结构的修复。目舫尚 缺乏理想的无创检测骨骼力学特性和微细结构的技术， 临床中常以骨密度改善作为评估疗效指标。如通过动物 实验，用实验数据证明治疗仪器能改#骨力学特性和修 复微细结构，证明它的生物安全性，对治疗仪的临床价值 楚一个有力支持。临床医院选用治疗仪时，应東视产品 是否具有动物实验报告。任何一种治疗仪的临床价值都 应经过动物实验和大样本病例的临床验证才能做出正确 的评价。成都华西华科研究所分析研发定量CT QCT骨密度体模软件分析系统  
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