体外心脏震波治疗系统治疗冠心病的机理及主要结构和工作原理

郑志远，王海东，许良春，习湧平

(昆明医学院第一附属医院 资产管理部，云南 昆明 650032)

体外心脏震波治疗系统治疗冠心病的机理及主要结构和工作原理

郑志远，王海东，许良春，习湧平

(昆明医学院第一附属医院 资产管理部，云南 昆明 650032)

介绍一种治疗冠心病的新设备——体外心脏震波治疗系统（CSWT）。本文详细介绍了系统的结构、功能、工作原理及治疗冠心病的机理与临床使用。

体外心脏震波治疗系统；冠心病；血管再生

Abstract:This paper introduces the structure, function,working priciple,mechanism of treating heart disease and clinical application of extracorporeal cardiac shock wave treatment system (CSWT),which is used in the treatment of coronary heart disease.

Key words:extracorporeal cardiac shock wave treatment system;coronary heart disease; revascularization

0 前言

随着人类物质生活的提高，冠心病（CHD）已成为当今危害人类生命与健康的第一杀手，对于冠心病的治疗方法除药物治疗法外，从目前的临床治疗效果来看，经皮冠状动脉介入治疗(PCI)和冠状旁路移植术(CABG)被普遍认为是比较行之有效的方法。但是对于一些对常规药物治疗反应较差的晚期冠心病患者及年龄偏大、冠状动脉的弥漫性病变等原因不适于进行传统的有创心肌血管重建术（如PCI、CABG等），或已接受过PCA和CABG手术后仍反复心绞痛的患者，如何治疗这些患者的疾病，改善其生活质量已经成为当今医学界的重要课题。根据终末期冠心病治疗的特点，解决冠脉血流通路，仍是问题的关键，能否通过血管再生解决冠脉血流通路？德国专家通过多年研究，发现通过体外低能量震波冲击心肌缺血部位，能够在原有微血管基础上促使血管再生形成新的毛细血管，并与原有冠状血管网相交汇，改善心肌供血。瑞士STORZ MEDICAL公司2003年开发研制出全球第一台无创治疗缺血性心脏病的体外心脏震波治疗系统（CSWT）—MODLITH SLC，该系统已在德国、日本、意大利、俄罗斯等9个国家临床使用，已取得很好的临床使用效果和临床研究成果。

我院2008年底引进国内首台MODLITH SLC体外心脏震波治疗系统（CSWT），CSWT的研发者和SLC的设计者德国专家Dr.Marlinghaus和日本CSWT应用专家到医院现场指导安装调试并进行应用培训。到目前为止我院是国内首家也是国内唯一开展CSWT治疗冠心病临床治疗和研究的医院，经过对终末期冠心病患者三十多例临床治疗，效果非常明显。本文以SLC体外心脏震波治疗系统为例介绍CSWT治疗冠心病的机理及CSWT主要结构和功能原理。

1 CSWT治疗冠心病机理

1.1 血管再生机理

CSWT治疗冠心病的机理是血管再生，血管再生(angiogenesis)是指在机体生长发育过程中或创伤修复、缺血缺氧和炎症等情况下，原有微血管内皮细胞(EC)经过生芽、迁移、增殖与基质重塑等形成新毛细血管的过程 。在正常的生理条件下，成熟器官的血管内皮细胞处于静止的非增殖状态，很少发生血管再生。但在缺血、缺氧、机体组织损伤、炎痛反应、外部机械剪力作用的情况下，任何刺激血管内皮细胞生长迁移的因子都能促进血管再生的进行。

图 1 CSWT治疗示意图

CSWT通过低能量震波冲击心肌缺血部位（如图1），在心肌组织细胞内产生机械剪切力和空穴效应，促进心肌内微血管的修复再生，能够在原有微血管基础上促使血管再生形成新的毛细血管（如图2），并与原有冠状血管网相交汇，改善心肌供血。

图 2 血管再生示意图

1.2 微血管再生过程（图3）

(1) CSWT的剪切力的刺激作用打破血管内生长因子和抑制因子的平衡，使血管内生长因子如VEGF（血管内皮细胞生长因子）、BFGF（基底成纤维细胞生长因子）的生成增加，导致内皮细胞迁移（细胞趋化），这些迁移内皮细胞前体，向周围组织迁移，开始分裂，形成中空管道，然后慢慢生成毛细血管网。

图 3 体外心脏震波治疗（CSWT）过程

(2)使心脏组织和内皮细胞释放出一氧化氮（NO），NO是机体组织修复过程中最重要的因子之一，是强有力的血管舒张因子， NO 释放引起血管壁的平滑肌松弛使血管舒张，继而引发血管再生的级联反应，促使缺血组织的血管再生,侧枝循环建立，使心肌组织再灌流。

1.3 临床研究与使用结果

经德国、日本等国对CSWT多年的研究和临床使用的结果表明：CSWT在使用震波焦点压力约为60MPa，焦点能量密度约为0.1mJ/mm2（大约相当于体外碎石治疗强度的10%），较短脉冲宽度（约300ns），对血管内皮细胞生长因子（VEGF）的生成，对一氧化氮（NO）的释放，毛细血管的再生最为有效，能显著上调缺血心肌的血管内皮生长因子的表达，增加缺血心肌的毛细血管密度，使心肌区域血灌流明显增加，使慢性缺血心肌的心功能及局部心肌血流量恢复正常。冠心病患者经过3～6个月的CSWT治疗（3个月一个疗程，每月治疗1周，每周治疗3～5次，每次对治疗区域进行1500～2000点的震波冲击治疗）后，①患者冠脉影像有明显改变；②使心绞痛症状缓解，发作频率降低；③硝酸酯类药物用量明显减少；④运动耐力增加，⑤无并发症和不良反应。

2 CSWT的结构及工作原理

以下以SLC体外心脏震波治疗系统（CSWT）为例介绍。

2.1 结构及功能

SLC体外心脏震波治疗系统由主机；震波治疗源；治疗臂；控制与操作系统；超声定位系统；心电监护系统；治疗床等组成。

2.1.1 主机。主要由电源系统（PCU）、主控制系统、震波发生和触发系统（PCCU）、水循环系统、治疗臂锁紧液压装置组成。

(1)电源系统：为治疗系统各部分提供稳定而符合要求的电源。

(2)主控制系统：实现对全系统的电气控制。

(3)震波产生和触发系统：为震波治疗线圈提供高压脉冲电流，并产生触发脉冲。

(4)水循环系统：为震波治疗源耦合水囊提供无气泡、与体温相近、具有一定压力的循环水，调节水囊高度，以保证震波治疗源电磁震波和定位超声波有良好的传导、缓冲和散热，使患者有较舒适的感觉，并能保证不同体型患者治疗震波准确对焦。系统包括：循环泵、加热和冷却装置、排气装置、温度和水压控制组件等。

(5)治疗臂锁紧液压装置：为治疗臂各运动支点提供可靠、便捷的锁紧或释放，使其定位、移动、旋转更加稳固、灵活。

2.1.2 震波治疗源。主要由电磁线圈、反射器、同轴超声探头、超声探头升降装置、耦合水囊组成（如图 4）。

(1)电磁线圈：产生治疗电磁震波；

(2)反射器：将线圈产生的治疗电磁震波聚焦于距反射器端面约150mm的治疗焦点，保证震波有一定的治疗深度；

(3)同轴超声探头：用于对治疗部位的定位和电磁震波的准确对焦，由于超声探头与治疗电磁震波源同轴，能保证更好的定位精度；

(4)超声探头升降装置：用于超声探头定位时的快速升降；

(5)耦合水囊：为震波治疗源与患者的耦合体，又是震波治疗源耦合水的容器，其具有耐热、抗老化、塑性好、无毒无害、抗过敏的特性。

2.1.3 治疗臂。治疗臂是震波治疗源与主机的连接体，它可使震波治疗源按照治疗的需要准确移动、旋转、定位。

2.1.4 控制与操作系统。用于调整和控制治疗能量、频率、水囊高度、功能模式、脉冲计数显示等，方便地进行治疗操作。

图 4 震波治疗源结构原理图

2.1.5 超声定位系统。用于对治疗靶区的定位、治疗震波的准确对焦、实时显示治疗过程。

2.1.6 心电监护系统。用于对患者的心电监护。利用R波触发震波治疗源发射电磁波，治疗波在每一次QRS波后触发一次，在心电活动绝对不发放，保证了患者的安全。

2.2 CSWT的工作原理

SLC采用低噪声、高压强、短脉宽、波型稳定的低能电磁震波为治疗波源，通过其主机震波发生和触发系统（PCCU）高压脉冲电路电容充放电产生高压脉冲电流，在触发脉冲（心电触发模式或复合触发模式）的触发下，高压脉冲电流流过震波治疗源电磁线圈产生脉冲磁场，推动覆盖在线圈上的金属振膜在震波治疗源耦合水囊内的水介质中振动产生电磁冲击波，这些电磁波经过抛物面反射器反射、聚焦，形成一个圆柱状电磁冲击震波焦区。震波具有陡峭的脉冲前沿、较高的脉冲压力、较短的脉宽，还有低张力波的成分，在人体组织中的衰减低，具有较好的穿透力。震波通过耦合水囊导入体内治疗区域(如心肌缺血靶区)进行震波治疗，通过与震波治疗源同轴安装的定位超声探头，能够准确定位电磁震波焦点于治疗区域，并通过B超定位系统显示屏实时显示对焦和震波治疗的图像。通过治疗臂上调整装置可调整震波治疗源的位置和角度，准确、方便地进行超声波和治疗震波的定位。治疗震波能量的大小通过调整高压脉冲电压来实现。

3 CSWT的系统技术参数和性能特点

3.1 技术参数

可调焦点压力范围：2.9～74Mpa

焦点离反射器端面距离：150mm

焦点能量密度：0.06～0.64mJ/mm2

聚焦角度：480

可调焦点大小：径向3.5～8mm，轴向90～110mm

震波半高脉宽：0.3μs

震波的前沿：≤0.1μs

震波频率：1～4Hz

电源功率：最大2.0kVA

定位方式：同轴B超定位

触发方式：心电（ECG）触发模式或复合触发模式

3.2 性能特点

低能量、高效率的电磁震波源，患者无疼痛、无创伤、低噪声；治疗震焦点压力和能量密度可调范围宽，能满足不同治疗的需要；焦点更小更精确，确保尽可能对准治疗靶区，避免损伤正常组织；可穿透深度深（150mm），能适应绝大部分体形的病人；B超同轴定位，定位更精确、无辐射损伤；震波心电（ECG）触发，确保心脏功能不受影响，安全可靠；体积小、重量轻、移动方便，操作简单。

4 结束语

综上所述，体外心脏震波治疗系统（CSWT）是非侵入性血管再生的新方法，对那些对药物治疗反应较差的晚期冠心病患者及不适于进行传统的PCI、CABG等有创心肌血管重建术，或已接受过PCI和CABG手术后仍反复心绞痛的患者是一种治疗方法的新选择，可促进心肌内微血管的修复再生，促进侧支循环形成，改善心肌供血。能够缓解心绞痛的频繁发生、防止心肌梗死、使患者运动耐力增加、硝酸甘油用量减少、生活质量显著改善。与PCI和CABG手术方法相比，CSWT安全、无痛、无创，无后遗症和不良反应，免除手术带来的痛苦和风险,治疗费用也远低于PCI和CABG方法。继PCI和CABG方法后，CSWT可谓冠心病治疗的第三把“利剑”。 体外心脏震波治疗系统的设计制造，从技术、结构和功能等方面都能充分满足和实现CSWT治疗冠心病的要求，为开展CSWT治疗提供了一个有力的保证。

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Structure and Working Principle of Extracorporeal Cardiac Shock Wave Treatment System and its Mechanism of Treating Coronary Heart Disease

ZHENG Zhi-yuan, WANG Hai dong, XU Liang-chun, XI Yong-ping
(Assets Management Department, First Affiliated Hospital of Kunming Medical College, Kunming Yunnan 650032, China)

TH789

B

1674-1633(2010)01-0047-03

2009-06-02

作者邮箱：zzy8889@yahoo.com.cn