冲击波工作机制及物理基础
冲击波的使用方法
冲击波的使用方法概述冲击波是一种能量传播的波动形式，具有广泛的应用领域。
它可以通过不同的方式产生和利用，如爆炸、声波、水波等。
本文将介绍冲击波的基本原理以及其在医疗、矿业和建筑等领域的使用方法。
一、冲击波的基本原理冲击波是一种具有高能量、高压力和短时效的波动形式。
它的产生和传播是由能量的快速释放引起的，其特点是在较短时间内产生极高的压力，并在传播过程中逐渐减弱。
冲击波的能量可以通过不同的介质传播，如空气、水和岩石等。
二、医疗领域中的冲击波应用1. 肾结石治疗：冲击波碎石术是一种非侵入性的治疗方法，它利用冲击波的高能量来击碎肾结石，使其成为可排出的细小颗粒。
这种治疗方法可以避免手术和创伤，减轻患者的痛苦和恢复时间。
2. 心脏病治疗：冲击波可以用于治疗心脏病，如冠状动脉狭窄和心肌缺血等。
在这种治疗中，冲击波被用来刺激心脏组织的生长和修复，从而促进心脏功能的恢复。
三、矿业领域中的冲击波应用1. 煤矿瓦斯抽采：冲击波可以用来抽采煤矿中的瓦斯，从而减少瓦斯爆炸的风险。
冲击波通过煤层传播，将瓦斯推向井口，然后通过抽风机排出。
这种方法可以提高瓦斯抽采效率，减少事故发生的可能性。
2. 矿山爆破：冲击波可以用来进行矿山爆破，从而实现矿石的开采。
冲击波通过爆炸产生，将矿石破碎成可采集的颗粒。
这种方法可以提高采矿效率，减少劳动力和时间成本。
四、建筑领域中的冲击波应用1. 混凝土破碎：冲击波可以用来破碎混凝土结构，如建筑物和桥梁等。
冲击波通过振动力将混凝土击碎，从而实现拆除和改造的目的。
这种方法可以节省人力和时间，减少对周围环境的影响。
2. 地基处理：冲击波可以用来处理不稳定的地基，如软土和沉降地基等。
冲击波通过振动力改变地基的物理性质，从而增强其稳定性和承载能力。
这种方法可以减少地基处理的成本和时间。
五、冲击波使用的注意事项1. 安全措施：使用冲击波时，必须采取严格的安全措施，如穿戴防护装备、设置安全警示标志等，以确保人员和设备的安全。
冲击波治疗疼痛原理
冲击波治疗疼痛原理
冲击波治疗作为一种非侵入性物理治疗方法，其用于疼痛治疗的原理主要包括以下几个方面：
1. 空化作用（Cavitation）：
冲击波在传播过程中会在介质中产生瞬间负压，形成并破裂微小气泡（即空化现象）。
这种空化效应可以疏通闭塞性微血管，促进血液循环，同时能够松解组织粘连，改善局部微环境。
2. 压力作用与机械刺激：
冲击波的能量能够穿透至深层组织，在不同声阻抗的组织界面产生剪切力和拉应力。
这些力可以帮助松弛紧张的肌肉纤维和肌腱，改变受压点的压力分布，缓解疼痛，并促进受伤部位的血流加速，提高氧合水平，有利于修复过程。
3. 镇痛效应（Analgesia）：
高强度的冲击波脉冲可以干扰并抑制疼痛信号向大脑传递。
它可直接作用于神经末梢，通过激活或抑制特定离子通道来减少疼痛感受器对疼痛刺激的敏感性。
此外，冲击波还可能诱导释放内源性镇痛物质，如内啡肽等，进一步减轻疼痛。
4. 代谢活化作用（Metabolic Activation）：
冲击波可以增加细胞膜的通透性，促使细胞内外物质交换加快，从而促进局部炎症因子吸收、生长因子释放及胶原蛋白合成等生理过程。
这有助于增强组织修复能力，缩短愈合时间，对于骨骼、肌肉、肌腱以及软组织损伤的恢复具有积极作用。
综上所述，冲击波治疗通过以上机制作用于疼痛相关病灶，达到缓解疼痛、促进康复的目的。
该疗法常应用于肩周炎、网球肘、足底筋膜炎、骨折延迟愈合、骨不连、钙化性肌腱炎等多种骨骼肌肉系统疾病以及慢性软组织疼痛的治疗。
冲击波的原理
冲击波的原理引言冲击波是一种经常被用来描述爆炸、火箭发射和喷气飞机突破音障时发生的现象。
它具有独特的物理特性和广泛的应用领域。
本文将深入探讨冲击波的原理，包括形成机制、传播规律和影响因素等方面，希望能对读者对冲击波的理解有所帮助。
冲击波的形成机制冲击波是由于某种外部力量（如爆炸、高速运动等）在介质中传播时产生的一种传播形式。
冲击波的形成机制主要有以下几种：超声速流体流动形成的冲击波当流体在流动过程中的速度超过声速时，就会形成超声速流动。
在超声速流动中，流体分子受到压缩，密度增加，速度减小。
当超声速流动突然遇到障碍物时，流体会被迫减速，并形成高密度的区域。
随后，流体分子由于惯性作用再次加速，速度超过了声速，从而形成了冲击波。
爆炸形成的冲击波爆炸是冲击波形成的主要原因之一。
当爆炸物爆炸时，爆炸产生的高温和高压气体通过空气中的传播，使空气发生剧烈扰动，从而形成冲击波。
爆炸冲击波是一种高能量的波动，对周围环境产生破坏性影响。
冲击波的传播规律冲击波在传播过程中会产生一系列规律和特性，以下是冲击波的传播规律的主要内容：Hugoniot关系Hugoniot关系是描述冲击波与介质相互作用的基本规律。
根据Hugoniot关系，冲击波的压力和密度之间存在一定的关系，即当冲击波通过介质时，压力和密度会同时发生变化。
这种变化的规律与介质的物理性质和状态有关。
激波和弱激波冲击波可以分为激波和弱激波两种类型。
激波是一种非线性的冲击波，它具有非常高的压力和密度变化。
而弱激波是指冲击波的压力和密度变化较小，它的传播速度相对较慢。
冲击波的传播速度冲击波的传播速度取决于介质的物理性质和状态。
在气体中，冲击波的传播速度通常大于声速，而在固体中，冲击波的传播速度通常小于声速。
不同介质的传播速度会导致冲击波的形态和传播规律发生变化。
冲击波的影响因素冲击波的形成和传播受到多种因素的影响，以下列举了一些主要的影响因素：爆炸能量爆炸产生的能量是冲击波形成和传播的主要驱动力。
冲击波碎石的物理学基础
冲击波碎石的物理学基础孙西钊冲击波碎石是物理学和医学相结合的新技术，理解和掌握有关冲击波的物理知识，对于指导SWL的临床应用以及冲击波碎石机的研制均有重要意义。
冲击波的物理特性冲击波是一种高能机械波，属于量子物理的研究范畴。
由于冲击波的许多物理规律与声波近似，为了便于理解，通常参照声学的物理知识来讲解和对比冲击波的形成、传播和波形等特性。
冲击波的这些物理特性也是决定SWL和ESWT疗效和安全性的重要参数。
一、冲击波的发生（一）冲击波的产生原理从理论上讲，任何将能量转化为声波的物理原理都能用来产生冲击波。
根据这一论点，目前，已设计出了多种原理的冲击波碎石机。
下面以经典的液电式冲击波为例，介绍液中放电时聚焦冲击波的发生过程。
液中放电是将贮存在储能电容器中的高压电能在电极对之间瞬间释放后发生的火花放电现象。
火花放电产生的高温使放电通道周围的液体形成一个等离子体(plasma)，主要是由H+、OH－、H2O、H2O2、臭氧分子、光子和电子等粒子组成。
等离子体气化后形成一个膨胀的、密度极高的气泡，这个气泡具有高膨胀效应和对高温高能的存储能力。
在气泡内部可形成巨大的压力梯度，这一压力作用于水介质后，通过水分子的机械惯性，使其以波的形式传播出去，就形成了正向的冲击波压力波。
（二）冲击波的脉冲形式在用HM3型碎石机的SWL实验中，可见三个明显的压力脉冲（图3-1-1 ）。
前两个脉冲亦称作初级冲击波，其中，第一个脉冲是直达波脉冲，代表初级冲击波中未经椭球体反射的部分。
因其能量较小，而且在F1到F2点的传播过程中，其幅度进一步衰减，所以这一直达脉冲的压力较小。
第二个脉冲代表初级冲击波的聚焦部分，占冲击波总能量的绝大部分（90％），其峰值的平均压力为72.5Mpa，压力脉冲时间为2.5μs。
从F1到F2之间的距离，初级冲击波在放电之后，直达冲击波和反射冲击波出现的时差为29μs。
据此可以推算，冲击波通过这段距离的速度为1700m/s。
冲击波原理及使用说明.pdf
冲击波疗法冲击波（Shock Wave）是利用能量转换和传递原理，造成不同密度组织之间产生能量梯度差及扭拉力，并形成空化效应，产生生物学效应。
冲击波分为机械波和电磁波，作用于局部组织而达到治疗效应。
它在穿越人体组织时，其能量不易被浅表组织吸收，可直接到达人体组织的深部[1]。
体外冲击波(extracorporeal shock wave,ESW)是一种兼具声、光、力学特性的机械波，它的特性在于能在极短的时间(约10 ns)内达到500 bar(1 bar=105Pa)的高峰压，周期短(10μs)、频谱广(16Hz～2×108Hz)[2]。
自从1979年德国Dornier公司研制成功第一台Dornier HMI型体外冲击波碎石机，并于1980年2月7日成功用于肾结石患者治疗以来，人们对冲击波的认识越来越深刻，同时冲击波的应用也越来越广泛。
人们对冲击波的物理学特性及其对组织产生的影响进行了广泛而深入的研究；开始试图用高能冲击波来治疗肿瘤，并在体外实验中取得一定的疗效。
此外，目前西欧各国已经将体外冲击波疗法（Extracorporeal Shock Wave Therapy，ESWT）应用于10余种骨科疾病，ESWT已经成为治疗特定运动系统疾病的新疗法。
近年来，国内也在陆续开展此疗法。
一、冲击波的物理基础冲击波的压力波形包括一个在冲击波前沿迅速升压随后逐渐衰减的压力相(正相)，和一个持续时间较长的张力相(负相)。
通过对冲击波压力分布的测量，可以引出以下几个临床上常用的概念和治疗参数[1,3]：(1)焦点、焦斑和焦区：焦点是指散射的冲击波经聚焦后产生的最高压力点，焦斑是指冲击波焦点处的横截面，焦区是指冲击波的正相压力≥50％峰值压力的区域；(2)压力场；(3)冲击波能量；(4)能流密度：表示垂直于冲击波传播方向的单位面积内通过的冲击波能量，一般用mJ/mm2表示；(5)有效焦区能量：是指流经焦点处垂直于z轴的圆面积内的能量，即作用平面。
冲击波的工作原理
冲击波的工作原理冲击波是一种高能量、高速度的压缩波，它具有破坏性和穿透性，被广泛应用于医学、工程、军事等领域。
冲击波的工作原理涉及到物理学、化学等多个学科，下面将从多个角度详细介绍。
一、物理学原理1.1 声波传播冲击波是一种特殊的声波，它是由声源在介质中产生的压缩性脉冲。
当声源发出脉冲时，其能量会在介质中以声速传播。
在传播过程中，介质分子会受到振动，形成密度变化和压力变化的波动。
1.2 压缩效应当声速足够大时，介质分子之间的相互作用力不可忽略。
这时候，在传播过程中产生的密度变化和压力变化会引起介质分子之间的相互碰撞和摩擦，从而导致温度升高和能量增加。
这种现象称为压缩效应。
1.3 超音速流动当声速超过介质中声音传播的极限速度时，即超过马赫数1时，介质中的气体分子会发生超音速流动。
这时候，由于声波的传播速度高于气体分子的平均速度，因此声波能够将介质中的气体分子加速到超音速。
二、化学原理2.1 氧化反应冲击波在产生过程中需要一定的能量，这些能量来自于爆炸或者燃烧等化学反应。
例如，在医学上使用的冲击波产生器通常采用电火花放电或者化学爆炸来产生冲击波。
2.2 燃烧反应在军事领域，常常使用高爆药来产生冲击波。
高爆药是一种含有大量可燃物质和氧化剂的混合物，当其受到外界刺激时，内部可燃物质和氧化剂会发生剧烈的燃烧反应，从而释放出大量能量。
三、应用领域3.1 医学领域在医学领域中，冲击波被广泛应用于治疗尿路结石、骨折等多种疾病。
治疗过程中，冲击波能够将高能量的压缩波传递到患者身体内部，从而破碎结石或者加速骨折愈合。
3.2 工程领域在工程领域中，冲击波被应用于清洗和切割等多种场合。
例如，在航空航天领域中，冲击波被用于清洗发动机内部的积碳和沉积物；在建筑领域中，冲击波被用于切割混凝土和金属等材料。
3.3 军事领域在军事领域中，冲击波被应用于武器系统和防御系统。
例如，在导弹攻击时，防御系统可以利用冲击波来摧毁导弹；在地雷清除时，工程师可以利用冲击波来引爆地雷。
冲击波原理及使用说明书
冲击波疗法冲击波（Shock Wave）是利用能量转换和传递原理，造成不同密度组织之间产生能量梯度差及扭拉力，并形成空化效应，产生生物学效应。
冲击波分为机械波和电磁波，作用于局部组织而达到治疗效应。
它在穿越人体组织时，其能量不易被浅表组织吸收，可直接到达人体组织的深部[1]。
体外冲击波(extracorporeal shock wave,ESW)是一种兼具声、光、力学特性的机械波，它的特性在于能在极短的时间(约10 ns)达到500 bar(1 bar=105 Pa)的高峰压，周期短(10μs)、频谱广(16Hz～2×108Hz)[2]。
自从1979年德国Dornier公司研制成功第一台Dornier HMI型体外冲击波碎石机，并于1980年2月7日成功用于肾结石患者治疗以来，人们对冲击波的认识越来越深刻，同时冲击波的应用也越来越广泛。
人们对冲击波的物理学特性及其对组织产生的影响进行了广泛而深入的研究；开始试图用高能冲击波来治疗肿瘤，并在体外实验中取得一定的疗效。
此外，目前西欧各国已经将体外冲击波疗法（Extracorporeal Shock Wave Therapy，ESWT）应用于10余种骨科疾病，ESWT已经成为治疗特定运动系统疾病的新疗法。
近年来，国也在陆续开展此疗法。
一、冲击波的物理基础冲击波的压力波形包括一个在冲击波前沿迅速升压随后逐渐衰减的压力相(正相)，和一个持续时间较长的力相(负相)。
通过对冲击波压力分布的测量，可以引出以下几个临床上常用的概念和治疗参数[1,3]：(1)焦点、焦斑和焦区：焦点是指散射的冲击波经聚焦后产生的最高压力点，焦斑是指冲击波焦点处的横截面，焦区是指冲击波的正相压力≥50％峰值压力的区域；(2)压力场；(3)冲击波能量；(4)能流密度：表示垂直于冲击波传播方向的单位面积通过的冲击波能量，一般用mJ/mm2表示；(5)有效焦区能量：是指流经焦点处垂直于z轴的圆面积的能量，即作用平面。
冲击波原理及使用说明.pdf
冲击波原理及使用说明.pdf冲击波疗法冲击波（Shock Wave）是利用能量转换和传递原理，造成不同密度组织之间产生能量梯度差及扭拉力，并形成空化效应，产生生物学效应。
冲击波分为机械波和电磁波，作用于局部组织而达到治疗效应。
它在穿越人体组织时，其能量不易被浅表组织吸收，可直接到达人体组织的深部[1]。
体外冲击波(extracorporeal shock wave,ESW)是一种兼具声、光、力学特性的机械波，它的特性在于能在极短的时间(约10 ns)内达到500 bar(1 bar=105Pa)的高峰压，周期短(10μs)、频谱广(16Hz～2×108Hz)[2]。
自从1979年德国Dornier公司研制成功第一台Dornier HMI型体外冲击波碎石机，并于1980年2月7日成功用于肾结石患者治疗以来，人们对冲击波的认识越来越深刻，同时冲击波的应用也越来越广泛。
人们对冲击波的物理学特性及其对组织产生的影响进行了广泛而深入的研究；开始试图用高能冲击波来治疗肿瘤，并在体外实验中取得一定的疗效。
此外，目前西欧各国已经将体外冲击波疗法（Extracorporeal Shock Wave Therapy，ESWT）应用于10余种骨科疾病，ESWT已经成为治疗特定运动系统疾病的新疗法。
近年来，国内也在陆续开展此疗法。
一、冲击波的物理基础冲击波的压力波形包括一个在冲击波前沿迅速升压随后逐渐衰减的压力相(正相)，和一个持续时间较长的张力相(负相)。
通过对冲击波压力分布的测量，可以引出以下几个临床上常用的概念和治疗参数[1,3]：(1)焦点、焦斑和焦区：焦点是指散射的冲击波经聚焦后产生的最高压力点，焦斑是指冲击波焦点处的横截面，焦区是指冲击波的正相压力≥50％峰值压力的区域；(2)压力场；(3)冲击波能量；(4)能流密度：表示垂直于冲击波传播方向的单位面积内通过的冲击波能量，一般用mJ/mm2表示；(5)有效焦区能量：是指流经焦点处垂直于z轴的圆面积内的能量，即作用平面。
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神经原性炎症反应的减 轻结果可能促进愈合— —同时伴随被治疗组织 中生长因子的释放和干 细胞的活化。
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19
Thank you for your attention!
dhuang@
(2) 代谢激活效应，刺激微血管再生 (1) 强刺激—镇痛作用
0.08-------------------- 0.28-----------------------0.6
能流密度(mJ/mm2)
冲击波治疗作用机理的理论
高能量的冲击波 产生 空化气泡 空化气泡 塌陷
•降解肌腱附着处的钙化沉积
有关冲击波治疗 作用机理的理论
– 中能量: 0.28 mJ/mm2 ~0.60mJ/mm2 – 高能量: ≧ 0.60mJ/mm2
冲击波治疗剂量评估： EFD X 每次治疗的冲击波次数
冲击波碎石与冲击波疗法的作用原理异同
冲击波碎石 冲击波疗法
高能量冲击波产生物理效应，粉碎结石和降解钙化 组织 中低能量冲击波产生生物学效应
效应 (3)成骨作用；降解组织；微损伤
ESWT / RSWT 工作原理
Doyle Huang Hong Medical Sales Manager EMS
Radial extracorporeal shock wave therapy RSWT®
放散状体外冲击波治疗
2
冲击波的定义
Wikipedia:
A shock wave (also called shock front or simply "shock")
14
J Trauma 2008;65:1402-1410
作用机制：红辣椒与ESWT
红辣椒含有辣椒碱。开始时，辣椒碱可以阻止所谓C神 经纤维传导疼痛的反应，随后，过一段时间后，它可 以使神经丧失功能。 所有人都知道这种感觉——开始时，嘴巴像着火了一 样，随后就完全麻木了。
15
ESWT：介质P, 疼痛和炎症(1)
7
RSWT®: 物理基础 - 空穴现象 ― 一个重要的组织影响是冲击波传播消亡阶段产生的 空穴现象"
(Ogden et al., 2001)
8
冲击波能量描述–能流密度 energy flux density (EFD)
能量范围（Rompe,1997） – 低能量: 0.08 mJ/mm2 ~0.28 mJ/mm2
is a type of propagating disturbance. Like an ordinary wave, it carries energy and can propagate through a medium (solid, liquid or gas) [...]. Shock waves are characterized by an abrupt, nearly discontinuous change in the characteristics of the medium. Across a shock there is always an extremely rapid rise in pressure, temperature and density of the flow. [...] A shock wave travels through most media at a higher speed than an ordinary wave.
3
冲击波的定义
Wikipedia:
冲击波是一种可以传播的干扰类型。像一种普通的波， 它有能量而且可以穿过介质 （固体，液体，气体）传 播。...... 冲击波表现为一种瞬时的，对介质的特征几乎没有改变 的特点。冲击波通过处经常带来压力，温度和流量密度 的非常迅速的升高。...... 冲击波相比普通的波会以一个更高的速度通过介质。
•物理性震动/刺激骨折部位 •发动位点周围继发性血肿 •对神经元轴突的强刺激: C fiber& A δ 纤维 •重新适应神经连接的改变
低/中能量的冲击波 •改变离子通道 ↑细胞间距离 改变神 经膜的极性 •细跑内外离子交换 代谢终产物被移 除和吸收正向刺激慢性炎性组织
作用机制：ESWT改变成骨细胞增生，分化，基因表达
研究证明冲击波治疗的 工作原理与此类似。 C神经被活化后可以在组 织及脊髓中释放一种特 殊物质（P物质）。 这种物质在冲击波治疗 过程中及治疗后会造成 轻微不适。但是，当被 持续活化后，C神经纤维 就会有段时间不能释放P 物质及产生疼痛感了。
16
ESWT：介质P, 疼痛和炎症(2)
组织中的P物质减少导致 疼痛减轻。不仅如此，P 物质的减少还可以减轻 神经原性炎症反应。
什么是治疗性冲击波? – Ogden et al. (2001)
– 广义：
震动、雷电、爆炸、超音速航空器
• 瞬间高压 • 高速传导
– 特点：
ห้องสมุดไป่ตู้
• • • •
极短时间内高峰压值 周期短 （<10 µ s） 频谱广（16Hz-20MHz） ↑声阻抗差－>↑折射&反射
– 水中/机体组织传播 无明显能量损失
冲击波的产生方式
聚焦状体外冲击波
液电式：高压电，大电容，水中电极放电 压电式：大量压电晶体振动 电磁波式：强大电磁场产生电磁能量推动水分子运动
冲击波的产生方式
放散状/气压弹道式体外冲击波 (Swiss Dolorclast)
示意图是瑞士Dolorclast手柄的工作原理。压缩气体 被点火发射到导向管，通过冲 击头作用到皮肤上。 发射器在冲击头产生压力波，然后冲击头把压力波传播到组织中去。