低强度脉冲声波促进骨折愈合的研究进展

低强度脉冲超声波促进骨折愈合的研究进展

李燕如张长杰审校

中南大学湘雅二医院康复科

摘要低强度脉冲超声波（low-intensity pulsed ultrasound LIUS）在骨折修复过程中是一种生物物理形式的干预，超声波以压力波的形式存在，可对骨和周围组织产生微型压力作用，并通过一系列机制促进新鲜骨折的愈合、增加延迟愈合和不愈合骨痂的形成。超声波在理论上，可以代替一定的外力刺激，从而提供了一种促进骨折愈合的非侵袭性手段。研究者根据生物技术和生物工程原理，开展了大量基础和临床实验，积极探索超声波促进骨折愈合的机理。本文就目前超声波在新鲜骨折、骨折延迟愈合、骨不连的基础和临床研究中的不同应用中所积累的认识予以综述。尽管新近的实验研究证明低强度脉冲超声波可通过现代植入技术经骨应用以促进和监测骨折愈合过程，但目前低强度脉冲超声波仍以经皮方式应用。

关键词低强度脉冲超声波骨折愈合骨不连

Low-intensity pulsed ultrasound for bone healing:An overview

LI Yan-ru ZHANG chang-jie. Department of rehabilitation,xiang ya second hospital,central south university,Changsha,410010,China

[Abstract] Low-intensity pulsed ultrasound is a biophysical form of intervention in the facture-repair process,which existence form of acoustic pressure waves and have midget pressure effcetion at the fracture bone and surrounding tissue,which through several mechanisms accelerates healing of fractures and enhances callus formation in delayed unions and nonuions. In abstracto , ultrasound can take place of invariably stimulus of outside force,thus provid a non-invasive method to enhance bone healing.According to the biological technique and engineering princple,researchers have been carried out considerable basic science and clinical trials to explore the mechanism of the enhancement of fracture healing by ultrasound.The goal of this review is to present the current knowledge obtained from basic science and existing evidence from clinical trials with the different applications of ultrasound in the management of fractures,delayed unions,nonunions. Low-intensity pulsed ultrasound is currently applied transcutaneoulsy,although recent experiment studies have proven the efficacy of a trans-osseous application for both enhancement and monitoring of the bone healing process with modern smart implant technologies.

[Key words] Low-intensity pulsed ultrasound; fracture healing; nonunion

1950s研究者在干骨研究中发现骨在承受应力时其凹凸两侧可产生电位。骨的压电性质首先发表在日本的文献中，而最初在西方国家没有引起广泛影响[1]。但在矫形学中压电性质的基本原理可以解释骨折位置的力学环境对骨折修复结构的影响[2-4]。

每年有数百万人在日常活动、运动中以及由于骨质疏松而骨折，骨折后骨痂形成而自然愈合。骨折愈合包括不同类型细胞和蛋白的暂时性协调运动以及数百种基因的表达来完成结构的完整。临床上约5-10% 的患者因为愈合过程受损而导致延迟愈合或骨不连，而需要进一步手术治疗[5]。

在每日的行医过程中，医师面临的挑战不仅是应用有效地非侵袭性或尽可能少侵袭的方法处理初始骨折以增加其成骨作用，发现骨折修复过程中并发症并尽早干预同样重要。目前，骨折愈合情况根据临床和X线检查进行评估，这两种方法依赖于医师的专业知识和临床判断[6-8]。

在过去的50年里，大量物理学和生物学方法的研究致力于如何促进骨折愈合。物理学方法包括机械刺激、电磁场和低强度脉冲超声波（LIUS）。LIUS是一种机械能，以声压压力波的形式传播到达生物组织并对其产生微型压力作用，现在广泛作为医学诊断和治疗工具[9]。

1 低强度脉冲超声波在新鲜骨折中的应用

早在1953年，Corradi和Cozzolino[17]首先在临床观察中发现超声波可刺激骨折愈合。他们发现US可使体重支撑提前出现，缩短骨折愈合时间。但是直到1980s 这一观察才引起基础科学家和医师的注意，从这一时期开始，低强度脉冲超声波促进骨折愈合在活体外实验、动物实验和临床实验以及病例研究中积累了大量认识。

在一些研究中，LIUS应用于不同类型的动物骨折模型。为了测定超声波在骨折治疗中的最佳信号参数，Duarte[18]运用影象学和组织学方法研究发现：30mW/cm2强度的脉冲超声波对兔腓骨截骨术模型每天照射20分钟，实验组骨折部位皮质融合速度比对照组加快28%。以上数据证明超声波加快骨折愈合是通过刺激骨痂增生实现的，而且在超声波的刺激下，软骨内骨化过程提前发生。Pilla[19]等在一组安慰剂的对照的兔腓骨中段骨折模型的研究中，发现应用低强度脉冲超声波每天照射20分钟可加速骨折抗扭力及强度的恢复。随后，一些不同骨折模型的研究证明了LIUS可加速骨折愈合过程。

1994年美国食品和药物管理局（FAD）对低强度脉冲超声波在加速新鲜骨折愈合的作用予以认可。LIUS应用于临床闭合性和一级开放性桡骨远端背侧成角骨折和开放性高位胫骨[20]骨折的治疗已进行安慰剂对照临床研究评估。