體外沖擊波碎石技術(shù)的發(fā)展

1、體外沖擊波碎石技術(shù)的發(fā)展 體外沖擊波碎石技術(shù)是20世紀(jì)末醫(yī)療界的重大事件，被譽(yù)為當(dāng)代三大醫(yī)療新技術(shù)之一CT、MRI、ESWL。 這項(xiàng)20世紀(jì)80年代初才誕生的技術(shù)，在其后短短幾年內(nèi)便徹底改變了治療泌尿系結(jié)石主要依賴傳統(tǒng)開放手術(shù)的方法，是尿路結(jié)石治療上的革命。8/23/20222 今天，這門技術(shù)仍在不斷的開展、完善中，是泌尿外科工作者必須理解、掌握的一門根本技術(shù)。 下面從體外沖擊波碎石技術(shù)的歷史、近年的研究成果和將來的開展三方面來理解此項(xiàng)技術(shù)。8/23/20223 對沖擊波的研究最早始于20世紀(jì)50年代，此項(xiàng)研究始于西德，1963年西德Dornier公司從事航空航天工業(yè)的物理學(xué)家，發(fā)現(xiàn)了沖擊波的

2、影響，從而導(dǎo)入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，開場了對泌尿系統(tǒng)的治療研究。8/23/20224 1979年，Dornier公司研究出世界上第一臺雙X線定位水槽式碎石機(jī)。1980年2月20日，治療首例腎結(jié)石獲得成功。 原機(jī)型稱為HM1型，1982年改進(jìn)為HM2型，1983年完善為HM3型商用型，從此迅速推廣到世界各地。8/23/20225沖擊波發(fā)生器的設(shè)計(jì)開展1980年研制出液電式碎石機(jī)。1985年研制出超聲定位液電碎石機(jī)。1985年研制出壓電式碎石機(jī)。1988年研制出透鏡電磁式碎石機(jī)。1989年研制出圓筒電磁式碎石機(jī)。1990年研制出“干式液電碎石機(jī)。8/23/20226我國體外沖擊波碎石技術(shù)的研究工作 1982年

3、我國學(xué)者在國外技術(shù)交流中獲取相關(guān)信息后，回國自主開發(fā)研制，由北京醫(yī)科大學(xué)泌尿外科研究所與中國科學(xué)院聲學(xué)研究所共同研究此工程。同年，上海交通大學(xué)電機(jī)系與上海中山醫(yī)院合作研制。 1984年10月，北京醫(yī)科大學(xué)首先研制出我國第一臺樣機(jī)，1985年首次治療腎結(jié)石成功。8/23/20227 上海方面也于1988年研制成功，之后便迅速推廣全國。我國碎石機(jī)研制雖然起步較晚，但開展極快，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國碎石機(jī)消費(fèi)廠家達(dá)25家，已投入使用碎石機(jī)1500多臺。8/23/20228二. 體外沖擊波碎石的根本原理 沖擊波是一種機(jī)械波，具有聲學(xué)、光學(xué)和力學(xué)的某些特性。廣義上的沖擊波在生活中隨處可見，震動、雷電、爆

4、炸均可產(chǎn)生沖擊波，只是在能量、頻率和產(chǎn)生方式等方面有所差異。8/23/20229一沖擊波的聲學(xué)性質(zhì) 沖擊波在進(jìn)入不同密度的物質(zhì)時，所遇到的聲阻抗不同，傳播速度也不同。 聲阻抗是表示聲波從一種物質(zhì)進(jìn)入密度不同的另一種物質(zhì)時，因傳播速度變化，而在物質(zhì)內(nèi)部形成的作用力。 聲阻抗= 物質(zhì)密度 X 傳播速度8/23/202210 聲阻抗變化是沖擊波碎石的因素，兩種物質(zhì)聲阻抗相近，傳遞過程中衰減很少。當(dāng)沖擊波遇到結(jié)石時，因密度變化引起速度的變化，因此在結(jié)石表產(chǎn)生很大的阻抗，導(dǎo)致在結(jié)石的表面后內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力作用，使結(jié)石破碎，是結(jié)石破碎的主要原因之一。8/23/202211物質(zhì) 密度 聲阻抗 聲速 103kg/

5、cm3 106kg/(m2sec) m/s 空氣（20） 0.0012 0.0004 344水（20） 0.988 1.48 1484肌肉 1.04 1.70 1568腎臟 1.04 1.62 1560尿路結(jié)石 1.87 11.70 6260膽結(jié)石 0.821.10 1.152.42 14002300密質(zhì)骨 1.70 6.12 3600沖擊波進(jìn)入不同物質(zhì)的傳播速度和聲阻抗8/23/202212二沖擊波的光學(xué)性質(zhì) 沖擊波的傳播從一種物質(zhì)進(jìn)入另一種物質(zhì)時，會產(chǎn)生折射或反射現(xiàn)象，這近似于光的傳播。 1.反射現(xiàn)象和折射現(xiàn)象。 反射的發(fā)生決定于沖擊波的強(qiáng)度和物質(zhì)外表特性。8/23/202213 沖擊波由

6、于媒質(zhì)的不均勻性和媒質(zhì)的分界面上發(fā)生彎曲，被稱為折射。 在治療結(jié)石中沖擊波的折射最重要，因?yàn)闄C(jī)械聚焦沖擊波通過透射壓迫結(jié)石。折射產(chǎn)生了壓縮壓迫波、剪切壓迫波、外表壓迫波，其中壓縮壓迫波具有較強(qiáng)的碎石作用。8/23/2022148/23/2022152. 沖擊波的聚焦 沖擊波可以通過聲學(xué)透鏡或球面，經(jīng)反射或折射進(jìn)展聚焦，聚點(diǎn)的能量集中，到達(dá)有效碎石的目的。8/23/2022168/23/2022178/23/202218三沖擊波的能量特性 沖擊波由能量產(chǎn)生，本身攜帶一定的能量，液電式?jīng)_擊波是由電能轉(zhuǎn)化為沖擊波；電磁式是由電能轉(zhuǎn)化為磁能，再轉(zhuǎn)化為沖擊波。理論上液式轉(zhuǎn)換效率高于電磁式?jīng)_擊波。8/23

7、/202219 大的反射杯產(chǎn)生小的焦斑焦區(qū)，小反射杯產(chǎn)生大的焦斑。頂峰值產(chǎn)生大焦斑，低峰值產(chǎn)生小焦斑。在臨床上大焦斑在腎區(qū)分布范圍較大，對結(jié)石周圍組織的損傷范圍也大，而小焦斑在腎區(qū)的分布相對集中，雙腎組織的損傷范圍就小。8/23/2022208/23/202221四沖擊波的應(yīng)力作用 沖擊波攜帶能量和方向性，在物質(zhì)中傳播時，遇到障礙就會產(chǎn)生應(yīng)力作用。這種障礙就是在傳播中，物質(zhì)密度變化引起的聲阻抗變化，應(yīng)力作用是結(jié)石破碎的主要原因之一。應(yīng)力作用分為壓應(yīng)力和張應(yīng)力。8/23/2022228/23/202223五沖擊波的空化效應(yīng) 在液體中，因沖擊波的張應(yīng)力作用下，液體被分裂而形成大量氣泡。氣泡崩解時，

8、氣泡的破裂可產(chǎn)生高速液體微噴射，微噴射所產(chǎn)生的撞擊力是結(jié)石粉碎和組織損傷的另一個重要原因。 微噴射速度可達(dá)770m/s，足以穿透鋁鉑。子彈的速度：步槍700-850m/s聲音的速度：340m/s8/23/2022248/23/202225 小 結(jié) 應(yīng)力和空化效應(yīng)是使結(jié)石破碎的兩大重要的力學(xué)因素，二者缺一不可。實(shí)驗(yàn)說明：缺泛空化效應(yīng)，結(jié)石不易破碎。所以在碎石過程中要充分利用空化效應(yīng)，進(jìn)步碎石效率。 例如：輸尿管結(jié)石梗阻，近端積水，沖擊波從有積水的一方進(jìn)入，可存在空化效應(yīng)。進(jìn)步了碎石效率。8/23/202226 腎盂結(jié)石因周圍有尿液浸潤，存在空化效應(yīng)，結(jié)石容易擊碎。輸尿管結(jié)石尤其是結(jié)石被粘膜包裹粘

9、連，缺泛空化效應(yīng)，結(jié)石不易擊碎。三次ESWL治療結(jié)石不碎者，應(yīng)改用其它方法治療，以免增加對組織的損傷。8/23/202227三、現(xiàn)常用的幾種沖擊波碎石機(jī)按沖擊波源分為：液電式、電磁式、壓電式。按定位方式分為：X線定位、B超定位、X線 B超雙定位碎石機(jī)。按功能分為：單一功能、多功能碎石機(jī)。按傳播方式分為：水槽水浴式、小水槽水盆式、水囊式干式碎石機(jī)。8/23/202228水槽式水浴式碎石機(jī)8/23/202229干式碎石機(jī)8/23/202230 根本構(gòu)造包括：沖擊波源、沖擊波聚焦、操控臺、結(jié)石圖像。 液電式?jīng)_擊波技術(shù)目前最為成熟，也是最早應(yīng)用于臨床的碎石機(jī)。我院HB-V型廣東湛江海濱醫(yī)療器械廠即是此

10、類機(jī)型的代表。8/23/202231X射線定位液電式體外沖擊波碎石機(jī)8/23/202232碎石機(jī)操作臺8/23/2022338/23/202234反射體的一個焦點(diǎn)安置一對電極，電極放電產(chǎn)生沖擊波，沖擊波通過反射體聚焦。8/23/202235液電式碎石機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：脈沖功率高，碎石效果好。缺點(diǎn)：1.沖擊波各波之間不均一性。 2.隨著電極的的損耗，正負(fù)極間隙變大，間隙每增加1mm，焦區(qū)增加1cm。降低了碎石效率，周圍組織損傷加重。 3.電極壽命短2000次4000次，需頻繁更換電極。 4.噪音較大。8/23/202236電磁式碎石機(jī) 根本原理：電能轉(zhuǎn)化為磁能，再轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，通過聲學(xué)透鏡聚焦或

11、反射體聚焦。分類：平板式和圓筒式。8/23/2022378/23/202238圓筒式電磁碎石機(jī)8/23/202239電磁式碎石機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：脈沖放電穩(wěn)定，每個沖擊波形幾乎一樣，焦點(diǎn)穩(wěn)定，聚焦效率高，波源可連續(xù)使用，無需頻繁更換電極。缺點(diǎn)：能量較小，碎石效果不如液電式。8/23/202240壓電式碎石機(jī)根本原理：數(shù)百塊壓電晶體元件陶瓷壓電電極在一球形盤內(nèi)等距排列成陣列，當(dāng)向各元件施加高壓脈沖電流時，各元件產(chǎn)生沖擊波并指向焦點(diǎn)。8/23/2022418/23/2022422.反射體聚焦體8/23/202243壓電式碎石機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：焦區(qū)很小，碎石顆粒小。缺點(diǎn)：功率小，治療大結(jié)石效果差。8/23

12、/202244四、沖擊波技術(shù)的開展 沖擊波已經(jīng)獲得的成果說明，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，也許才剛剛開場。將來的沖擊波源將向高效率、專業(yè)性、多樣性方向開展。8/23/202245一高效率復(fù)式脈沖沖擊波源 復(fù)式碎石機(jī)根本原理：在特定的時間間隔內(nèi)連續(xù)發(fā)生兩次沖擊波，后一個沖擊波在前一個沖擊波還未消逝時到達(dá)，產(chǎn)生“雙空化效應(yīng)，使空化效應(yīng)的能量釋放更為集中，使許多折射波后反射波在第二個沖擊波的影響下更集中指向靶心。所以復(fù)式?jīng)_擊波增強(qiáng)了空化效應(yīng)，進(jìn)步了碎石效率。8/23/202246復(fù)式脈沖的產(chǎn)生 波源可以是液電式的，也可以電磁式的，其可通過雙拋物面反射或雙反射體產(chǎn)生。8/23/2022478/23/202248

13、 從體外和體內(nèi)的研究結(jié)果說明，復(fù)式脈沖碎石機(jī)可以明顯進(jìn)步碎石效率40%以上，而且可以減少或不增加對組織的損傷。 8/23/2022492. 復(fù)式脈沖對組織的損傷 因?yàn)槟芰考?，靶區(qū)的范圍焦斑變小，損傷范圍也就減小。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明復(fù)式脈沖的損傷范圍較小，恢復(fù)也更快。8/23/202250二實(shí)時跟蹤定位系統(tǒng) X線定位不能作為結(jié)石跟蹤定位，以免病人接觸過多的放射線。如今研究超聲監(jiān)視工作下的實(shí)時跟蹤碎石系統(tǒng)，可使沖擊波的焦點(diǎn)跟蹤結(jié)石挪動。目前我國已研制出B超實(shí)時跟蹤定位碎石機(jī)。8/23/202251三將來的沖擊波技術(shù)1.雙頻譜沖擊波源：頻率低時沖擊波易被反射，頻率高的局部可穿過結(jié)石造成折射作用。雙頻譜沖擊波源同時產(chǎn)生兩組高頻和低頻沖擊波，增強(qiáng)碎石效果。2.變焦沖擊波源。3.液電、壓電復(fù)合脈沖沖擊波源。8/23/2022524.電導(dǎo)式?jīng)_擊波源：利用等離子體作為沖擊波的介質(zhì)，使沖擊波傳導(dǎo)效率更大，損耗能量更低。5.微爆破波源。6.激光體外沖擊波源：激光束經(jīng)透鏡聚焦F1，高溫使此處的水急劇氣化產(chǎn)生沖擊波，再聚焦沖擊波于F2。7.微型沖擊波源：便攜、有效、平安。8/23/202253五、沖擊波在治療方面的開展 在體外沖擊波碎石機(jī)起源地-德國，應(yīng)用于非泌尿系疾病治療的病例，已經(jīng)超過對泌尿系治療的病例。沖擊波的其它領(lǐng)域的應(yīng)用，擴(kuò)大了體外沖擊波的治療