體外沖擊波碎石技術(shù)的發(fā)展課件

體外沖擊波碎石技術(shù)的發(fā)展9/13/20231extracorporeal

shockwave

lithotripsyESWL梁河宏康醫(yī)院泌尿外科思明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。9/13/20232今天，這門技術(shù)仍在不斷的發(fā)展、

完善中，是泌尿外科工作者必須了解、掌握的一門基本技術(shù)。下面從體外沖擊波碎石技術(shù)的歷史、近年的研究成果和未來的發(fā)展三方面來了解此項技術(shù)。9/13/20233一.體外沖擊波碎石的歷史10/18/20234對沖擊波的研究最 始于20世紀(jì)50年代，此項研究始于西德，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)了沖擊波的影響，從而導(dǎo)入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，開始了對泌尿系統(tǒng)的治療研究。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。10/18/20235沖擊波發(fā)生器的設(shè)計發(fā)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)。10/18/20236我國體外沖擊波碎石技術(shù)的研究工作1982年我國學(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)研究所共同研究此項目。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。10/18/20237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，但發(fā)展極快，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國碎石機(jī)生產(chǎn)廠家達(dá)25家，已投入使用碎石機(jī)1500多臺。10/18/20238二. 體外沖擊波碎石的基本原理10/18/20239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別。（一）沖擊波的聲學(xué)性質(zhì)10/18/202310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，因而在結(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。10/18/202311沖擊波進(jìn)入不同物質(zhì)的傳播速度和聲阻抗物質(zhì)密度聲阻抗聲速10~3kg/cm3106kg/(m2sec)m/s空氣（20℃）0.00120.0004344水（20℃）0.9881.4814肌肉

15681.041.70腎臟

15601.041.62尿路結(jié)石

62601.8711.70膽結(jié)石

1400~23000.82~1.101.15~2.42密質(zhì)骨3106/11080/20231.706.1212（二）沖擊波的光學(xué)性質(zhì)10/18/202313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)表面特性。沖擊波由于媒質(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，因為機(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、表面壓迫波，其中壓縮壓迫波具有較強(qiáng)的碎石作用。10/18/20231410/18/2023152.

沖擊波的聚焦10/18/202316沖擊波可以通過聲學(xué)透鏡或球面，經(jīng)反射或折射進(jìn)行聚焦，聚點的能量

集中，達(dá)到有效碎石的目的。10/18/20231710/18/202318（三）沖擊波的能量特性10/18/202319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。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。高峰值產(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。10/18/20232010/18/202321（四）沖擊波的應(yīng)力作用10/18/202322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。10/18/202323（五）沖擊波的空化效應(yīng)10/18/202324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，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/s）10/18/202325小

結(jié)10/18/202326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。實驗表明：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)，提高碎石效率。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)。提高了碎石效率。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。10/18/202327三、現(xiàn)常用的幾種沖擊波碎石機(jī)1.碎石機(jī)的分類按沖擊波源分為：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?。┦?、小水槽（水盆）式、水囊式（干式）碎石機(jī)。10/18/202328水槽式（水浴式）碎石機(jī)10/18/202329干式碎石機(jī)10/18/2023302.碎石機(jī)的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)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）即是此類機(jī)型的代表。10/18/202331X射線定位液電式體外沖擊波碎石機(jī)10/18/202332碎石機(jī)操作臺10/18/20233310/18/202334反射體的一個焦

點安置一對電極，電極放電產(chǎn)生沖擊波，沖擊波通過反射體聚焦。10/18/202335液電式碎石機(jī)的優(yōu)缺點：優(yōu)點：脈沖功率高，碎石效果好。缺點：1.沖擊波各波之間不均一性。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。電極壽命短（2000次~4000次），需頻繁更換電極。噪音較大。10/18/202336電磁式碎石機(jī)基本原理：電能轉(zhuǎn)化為磁能，再轉(zhuǎn)化成機(jī)

械能，通過聲學(xué)透鏡聚焦或反射體聚焦。分類：平板式和圓筒式。10/18/20233710/18/202338圓筒式電磁碎石機(jī)10/18/202339電磁式碎石機(jī)的優(yōu)缺點10/18/202340優(yōu)點：脈沖放電穩(wěn)定，每個沖擊波形

幾乎一樣，焦點穩(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：能量較小，碎石效果不如液電式。壓電式碎石機(jī)10/18/202341基本原理：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。10/18/202342陶瓷壓電電極反射體（聚焦體）10/18/202343壓電式碎石機(jī)的優(yōu)缺點10/18/202344優(yōu)點：焦區(qū)很小，碎石顆粒小。缺點：功率小，治療大結(jié)石效果差。四、沖擊波技術(shù)的發(fā)展10/18/202345沖擊波已經(jīng)取得的成果表明，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，也許才剛剛開始。未來的沖擊波源將向高效率、專業(yè)性、多樣性方向發(fā)展。（一）高效率復(fù)式脈沖沖擊波源（復(fù)式碎石機(jī)）10/18/202346基本原理：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)，提高了碎石效率。復(fù)式脈沖的產(chǎn)生10/18/202347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。10/18/2023481.復(fù)式?jīng)_擊波的碎石效率10/18/202349從體外和體內(nèi)的研究結(jié)果表明，復(fù)式脈沖碎石機(jī)可以明顯提高碎石效率40%以上，而且可以減少或不增加對組織的損傷。2.

復(fù)式脈沖對組織的損傷10/18/202350因為能量集中，靶區(qū)的范圍（焦斑）變小，損傷范圍也就減小。實驗數(shù)據(jù)表明復(fù)式脈沖的損傷范圍較小，恢復(fù)也更

快。（二）實時跟蹤定位系統(tǒng)10/18/202351X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?，F(xiàn)在研

究超聲監(jiān)視工作下的實時跟蹤碎石系統(tǒng)，可使沖擊波的焦點跟蹤結(jié)石移動。目前我國已研制出B超實時跟蹤定位碎石機(jī)。（三）未來的沖擊波技術(shù)10/18/202352雙頻譜沖擊波源：頻率低時沖擊波易被反射，頻率高的部分可穿過結(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。變焦沖擊波源。液電、壓電復(fù)合脈沖沖擊波源。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。微爆破波源。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。微型沖擊波源：便攜、有效、安全。10/18/202353五、沖擊波在治療方面的發(fā)展10/18/202354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