体外冲击波碎石上
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二、体外冲击波碎石机
（一）目前碎石机型已达31种，共分三代： – 第一代碎石机，指HM3型，水槽式。目前已
不在生产，但该机型碎石效果最佳。 – 对二代碎石机，水囊式（或称干式碎石机）。
碎石效果不如第一代碎石机。 – 第三代碎石机，将发射波源与泌尿手术操作
台合为一体，实现了多功能化。已在欧洲市 场普遍使用。
四、结石粉碎的不同方式
剥蚀性破坏 剥落性破坏 层状剥离性破坏
层状剥离性破坏
发生在结石内部相邻的界面。在同心层 结石中，由于结晶层和外周基质层之间 的声阻抗不同，在层间产生反射性冲击 波而导致结石层状剥离。
结石脆性
– 在同质性结石中，反射性张力波的幅度随结 石体积的增加而降低，故≥2cm结石的碎石 效果相应降低；在同心层结构的结石中，结 晶—基质界面能够多次反射出张力波，与体 积相同的同质性结石相比，其力度要高的多， 所以同心层结构异质性结石比同质性结石易 碎。
一、体外冲击波碎石发展简史
20世纪50年代，前苏联学者开展了体内 液电冲击波膀胱碎石技术。
60年代出于军事目的对体外冲击波进行 研究。
1963年德国Dornier公司的物理学家发现， 当雨点落在超音速飞行的飞机上时，可 产生一种冲击波，并能传播到离原撞击 点很远的地方使之产生裂缝。
1969~1972年，开始研究冲击波在医学上 的应用。实验证实冲击波经过聚焦能够 在水中彻底击碎离体肾结石，而且穿过 生物组织时并无明显能量衰减。
– 1990年后，碎石机由水槽式改为水囊式，机器构造 简单化，病人治疗更方便。
我国体外冲击波碎石机的研制和 临床推广应用
– 1982年，开始研制体外冲击波碎石机碎石机。 – 1984年10月，研制出我国第一台实验样机。 – 1985年首次应用于临床治疗肾结石取得成功。
随后全国有十几家生产、科研单位相继研制 出各式各样的体外冲击波碎石机推向市场。 目前全国已有25家单位生产碎石机，已投入 使用的碎石机达1500多台。
各种冲击波源的比较
利用人工模拟结石，在相同的冲击次 数和可比的能量强度下，结石粉碎的 体积量依次为液电>电磁>压电。
三、冲击波碎石原理
冲击波和结石相互作用的机理尚未完 全明了。传统观念认为是冲击波的压 力效应和张力效应的直接作用，但现 行理论认为张力波引起的空化效应才 是结石粉碎的主要内在动力。
复式脉冲冲击波
充分利用空化效应的作用。一次放电在数微 秒内产生2个脉冲波，第一次冲击波在结石 周围及内部产生大量微细气泡，这些气泡从 产生到膨胀破裂一般只需数微秒的左右，在 第一次冲击波产生的气泡高峰时，来第二次 冲击波，加剧气泡的膨胀破裂，从而增加对 结石的压力和张力，提高碎石效果，缩短治 疗时间。据报道复式脉冲冲击波可提高40% 的碎石效果。
三、冲击波碎石原理
1.压力效应： 由于人体组织密度和结石密度不同，因而声 阻抗存在差异。当聚焦的冲击波进入人体后 遇到结石时，由于声阻抗的变化，在入射界 面产生反射培压现象，如果这种冲击波的压 力强度超过结石的抗压强度，就会在结石入 射表面出现裂解而破碎。
三、冲击波碎石原理
2.张力效应： 当冲击波在结石内继续前行传播到结石 对侧界面时，由于声阻抗的再次变化， 冲击波被反射回来产生张力波，使出 波界面附近处于应力状态，如果这种 应力强度超过结石的抗张强度时，就 导致结石粉碎。
（二）碎石机定位系统
X光定位， B超定位， X光与B超双定位。多以后者为主。电磁
式碎石机是以X光为主，B超定位为辅； 压电式碎石机则以B超为，X光定位为辅。
（三）碎石机冲击波源类型
– 液电式 – 压电式 – 电磁式 – 聚焦激光式和微型爆炸式正在研制中。
（三）碎石机冲击波源类型
– 液电式冲击波：在一个椭圆型反射器内，通 过液体中电极火花放电的方式转化成冲击波。 其特点是脉冲功率高，碎石效果好；缺点是 常需调节电极间距和频繁更换电极。因为第 一焦点火花间隙每增加1mm，将会导致第二 焦点处的宽度增加10mm，使碎石效果降低， 周围组织损伤加重。
（三）碎石机冲击波源类型
– 压电式冲击波：是由压电晶体产生的 一种超短脉冲波。其特点是焦点紧凑 精细，具有极高的峰值压力，但其能 量级别较液电式机差几个数量级。故 在治疗小结石时有其独特的优越性。
（三）碎石机冲击波源类型
– 电磁式冲击波：将电能转换成磁能， 再转换成机械能，通过声透镜或抛物 面反射体将机械波聚焦后形成。其主 要特点是冲击波源可连续使用近百万 次，无须更换电极，损耗成本低。其 冲击波能量介于液电式和压电式机型 之间，比较合乎临床使用要求，似有 取代压电式冲击波源的趋势。
1978年，多尼尔公司研制出第一台试验 性碎石机供动物实验用，并成功治疗了 移植到犬肾中的人体结石。
– 1979年，第一台水槽式体外冲击波碎石机样机 （HM1型机），1980年2月，成功治疗了首例肾结石 患者。
– 1982年5月，开发出HM2型机，更换电极时不必将患 者从水移出，操作更方便。
– 1984年，首台商品化的HM3型机问世，从此治疗尿 路结石开始了革命性变化。目前已成为首选的标准 方法。
结石脆性
脆性结石具有多重易碎机制，包括结石 前界面空化性剥蚀、晶体—基质界面 的层状分离和后界面的剥落性破坏； 弹性结石变形力强、抗裂性高、能够 通过塑变作用吸收空化性喷射撞击的 能量，妨碍了前界面的空化性破坏力 传导到结石主体，使结石难以完全性 粉碎。
剥落性破坏
当冲击波经过结石后界面时，由于声阻 抗的突然降低产生反射性张力波，大 多数结石经得起压力波的挤压力，经 不起张力波的抗伸力，一旦超过结石 张力性破坏强度，就会造成大块圆帽 状碎块从结石后界面脱落。
三、冲击波碎石原理
3.空化效应： 一定压力的冲击波在水中振动，使溶解 在水中的气体释放出来形成空化气泡， 空化气泡在冲击波运动极短的时间内 膨胀、崩溃，这种现象叫空化效应。 当空化气泡快速膨胀或崩溃后产生的 高速微喷射超过结石破碎强度时，就 会导致结石粉碎。
空化效应的作用
体外实验把结石放在没有气体的液体 （柴油）与放在有气体的水中比较，结 果在水中的结石600次内完全粉碎，而在 柴油中的结石颗粒很大，表明水介质中 含有大量的微小气泡，冲击波使气泡在 结石周围和内部产生空化效应而导致结 石粉碎
二、体外冲击波碎石机
（一）目前碎石机型已达31种，共分三代： – 第一代碎石机，指HM3型，水槽式。目前已
不在生产，但该机型碎石效果最佳。 – 对二代碎石机，水囊式（或称干式碎石机）。
碎石效果不如第一代碎石机。 – 第三代碎石机，将发射波源与泌尿手术操作
台合为一体，实现了多功能化。已在欧洲市 场普遍使用。
四、结石粉碎的不同方式
剥蚀性破坏 剥落性破坏 层状剥离性破坏
层状剥离性破坏
发生在结石内部相邻的界面。在同心层 结石中，由于结晶层和外周基质层之间 的声阻抗不同，在层间产生反射性冲击 波而导致结石层状剥离。
结石脆性
– 在同质性结石中，反射性张力波的幅度随结 石体积的增加而降低，故≥2cm结石的碎石 效果相应降低；在同心层结构的结石中，结 晶—基质界面能够多次反射出张力波，与体 积相同的同质性结石相比，其力度要高的多， 所以同心层结构异质性结石比同质性结石易 碎。
一、体外冲击波碎石发展简史
20世纪50年代，前苏联学者开展了体内 液电冲击波膀胱碎石技术。
60年代出于军事目的对体外冲击波进行 研究。
1963年德国Dornier公司的物理学家发现， 当雨点落在超音速飞行的飞机上时，可 产生一种冲击波，并能传播到离原撞击 点很远的地方使之产生裂缝。
1969~1972年，开始研究冲击波在医学上 的应用。实验证实冲击波经过聚焦能够 在水中彻底击碎离体肾结石，而且穿过 生物组织时并无明显能量衰减。
– 1990年后，碎石机由水槽式改为水囊式，机器构造 简单化，病人治疗更方便。
我国体外冲击波碎石机的研制和 临床推广应用
– 1982年，开始研制体外冲击波碎石机碎石机。 – 1984年10月，研制出我国第一台实验样机。 – 1985年首次应用于临床治疗肾结石取得成功。
随后全国有十几家生产、科研单位相继研制 出各式各样的体外冲击波碎石机推向市场。 目前全国已有25家单位生产碎石机，已投入 使用的碎石机达1500多台。
各种冲击波源的比较
利用人工模拟结石，在相同的冲击次 数和可比的能量强度下，结石粉碎的 体积量依次为液电>电磁>压电。
三、冲击波碎石原理
冲击波和结石相互作用的机理尚未完 全明了。传统观念认为是冲击波的压 力效应和张力效应的直接作用，但现 行理论认为张力波引起的空化效应才 是结石粉碎的主要内在动力。
复式脉冲冲击波
充分利用空化效应的作用。一次放电在数微 秒内产生2个脉冲波，第一次冲击波在结石 周围及内部产生大量微细气泡，这些气泡从 产生到膨胀破裂一般只需数微秒的左右，在 第一次冲击波产生的气泡高峰时，来第二次 冲击波，加剧气泡的膨胀破裂，从而增加对 结石的压力和张力，提高碎石效果，缩短治 疗时间。据报道复式脉冲冲击波可提高40% 的碎石效果。
三、冲击波碎石原理
1.压力效应： 由于人体组织密度和结石密度不同，因而声 阻抗存在差异。当聚焦的冲击波进入人体后 遇到结石时，由于声阻抗的变化，在入射界 面产生反射培压现象，如果这种冲击波的压 力强度超过结石的抗压强度，就会在结石入 射表面出现裂解而破碎。
三、冲击波碎石原理
2.张力效应： 当冲击波在结石内继续前行传播到结石 对侧界面时，由于声阻抗的再次变化， 冲击波被反射回来产生张力波，使出 波界面附近处于应力状态，如果这种 应力强度超过结石的抗张强度时，就 导致结石粉碎。
（二）碎石机定位系统
X光定位， B超定位， X光与B超双定位。多以后者为主。电磁
式碎石机是以X光为主，B超定位为辅； 压电式碎石机则以B超为，X光定位为辅。
（三）碎石机冲击波源类型
– 液电式 – 压电式 – 电磁式 – 聚焦激光式和微型爆炸式正在研制中。
（三）碎石机冲击波源类型
– 液电式冲击波：在一个椭圆型反射器内，通 过液体中电极火花放电的方式转化成冲击波。 其特点是脉冲功率高，碎石效果好；缺点是 常需调节电极间距和频繁更换电极。因为第 一焦点火花间隙每增加1mm，将会导致第二 焦点处的宽度增加10mm，使碎石效果降低， 周围组织损伤加重。
（三）碎石机冲击波源类型
– 压电式冲击波：是由压电晶体产生的 一种超短脉冲波。其特点是焦点紧凑 精细，具有极高的峰值压力，但其能 量级别较液电式机差几个数量级。故 在治疗小结石时有其独特的优越性。
（三）碎石机冲击波源类型
– 电磁式冲击波：将电能转换成磁能， 再转换成机械能，通过声透镜或抛物 面反射体将机械波聚焦后形成。其主 要特点是冲击波源可连续使用近百万 次，无须更换电极，损耗成本低。其 冲击波能量介于液电式和压电式机型 之间，比较合乎临床使用要求，似有 取代压电式冲击波源的趋势。
1978年，多尼尔公司研制出第一台试验 性碎石机供动物实验用，并成功治疗了 移植到犬肾中的人体结石。
– 1979年，第一台水槽式体外冲击波碎石机样机 （HM1型机），1980年2月，成功治疗了首例肾结石 患者。
– 1982年5月，开发出HM2型机，更换电极时不必将患 者从水移出，操作更方便。
– 1984年，首台商品化的HM3型机问世，从此治疗尿 路结石开始了革命性变化。目前已成为首选的标准 方法。
结石脆性
脆性结石具有多重易碎机制，包括结石 前界面空化性剥蚀、晶体—基质界面 的层状分离和后界面的剥落性破坏； 弹性结石变形力强、抗裂性高、能够 通过塑变作用吸收空化性喷射撞击的 能量，妨碍了前界面的空化性破坏力 传导到结石主体，使结石难以完全性 粉碎。
剥落性破坏
当冲击波经过结石后界面时，由于声阻 抗的突然降低产生反射性张力波，大 多数结石经得起压力波的挤压力，经 不起张力波的抗伸力，一旦超过结石 张力性破坏强度，就会造成大块圆帽 状碎块从结石后界面脱落。
三、冲击波碎石原理
3.空化效应： 一定压力的冲击波在水中振动，使溶解 在水中的气体释放出来形成空化气泡， 空化气泡在冲击波运动极短的时间内 膨胀、崩溃，这种现象叫空化效应。 当空化气泡快速膨胀或崩溃后产生的 高速微喷射超过结石破碎强度时，就 会导致结石粉碎。
空化效应的作用
体外实验把结石放在没有气体的液体 （柴油）与放在有气体的水中比较，结 果在水中的结石600次内完全粉碎，而在 柴油中的结石颗粒很大，表明水介质中 含有大量的微小气泡，冲击波使气泡在 结石周围和内部产生空化效应而导致结 石粉碎