体外冲击波碎石机制及技术的进展

体外冲击波碎石机制及技术的进展

体外冲击波碎石（extracorporeal shock-wave lithotripsy,ESWL）自上个世纪80年代进入临床，全球累计应用患者数以亿计，目前已经成为肾和输尿管结石有效治疗主要手段之一。

一，碎石机制进展冲击波包括短时高而窄的正波压，达到峰值（峰压30~100MPa）后紧接着有一个宽而低的负压阶段。结石粉碎主要依靠击中结石的有效能量。目前，关于结石粉碎的机制存在很多争论。

1，张力和剪刀力

2，碎裂和剥落：

该理论认为，结石远侧界面表现为一个声学弱界面，当冲击波在结石内前行传播到达远侧界面时，会被反射回来，由压力波转化为张力波。张力的强度取决于结石不同层面的声阻抗和表面形状。尿路结石多为脆性物质，能承受很高的挤压力而经不起张力波的拉伸力，其抗张强度约为抗压强度的1/10.当张力波的强度超过结石的抗张强度时，结石即被拉碎。通过高速摄影拍摄的半透明结石模型中的压力波图像发现，最大的张力发生在结石远界面的出波位置，该部分1/3的结石发生碎裂，进而出现大块圆帽状碎块剥脱。

3，准静态挤压：

1998年，国际著名冲击波学者德国斯图加特大学的Eisenmenger教授提出一种新的碎石理论“准静态挤压（quasistaticsqueezing）”理论，并且通过实验验证了这一理论。即当冲击波的横向直径≥结石直径并且冲击波峰值压力≤35MPa时，冲击波会包围在结石表面，并且结石外周与结石长轴方向之间产生压力梯度，造成一个环状面压缩或“挤压”，导致受挤压而沿长轴碎裂。并且有数据表明，冲击波正性压力（P）仅仅需要10~30MPa的低压水平，就已足够大于结石粉碎的临界压力值。在这种大焦斑、低压力冲击波的作用下，结石内不管是平行还是垂直于冲击波前进方向均会产生小裂缝并逐步沿结石长轴融合、增大成一个碎裂平面，导致结石沿长轴一分为二碎裂。这不同于以往窄焦斑、高压力冲击波使结石表面产生“弹坑斑”将结石击碎的原理。

这一理论的前提条件是大焦斑（冲击波的焦斑直径≥结石直径）、低压力（冲击波峰值压力《35MPa），目前，高效的碎石机现在都已提升为大焦斑，有些甚至焦斑达到20mm，并且无需产生陡峭的冲击波前沿。

4，空化效应

5，动态挤压

6，动态疲劳

因此，结石粉碎是多种机制共同作用的结果，包括启动阶段（基于张力和剪刀力、动态挤压），传播阶段（准静态挤压、空化效应）和融合阶段（碎裂和剥落，动态疲劳等），当然，与结石的强度、密度和韧性等物理特性也有很大关系。目前的共识是，在碎石的初级阶段，大焦斑可以起到关键作用。

二，碎石机进展

先后有液电式、压电式和电磁式等三种冲击波源被常规应用于临床治疗。不管任何碎石机，都需要产生陡峭的压力前沿（压力脉冲上升时间≤0.5μs）和较窄的压力脉冲宽度（≤1μs）。由于上述机型存在诸多缺陷及新的碎石机制逐渐被人们认识，不断有新机型出现，包括复式脉冲碎石机、双波源碎石机、宽焦斑

碎石机、可变焦斑碎石机等。在小范围的临床试验治疗中，这些新机型都表现出了较好的碎石效果。

1，复式脉冲碎石机

是在特定的时间间隔内连续发生的两个脉冲波，后一个脉冲波在前一个脉冲波还未消失时到达，产生双空化效应，从而使空化的能量释放更为集中，使许多折射波、衍射波及反射波在第二个脉冲的影响下更集中指向靶区中心，使靶区单位面积上的能量更大。所以，复式脉冲能增强空化效应，提高碎石效率（40%以上）。复式脉冲碎石技术已经成为尿路结石治疗的首先方法。

复式脉冲体外冲击波碎石机(商品名：索迪)【结构】

产品为复式脉冲液电式冲击波碎石机，由控制台、冲击波发生器、控制柜、B超定位系统组成。第二焦点冲击波峰值：20MPa～50MPa；第二焦点冲击波脉宽≤1μs，第二焦点冲击波前沿≤0.5μs，第二焦点冲击波聚焦范围：径向≤±7mm，轴向≤±12.5mm；第二焦点与反射体上端口平面距离：不

小于110mm；焦点定位偏差：不大于3mm；体外冲击波对模拟结石粉碎最

大颗粒尺寸不大于3mm。

2，双波源碎石机

3，宽焦斑碎石机

焦斑是指冲击波峰值压力全高一般的宽度，又称全高半宽度。焦斑宽度对碎石起着关键作用，尤其是碎石的最初阶段以及粉碎较大的结石时。研究表明，宽焦斑可以通过多种途径影响结石的碎裂。第一，当焦斑宽度≥结石长径时，传入结石的能量增加。第二，宽焦斑使冲击波更容易覆盖住结石及碎片。另外，呼吸运动会导致结石移入或移出焦斑，因此，较宽的焦斑可使击中结石的机会增高，使结石碎粒始终位于宽焦斑中，持续受到冲击，从而提高有效的冲击率。

具有代表性的宽焦斑碎石机是苏州锡鑫医疗器械有限公司XX-ESCS-2012A 型和美国佐治亚州组织再生技术公司的lithogoldLG.380型。

CS-2012A型焦斑宽达18mm，产生16~20MPa相对较低的峰值压力。

LG.380型焦斑最宽达20mm，峰值压力为20~25MPa。体外实验表明，CS-2012A型的碎石效果优于焦斑为5mm的多尼尔doni-50碎石机。doni-50需要几乎两倍于CS-2012A型的冲击波次数才能击碎同样大小的结石（3006+-780次vs.1726+-972次）。

宽焦斑低压力碎石机商用的时间很短，其临床应用的安全性和有效性一直是大家讨论的重点。研究表明，与高压力窄焦斑碎石机相比，使用宽焦斑碎石机的复治率和并发症较低。然而这并不意味宽焦斑碎石机本质上是安全的。宽焦斑并不意味损伤面积较大，恰恰相反，宽焦斑低压力使单位面积上的能量密度降低，从而使损伤减少。一般推荐治疗方案是，CS-2012A型为27次/min，LG.380型为60次/min，这两个低频率的方案比120次/min的常规治疗可显著减少组织损伤。

4，可变焦斑碎石机

三，操作技术进展

通过进一步了解冲击波碎石及组织损伤的机制，ESWL的操作技术也不断得到