体外冲击波碎石机的充放电原理（体外冲击波碎石机及物理机制）
体外冲击波碎石机的充放电原理（体外冲击波碎石机及物理机制）崩解效果的改善并不那么旺盛。一些体外和离体研究似乎证明了现代冲击波机器在碎石方面的优势。但与未修改的 Dornier HM3 相比，没有临床、前瞻性随机试验可以证实其益处。尽管如此，还是获得了一些进一步的改进：碎石机的进一步发展旨在改善结石崩解并减少副作用。5关于副作用，一方面应减少对肾脏及邻近器官的创伤。另一方面，必须减少冲击波应用期间的疼痛以避免全身麻醉。这两种效果都被认为是通过将冲击波能量集中到较小的焦点区域来实现的。在此意图下，对电液冲击波发生器进行了修改，还开发了电磁和压电源。由于疼痛受到限制并且无需麻醉的 SWL 成为可能，该开发是成功的。6图 23.1第一台用于临床的碎石机——Dornier HM 1在其引入的第一阶段，SWL 似乎没有引起任何不良副作用1但随着时间的推移以及计算机断层扫描 (CT) 和磁共振成像 (MRI) 的到来，肾脏的风险变得明显。3 4血肿发生率经
体外冲击波碎石机
自 1980 年临床引入后，体外冲击波碎石术（ESWL）在不到 10 年的时间内成为大多数泌尿系结石治疗的首选。代表患者和外科医生对碎石机的技术要求和临床先决条件影响结石的崩解和碎片的通过。没有标准化的参数来物理表征冲击波或定义其最佳配置。主要是关于焦点区域的大小和其中的能量通量的讨论。实际上，在没有相关研究证明的情况下，有一种趋势是对输尿管结石使用较小的焦点尺寸，而对肾结石使用较大的焦点尺寸。冲击波通过不同的机制依次分解结石，例如剥落、挤压、微泡引起的空化、和动态疲劳。冲击波从发生器通过患者到结石的传播必须通过波的最佳声学耦合来确保。结石必须精确定位在通过透视或超声成像的焦点上。前瞻性随机试验证明，脉率不应超过 90 次/分钟，冲击波能量应在 ESWL 期间从低到高逐渐增加，直至达到适用的冲击波剂量（发射次数和能量）的限制，以改善结石碎裂并减少肾外伤的风险。治疗后，包括在某些情况下的再治疗，放射学和超声诊断工具确定结石是否“完全”崩解并且可以预期碎片通过。在碎片不完整的情况下，必须尊重替代内窥镜治疗。碎石机的效率可以通过计算商数来估算，包括去石率、再治疗次数、辅助和替代治疗。这是一种非标准化的可能性，可以比较不同的碎石机，以及体外研究和罕见的前瞻性随机试验的可能性。
同时，由于泌尿外科手术（例如输尿管肾镜检查和经皮碎石术）的疗效和侵入性越来越高，ESWL 治疗的数量逐渐减少。由于新碎石机的开发在过去 25 年中没有达到更高的成功率，并且通过 ESWL 在全身麻醉中应用高能量实现了最佳碎裂，因此内窥镜手术是合理的替代方案，在更多情况下具有更高的即刻无结石率。
在 1980 年 2 月使用原型碎石机 Dornier HM1（图23.1）首次临床治疗肾结石患者后的很短的时间内，第一台系列型 HM3 于 1983 年在德国安装并随后分发世界各地的。冲击波碎石机 (SWL) 的革命如此成功，以至于这种治疗方案很快被接受为外科手术的合理替代方案1、2在推出 5 年后，SWL 已成为几乎所有位于上尿路的结石的首选治疗方法。尽管需要全身麻醉，但这种无创手术患者的低发病率证明了在第一次治疗时结石没有完全崩解时再次治疗是合理的。因此，除了鹿角形结石、憩室结石、无症状结石和肾钙质沉着症外，几乎所有的肾脏和输尿管结石都应用了 SWL。当然，与内窥镜手术相比，SWL 的学习曲线较短是冲击波碎石机快速普及的重要原因。在对年轻的泌尿科医生进行短期培训后，冲击波的应用是可能的，并且有时已由医疗技术人员成功实施。
图 23.1
第一台用于临床的碎石机——Dornier HM 1
在其引入的第一阶段，SWL 似乎没有引起任何不良副作用1但随着时间的推移以及计算机断层扫描 (CT) 和磁共振成像 (MRI) 的到来，肾脏的风险变得明显。3 4血肿发生率经计算约为 0.5%。
碎石机的进一步发展旨在改善结石崩解并减少副作用。5关于副作用，一方面应减少对肾脏及邻近器官的创伤。另一方面，必须减少冲击波应用期间的疼痛以避免全身麻醉。这两种效果都被认为是通过将冲击波能量集中到较小的焦点区域来实现的。在此意图下，对电液冲击波发生器进行了修改，还开发了电磁和压电源。由于疼痛受到限制并且无需麻醉的 SWL 成为可能，该开发是成功的。6
崩解效果的改善并不那么旺盛。一些体外和离体研究似乎证明了现代冲击波机器在碎石方面的优势。但与未修改的 Dornier HM3 相比，没有临床、前瞻性随机试验可以证实其益处。尽管如此，还是获得了一些进一步的改进：
通过 X 射线和/或超声进行结石定位，可以治疗放射密度较弱或没有放射密度的结石。此外，超声定位减少了对患者的 X 射线照射。但超声定位并没有被广泛接受，因为这个过程更耗时，而且输尿管结石通常不能通过超声检测到。在美国，泌尿科医生通常没有使用超声检查的经验。所有这些都反对昂贵的超声波添加。
传输声冲击波的最佳介质是脱气水。在 Dornier HM3 中，患者沉浸在一个大水盆中。这在技术上也是复杂且昂贵的。因此，盆地被简化为一个水垫，由水和皮肤表面之间的膜和果冻耦合。不利的一面是，已经表明这种耦合方法会降低冲击波能量，并且会显着降低崩解效率。
将碎石机升级为多功能工作站或将冲击波发生器集成到泌尿科工作站需要妥协。但这是由经济需求驱动的，以使较小的医院能够购买碎石机。因此，开发了模块化系统，可以将工作站的不同部分（例如，C 臂）与碎石系统分开使用，或者通过添加冲击波发生器来升级泌尿台。
今天有各种各样的碎石机系统（表23.1），从昂贵的高端设备到低预算的机器。在很多情况下，财务限制会显着影响碎石机的选择。除此之外，选择“最佳”碎石机没有硬性标准。下面，从目前的角度讨论碎石机的一些基本细节（图23.2 ），作为未来开发优化装置的基础。
表 23.1 近期推出的碎石机的特点
| 机器 | SW Generation | 孔径 (mm) | Localization | 临床应用 | |
|---|---|---|---|---|---|
| X 射线 | 超声波 | ||||
| 多尼尔 | |||||
| 紧凑型西格玛 | 电磁（扁平线圈，EMSE 140f） | 140 | 平行等心X射线C臂和冲击波源等心C臂 | 横向超声 | 2003年 |
| 紧凑型三角洲 | 电磁（扁平线圈，EMSE 140f） | 140 | 平行等心 X 射线 C 臂和冲击波源等心 C 臂， | 横向超声 | 1997 |
| 碎石机 S | 电磁（扁平线圈，EMSE 220f EMSE 220f-XXP） | 220 | 等心 X 射线 C 臂 | 横向超声 | 1997 |
| 碎石机 S II | 电磁（扁平线圈，EMSE 220f EMSE 220f-XXP） | 220 | 等心 X 射线 C 臂 | 横向超声 | 2003年 |
| 西门子 | |||||
| 多行 | 电磁（扁平线圈，系统 M） | 145 | 在线透视 | 在线超声（可选） | 1994 |
| 模块化 | 电磁（扁平线圈，System C/Cplus） | 130 | 等心 C 型臂 | 横向超声 | 1998 |
| 利索斯科普 | 电磁（扁平线圈，System Pulse） | 168 | 平行等心同轴透视 C 臂（双 C） | 在线超声 | 2003年 |
| Storz 医疗 | |||||
| 模数 SLX | 电磁（气缸） | 300 | 在线透视 | 在线超声 | 1995 |
| 模数 SLK | 电磁 | 178 | 离线透视（Lithotrack-navigation） | 在线超声 | 1998 |
| 模数 SLX-F2 | 电磁（双焦点） | 300 | 在线透视 | 在线超声 | 2004年 |
| 新宁 | |||||
| 紧凑型 CS | 电磁（自聚焦） | 120 | – | 横向超声 | 2001年 |
| 理查德·沃尔夫 | |||||
| 压电石 3000 | 压电（双层） | 360 | 等心 C 型臂 | 同轴超声 | 2000 |
| Edap-Technomed | |||||
| LT02–X | 压电 | 500 | 直列 C 型臂 | 同轴超声 | 1997 |
| 想象 | 电动液压（Diatron III） | 220 | 等心 C 型臂 | 横向超声 | 2001年 |
| Sonolith I 系统 | 导电的 | 290 | 等心 C 型臂 | 横向超声 | 2004年 |
| 梅德斯通 | |||||
| 梅斯通 STS-T | 电动液压 | 150 | 等心 C 型臂 | 侧位超声（非常可选） | 1999 |
| 迪雷克斯 | |||||
| 新星终极 | 电动液压（Trigen 技术，可转动） | 150 | 等中心 C 型臂 | 侧位超声（非常可选） | 2000 |
| 二重奏 | 两个电动液压源 (!) | 150 | 等心 C 型臂 | 横向超声 | 2001年 |
| 积分 | 电磁式（梯形、空心） | 220 | 在线透视 | 横向超声 | 2004年 |
| HMT Healthtronics | |||||
| 光刻钻石 | 电动液压（10.000 SW/电极） | 200 | 等心 C 型臂 | 2002年 | |
| AST | |||||
| 光刻空间 | 电动液压 | 外置C形臂 | 体外超声 | 2007年 | |
图 23.2
碎石机的基本部件（Wolf Piezolith 3000）：1 = 带耦合垫的冲击波发生器；2 = 定位系统（2a = 透视 C 臂；2b = 超声系统）；3 = 稳定患者定位表；4 = 控制单元（经 Richard Wolf GmbH 许可修改）
表征体外冲击波碎石机的任务面临着严重的问题：有多种已知的属性会影响碎石机的质量。对于其中许多，没有公认的定义。这些已知特征不足以预测体外冲击波碎石术 (ESWL) 的成功；因此，必须假设一些未识别的特征。所以我们无法判断市场上最好的碎石机。因此本章不增加对当前发电机的进一步描述，而是反映了对本研究的实际讨论。下面给出了一些原则因素，在对碎石机进行表征和比较时应该尊重这些因素。
2碎石机功能的形式
在第 22 章（基础科学 III）中，Loske 完美地描述了不同发生器系统产生冲击波的原理以及波的压力分布。在此基础上，本章将描述由此产生的能量及其碎裂石头的机制。
2.1冲击波的声能
有共识认为，经典焦区定义 (±6 dB) 与分别描述冲击波源的分解效能的能量输出只有很小的相关性，而它主要取决于施加的能量，最小压力约为 30兆帕。
焦点大小对应于峰值压力降至 50 MPa 的位置。能量通量密度（ED）包括冲击波在焦平面上的正负临时压力。在旋转冲击波场中，能量通量密度 ED 由积分确定。
结石碎裂与传递到焦点区域的冲击波能量相关。7 8冲击波脉冲的声能应在平均石头对应的区域内确定；即 12 毫米。在该区域之外，冲击波脉冲的压力和能量密度通常低于可能出现结石崩解或冲击波引起的副作用的阈值。有效能量 (E eff) (12 mm) 是通过对焦平面中的能量通量密度 ED 随时间积分来计算的。
根据 Eisenmenger的观点9，只要超过 10-30 Mpa 的阈值，峰值压力对结石崩解的作用可能很小。进一步的实验证实了 Granz 7的早期发现，即焦点冲击波能量代表了结石碎裂的最重要的物理参数。能量剂量（E剂量）（12 毫米）定义为：
乙剂量( 12毫米) = n乙效果( 12毫米)乙剂量(12毫米)=n乙效果(12毫米）
其中n是施加的冲击次数，E eff(12 mm) 是有效能量；也就是说，每个冲击波的声能传递到焦平面中直径为 12 mm 的区域。如果强度设置发生变化，能量剂量由下式计算
乙剂量( 12毫米) =n1乙效果1 n2乙效果2 n3乙效果3 ⋯乙剂量(12毫米)=n1乙效果1 n2乙效果2 n3乙效果3 ⋯
该累积能量剂量与冲击波的数量一起显示在 Dornier Lithotripter S 的显示屏上。
这款 Dornier Lithotripter S 允许比较不同冲击波源的效率。在使用不同电磁发生器 EMSE 220F 和 EMSE 220F-XP 的临床研究中，输尿管结石的能量剂量为 152-164 J，肾结石的能量剂量为 138-164 J。10 11在 Tailly 的研究中，输尿管结石的能量剂量为 228 J (EMSE 220F) 和 307 (EMSE 220F-XP)。10根据 Sorensen 的数据，11对于小于 10 毫米的结石，用于崩解的能量剂量约为 110 焦耳，对于 10 至 20 毫米之间的结石，则为 140 焦耳。这些结果推荐了临床应用的能量剂量：E剂量(12 mm) = 肾结石 100-130 J 和输尿管结石 150-200 J。
2.2塑造冲击波焦点
冲击波的时空压力分布决定了其对结石的崩解效果及其对组织的创伤能力。空化的诱导对这两种效应都起着至关重要的作用。12 – 14但是，冲击波的构造可能会导致两种结果；也就是说，假设通过控制空化活动的动态，可以改善结石的崩解，同时减少组织创伤。15 16在这种情况下，焦点区域的定义可能成为一个重要的参数。随着冲击波源峰值压力增加的趋势，不同碎石机制造商的新研究计划旨在分别增加焦点区域以适应临床需求。由于专门使用单一来源更改相关参数的可能性有限，因此还通过组合不同的生成器进行了研究。临床上最早使用的设备之一是“双头”碎石机（FMD，Lorton，Virginia，USA，图23.3）。在此设计中，两个相同的电液源集成在一起，具有相同的焦点，但冲击波轴彼此垂直。双头碎石机的双向同步应用也可以修改焦区。与 Dornier Lithotripter S. 17的单独冲击波头相比，该装置在结石碎裂方面似乎更优越，创伤更小
图 23.3
双头碎石机 (FMD)：同时应用两个垂直排列的发生器
Direx 展示了另一种具有梯形锥形圆柱体和抛物面反射器 (Integra) 的电磁碎石机，可提供 6 至 18 mm 的可变焦区域。
Wolf 装置的压电元件的双层布置导致孔径从 50 厘米减小到 30 厘米，并伴随着焦点区域的显着增加（图23.4）。由特殊晶闸管实现的行进的两个冲击波的同步程度允许延迟和脉冲形成的变化，从而导致三个不同的焦点区域18（Wolf Piezolith 3000，图23.2）。
图 23.4
压电双层技术原理：将冲击波源的前后脉冲叠加，可将等量的辐射能量以更少的能量聚焦到高能量，提供2、4、8毫米焦距（“三焦” )
在 Storz Modulith SL-X2F（图23.5）中使用两种不同的焦点尺寸是通过使用相同的发生器和抛物面反射器的两个不同的冲击波上升时间来实现的。实际上，制造商建议肾结石病灶较大（50 × 9 mm 2 ），输尿管结石病灶较小（28 × 6 mm 2）。
图 23.5
Storz Medical Modulith SLX-F2（由瑞士 Storz Medical AG 提供）
Siemens 和 Dornier 在他们最近的设备（Siemens Lithoskop，图23.6；Dornier Lithotripter S）中通过显着延长冲击波脉冲的持续时间实现了更大的焦点区域，但两家制造商不提供不同的焦点尺寸。临床使用的碎石机的最大焦距为 Xi Xin-Eisenmenger 设备（XX-ES，Xi Xin Medical Instruments，苏州，中国）提供了 18 mm 的 -6 dB 宽度，而 HM3 的宽度为 8 mm。19 20有趣的是，这种来源的分解效率优于 HM3（634 对 831 SW）。
图 23.6
Siemens Lithoskop（Siemens Pressephoto，由德国 Siemens AG 提供）
一个非常新的和有前途的单元是电动液压与压电发电机的组合。通过这种设计，可以专门控制各种参数来评估理想的脉冲轮廓和冲击波序列。对于体外应用，优化是成功的，但这必须在体内和临床环境中得到证实。8 21
综上所述，各家公司实现了不同的焦距。有一种趋势是使用较小的病灶尺寸来治疗输尿管结石，但直到现在，还没有研究证明调整病灶有任何优势。此外，很明显，能量输出将保持不变。
3碎片化的物理机制
迄今为止，还无法定义碎石机发生器的完美设计，因为尚未充分阐明冲击波破坏结石和组织的机制。没有一个具体的机制——剥落、挤压或空化——单独完全描述了石头碎裂。
最初的石头断裂类似于任何脆性物体的断裂，并且可以被认为是由于体外施加的冲击波产生的内部应力而形成裂缝的过程。假设裂纹在冲击波引起的应力超过临界值的位置开始。进一步的石头崩解是基于这些裂缝在重复加载和卸载的过程中的生长和合并，该过程被称为动态疲劳。8 22
3.1散裂
在散裂中，结石的远端表面代表声学上的软界面，因此从最初的压缩聚焦冲击波脉冲产生反射的拉伸波，该脉冲进入并传播通过结石（图23.7）。反射的程度取决于石头的表面。因此，球形冲击波阵面有助于压缩引起的拉伸裂纹。在半透明椭圆形结石（即椭圆体型）中，Zhong 等人23可以证明，这种最大张力发生在靠近结石远端的位置，导致从近端约三分之二处发生骨折。结石。使用圆柱形石头时也可以证明这一点。24
图 23.7
撕裂和剪切力和气蚀
全尺寸图片
3.2挤压
在挤压过程中，假设冲击波比石头更宽，并沿着石头的侧面在液体中传播，从而在结石上产生圆周应力。压力波的正部分通过准静态挤压作用在石头上，引起二元碎裂，第一解理面平行或垂直于波传播（图23.8）。艾森曼格9假设周围流体中的波速远低于石头中的弹性波速；也就是说，纵波穿过石头，在流体中留下“薄冲击波”，以准静态的方式环绕和挤压石头。挤压机制表明，对于高达 20 毫米（大于结石）的高结石碎裂效率焦点直径，脉冲持续时间高达 2 微秒，但不一定是陡峭的冲击波前沿。焦点正压可以降低到10-30 MPa的较低压力范围，因为这完全足以克服人类和人造石的最大2 MPa的破坏阈值。这一理论激发了关于大焦距和较低焦压重要性的讨论（即，
图 23.8
准静态挤压（经 Elsevier 许可转载自9 ）
3.3动态挤压
动态挤压描述了剪切波的现象，这种现象通过从石头的横向边缘挤压得到加强。因此，由石头的角部发起并由沿石头的挤压波驱动的剪切波导致最大的应力，而在后表面处纵波的反射并不重要。25该理论基于在石头内部传播的纵波与液体中石头外部的冲击波阵面平行传播。因此，所有声学现象，如偏转、吸收、衍射或剪切波和撕裂波，以及通过沿结石传播的波来增强石头内部的纵波的现象都被考虑在内。
除了对石头的直接作用外，负压波在石头周围的水中以及在碎石的微裂缝和解理界面中的水中引起空化。尤其是当碎片在初始拼写后变得更小时时，空化作用越来越大。使用体外石模型，在体外人造石的前后侧尤其观察到空化侵蚀。26 27空化可能导致抗撕裂和剪切波（即胱氨酸、胆固醇）的材料碎裂。空化碎裂的实质性贡献通过观察证明，通过围绕石头的高粘性介质或高压对空化的抑制显着降低了冲击波的分解功效。由于具有高度临床意义的两个原因，必须尊重空化：它会导致气泡，减弱随后的冲击波，并且似乎是冲击波引起的组织损伤的重要因素28；也就是血管病变。
3.4动态疲劳
动态疲劳已被提出作为 SWL 中结石粉碎和组织损伤的一般理论。22该理论基于以下观察结果：碎石机冲击波造成的结石碎裂在治疗过程中累积，最终导致结石结构的破坏。因此，石头断裂过程被描述为一个由三个阶段组成的演化过程：开始（即基于动态挤压）、传播（与空化相关）和合并（由于脆性增加）。最后，微裂纹是由与碎石机冲击波相关的机械应力产生的，一旦结石的分子结构被完全破坏，可能会导致结石突然断裂。该理论将石头的物理特性（即断裂韧性、声速、密度和空隙尺寸）与冲击波参数（即，
4影响冲击波疗效的临床因素
在冲击波的产生及其对结石的分解作用之间，碎石机需要提供一些必要的先决条件：
-
冲击波从发生器到患者的传播和耦合
-
石头的定位
-
冲击波焦点中的石头定位
-
冲击波剂量的控制
-
避免组织创伤
4.1传播与耦合
任何种类的气泡都可能减弱冲击波传播的影响。冲击波在其传播过程中引起的空化气泡通过散射和吸收后续冲量来降低能量。29 30此外，气泡可能通过水中氧气的机械释放而产生。这种气泡的寿命可能比空化气泡长得多。这可以通过实时超声监测（即，在远端输尿管结石的治疗过程中）。
使用水箱在 Dornier HM3 中实现了理想的耦合。主要是为了降低成本、模块化和多功能使用，所有制造商都提供带有耦合垫的冲击波源。因此，耦合质量已成为成功的关键因素之一，并且最近已在多个实验模型中进行了研究。29 31已经表明，即使是凝胶应用的方法也会对崩解产生影响。到目前为止，与从挤压瓶中手动或锯齿形应用相比，从储液容器中进行土堆应用可以获得最佳值。最后，水垫的质量也很重要。凝胶或清洁剂可能会损坏膜。作为结论，以下建议可确保高耦合质量：必要时剃除皮肤，在使用前不要摇晃超声凝胶，从大开口容器（而不是从窄锥形挤压瓶）中取出大量温凝胶，并检查通过视觉或在线超声实现均匀且无气泡的耦合。
4.2结石定位
用于结石定位的成像系统必须与碎石机有限空间内的发生器集成在一起，并且必须提供各种结石的识别。
关于哪种成像系统最能满足这些需求，仍有争议。8 16 32透视是临床常规中主要使用的系统。使用该系统进行结石定位可以识别整个上尿路中的结石，允许快速处理且学习曲线短，但无法检测到可透光的结石，有时甚至是小结石，并且对患者和医生的 X 射线照射造成负担。
超声波的优势在于即使是射线可透的结石也不会受到辐射照射，并且可以连续实时观察结石的定位和崩解过程。但输尿管中的结石通常在超声检查中无法检测到（非常近端和壁内部分除外）。由于声学偏差，横向超声可能与同轴超声相差几毫米。从理论上讲，在线超声是最好的成像方法，因为声波和冲击波通过身体传播到石头的方式相似。随着超声技术的不断进步，超声定位逐渐普及。但它的局限性使得透视检查仍然是强制性的，以确保治疗广泛的结石情况。最佳，并在高端碎石机中实现，是两种成像系统的结合。冲击波源的几何形状有时会限制它们的使用（交替但不同时）。Dornier 甚至在他们的 Tri-mode 系统中实施了两个超声系统和等中心透视。此外，成像系统在识别碎片和完全解体方面起着至关重要的作用（见下文）。因此，这是除冲击波发生器外，碎石机最重要的组成部分。
计算机辅助系统 Lithotrack（Storz-Medical，图23.9）应该有助于减少患者的辐射暴露。该系统将光学三角测量应用于 3-D 导航。由于冲击波头在几何上与等心透视 C 臂成直线排列，因此无需连续透视即可通过虚拟现实控制 SW 源的正确位置。Lithospace的 SuperVision 系统（AST，图23.10）使用光学跟踪系统，该系统可以适应多个超声波设备以及透视 C 臂。在 Sonolith I-sys（EDAP TMS，图23.11）中，冲击波焦点在荧光镜或超声屏幕上标记结石位置后自动定位。
图 23.9
用于三维 (3D) X 射线导航的 Lithotrack（Storz Modulith SLK，由瑞士 Storz Medical AG 提供）
图 23.10
LithoSpace AST（由德国 AST GmbH 提供）
图 23.11
Sonolith® i-sys 导电碎石机 – EDAP TMS（由法国 EDAP TMS 提供）
4.3定位
渴望在冲击波的焦点中精确定位和固定石头；然而，呼吸运动可能会使结石明显移位，并会减少崩解。通过触发 SW 脉冲的高频通气呼吸和呼吸带固定结石在临床上是有效的，但结果证明侵入性太大或耗时。较大的焦点区域具有降低不正确击球脉冲率的优势。如果使用具有较小焦区的碎石机，实时同轴超声定位可能是保证结石充分耦合和定位的最佳选择。8
4.4冲击波剂量的控制
在临床 ESWL 会议中，施加的冲击波剂量仅由三个参数控制：速率（脉冲/分钟）、发生器电压（特定碎石机的能量水平）和总射击次数。
4.4.1脉率
已经进行了各种实验和临床研究来评估冲击波速率对 ESWL 崩解和副作用的影响。通过将冲击波速率提高到 60 或 90 脉冲/分钟以上，碎裂效果会降低，组织创伤会更加明显。一种解释是空化的发生增强，即在前一击引起的空化气泡尚未破裂之前施加连续的冲击波。最近一项包括四项随机对照试验中的 589 名患者的荟萃分析表明，以 60 次电击/分钟的速度治疗的患者比以 120 次电击/分钟的速度治疗的患者更有可能获得成功的治疗结果。33基于这些发现，脉率不应超过 60 次/分钟 (1 Hz)，而在危重患者（即单肾、既往使用抗凝剂）中，电击甚至可以在较低的频率下起作用。34然而，在临床现实中，如此低的 PRF 显着延长了治疗时间，并可能给长期无法保持稳定体位的患者带来不便。13 21 34 – 38
4.4.2发电机电压沿 ESWL 会话的过程
根据几项体外和体内实验研究，建议缓慢增加发电机电压（“斜坡”）。39应力波可以在低输出电压下引发碎裂，但需要更高能量的冲击波来产生更大的空化活动并克服由石块聚集产生的衰减和散射效应。在 SWL 治疗的后期，增加的输出电压补偿了由较大残余结石碎片周围的小颗粒聚集产生的衰减，并且还增强了空化活动。此外，以这种方式，初始无创伤性低能量会在能量升高时引起血管收缩以保护肾脏。40
4.4.3定义冲击波应用的端点
当达到最大冲击波数或结石完全崩解时，终止 ESWL 在临床常规病例中的应用。由于组织创伤的风险增加（见下文），必须限制施加的冲击波的数量。这个数字取决于施加的冲击波能量。它由每个特定碎石机的实验和临床研究定义，并由制造商指示。
确定特定结石的粉碎终点对于医生来说要困难得多。成功的预测，尤其是结石的碎裂，是一个多因素的问题，包括结石的属性（例如，成分、大小、撞击）、冲击波的特性（例如，焦点配置、能量）、应用（例如，冲击波率、数量、“斜坡”）、耦合、结石定位精度（例如，焦点区域的 3D 定位、呼吸期间结石运动的跟踪、患者重新定位）和患者状况（肥胖、受骨骼限制的声窗和充满空气的肠道）。
由于无法预测必要的冲击波剂量，因此必须监控碎裂的进程并证明“完全”崩解（实际上未定义所需的最大碎裂尺寸！）。这取决于治疗期间或治疗后的诊断原理及其质量（例如，透视、数字平片、CT 扫描超声）。实际上，我们必须承认，所有成像方式（尤其是那些集成在碎石机中的方式）都不允许检测到完全崩解，因为无论如何都可以定位结石。在达到最大允许限制之前停止冲击波应用（除非石头不能再定位）意味着治疗不完全的风险。无创 ESWL 的这一缺点，
一次 ESWL 会话内或再治疗后粉碎终点的定义是碎石机应用中最关键的未解决问题之一。在这里，我们必须考虑到个人操作经验是成功的重要预测因素。根据“循证医学”，这必须纳入决策制定。
4.5避免组织创伤
体外冲击波碎石术仍然可能是危险的并危及生命。42继发于 ESWL 的胃肠道损伤的发生率估计为 1.8%，43包括结肠穿孔或十二指肠糜烂。44已知冲击波引起的组织损伤是剂量依赖性的。与能量输出（即发电机电压）相关的电击次数有助于组织损伤机制。45 – 48冲击波引起的肾实质损伤主要发生在血管和肾小管细胞。主要取决于能量输出（发电机电压），首先，髓质中的小静脉受损，随后皮质中的小动脉破裂。造成这种情况的主要物理原因是空化（即瘀斑）以及撕裂和剪切力，这取决于冲击波穿透的组织中阻抗的突然变化（跳跃）；实质、血液、尿液或胆汁中的空化核；以及暴露于冲击波的组织的弹性和阻力。在猪模型中，当脉管系统植入空化核时，未聚焦的冲击波可能会损坏焦点区域外的血管。49本研究中损伤的广泛分布表明碎石机的声场传递的负压超过了远离声轴的空化阈值，这强调了允许空化的条件可能导致 ESWL 后的严重后遗症。
能量通量密度是否是冲击波诱发组织损伤的最重要参数仍然存在争议。20如果这一点得到证实，这将有力地支持更大焦点区域的理论，即提供相似的能量输出（与结石碎裂相关），但能量密度显着降低（导致创伤更小）。通过低能量预处理在 ESWL 期间增加冲击波能量可以额外降低肾损伤的风险。40
5碎石机的比较
通过实验研究和临床评估，已经做出了许多努力来定义和比较不同设备的功效。但到目前为止，还没有针对这个问题的标准。
5.1体外研究
不同的中心使用人造或天然石头50来比较不同的冲击波源。电动液压和电磁发生器提供了最高的分解能力，可以破坏最坚硬的天然泌尿系结石。在这些发现中，电磁源提供了从非常低到非常高能级的最广泛的能量。相比之下，压电发电机需要更多的射击来破坏石头。
5.2临床疗效商
为进行临床比较，将疗效的基本参数计算为疗效商 (EQ)：
乙Q % =3个月后无结石患者的比例100 % 重新 ESWL率 辅助程序率乙问%=3个月后无结石患者的比例100% 再ESWL率 辅助程序率
碎石机提供了最高的疗效，达到了最高的无结石患者的再治疗次数和最低的辅助程序（治疗并发症或完全瓦解）率。
最高的 EQ 是针对第一台商业碎石机——未经修改的 Dornier HM3 计算得出的。很少有其他发生器达到如此高的功效水平（表23.2）。由于较高的再治疗率，通常压电碎石机具有较低功效商的趋势。
表 23.2 根据 Teichmann 50的文献综述，不同碎石机的功效商 (EQ)
From:
Extracorporeal Shock Wave Lithotriptors
Generator System No. of Patients EQ Dornier HM3 Electohydraulic 4 242 0.64–0.67 Modulith SL20 Electromagnetic 1 049 0.57–0.67 Lithostar C Electromagnetic 23 559 0.56–0.64 Medstone STS Electrohydraulic 3 015 0.60–0.67 Econolith Electrohydraulic 500 0.56 Dornier Doli Electromagnetic 103 0.36 表 23.3 治疗上尿路结石的三种策略
战略 优势 坏处 SWL无麻醉 •无麻醉 •较低的石头清除率 •手术并发症发生率低 • 更长时间的结石清除随访 •治疗费用低 •残留碎片通过过程中出现并发症的风险 •无引流（支架，PCNL） •更高的随访费用 SWL在麻醉下 •更好的崩解率 •中等持续时间，直至清除石头 •手术并发症发生率低 •残留碎片通过过程中出现并发症的风险 •适中的治疗费用 • 随访费用适中 •无引流（支架，PCNL） 麻醉下的泌尿外科 •最高的即时结石清除率 •严重并发症的风险 •最短的治疗时间 •麻醉 •最短且成本最低的随访 •引流（支架，PCNL）重新干预以去除引流 5.3临床试验
回顾性评估显示了特定碎石机的广泛功效，有时结果相互矛盾。
必须提到的是，缺少提供最高科学证据的研究——如多中心、前瞻性随机研究。单中心随机试验51 – 54证实了经典的 Dornier HM3 与第三代 (Siemens Lithostar Plus) 或第四代 (Storz Medical Modulith SLX) 电磁机器相比的卓越功效。53因此，必须尊重不同的麻醉方案：HM3 和 Lithostar 的硬膜外麻醉与 Modulith 的镇痛相比。
5.4碎石机的临床分类
碎石机的附加设施定义了患者和医务人员的治疗舒适度以及多种和跨学科使用的可能性。透视和超声成像系统和治疗台的宝贵设备可以设计用于一般诊断程序以及腔内和其他介入措施。对于这些问题，患者必须稳定地放置在桌子上。桌子必须在所有三个维度上都可以移动，并且可以选择在特伦德伦堡位置倾斜。应使外科医生能够舒适地进行经尿道或经皮手术。为了顺畅的工作流程，使用固定集成碎石机组件的狭窄布置最佳地集成在用于泌尿科工作站的高端碎石机中，
在模块化系统中，定位系统（最常见的透视 C 弧）和手术台等组件可以与冲击波源分开使用。通常这些系统的资本成本为 250 000–300.000 欧元，需要更多的空间和工作时间来为 ESWL 会话进行组合和调整。
低预算碎石机由一个功效有限的移动冲击波源、一个集成超声定位系统组成，该系统通过水垫耦合到放置在普通担架上的患者身上。这种“经济舱”模型的资本成本为 150–250.000 欧元。
对于综合临床分类，应考虑其他参数（例如，不良副作用）。在这方面，最有效的 HM3 装置通常需要全身麻醉。相比之下，效果较差的压电碎石机可以在没有任何镇痛作用的情况下应用。在大多数机构中，首选可用于镇痛的碎石机（改进的 HM3、其他电液和电磁碎石机、高能压电碎石机）。因此，可以假设崩解功效与疼痛/麻醉需要之间存在相关性。
6治疗理念：SWL 与 Endourology
对于大多数上尿路结石，提供了不同的选择作为合理和成功的治疗方法。医生的经验是下一个重要因素。但是，最终决定取决于患者的偏好。一般来说，患者必须在三种不同的策略中做出决定（表23.3）。
在欧洲，SWL 无需麻醉即可使用的优势受到高度评价。55因此，第二代碎石机受到青睐，即使与镇痛下的 HM3 相比，它们的功效有限。相比之下，在美国，为了舒适的冲击波治疗而应用全身麻醉或脊髓麻醉并未被评估为不利因素。在麻醉下，可以施加最大能量以达到与诱发疼痛无关的最高结石分解率。唯一的限制是组织创伤。
使用麻醉的差异导致了“金标准”碎石机提名的竞争。到目前为止，未经修饰的 Dornier HM3 被认为具有最高的崩解功效，并且通常在麻醉下运行。高端的二代或三代碎石机（Storz Modulith、Siemens Lithostar、Wolf Piezolith等）并未超过此值，但治疗通常在镇痛-镇静下进行。53应进行研究以比较所有这些机器（包括最新机器的灵活焦点区域）在相同条件（全身麻醉）下的崩解和创伤。然后，结果将为下一次与内窥镜手术进行比较提供基础。
7冲击波碎石术的未来
尿石症的流行病学和不等待自然排出的趋势导致对主动取石的需求增加。就其效率而言，碎石机的发展似乎已达到近年来的顶峰。预计不会进一步增加。但是应该注意我们对冲击波物理、控制参数和石头作用模式的知识的进步。通过使用新的发生器概念，临床结果显着改善的突破是不可预见的。对于大多数结石情况，在 SWL 与内窥镜手术之间仍有合理的选择。内窥镜取石工具的发展正在进行中。两种治疗概念的不良副作用都被最小化。患者可以期待近 100% 的成功率。此外，他们期望越来越多的非常舒适的治疗。因此，即使对于 SWL，也倾向于在全身麻醉下进行治疗，以确保无痛和快速（通过使用高效冲击波）治疗。总而言之，SWL 将在未来继续在结石治疗中发挥既定作用（如果略有减弱）。
8结论
冲击波物理学、结石破坏机制和开发最佳冲击波源尚不完全清楚。因此，目前无法预见 ESWL 的改进。泌尿外科手术是竞争对手。但由于患者对早期结石去除的需求和结石发病率的增加，对结石干预的需求不断增加，ESWL 将在结石治疗中保持既定的作用。
