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体外冲击波碎石术 体外冲击波碎石术 ESWL 始创于20世纪80年代的德国 它开创了人类外科史上非手术治疗结石病的新纪元 从而使千百万结石病患者从传统的手术刀下解放出来 因而被誉为当代三大医疗新技术 CT 核磁共振 ESWL 之一 体外sw碎石机按其构造和发展水平可划分为三代 国外第一代碎石机是特指水槽式的HM3型机 尽管目前已不再生产 但该机碎石效果最佳 至今仍被誉为ESWL的金标准 第二代碎石机的特点是sw与人体的耦合方式是水囊式并与治疗床融为一体 这样便于患者调整体位 适合治疗尿路各个部位的结石 随着sw源特性的改进 麻醉需要也相应减少 但因sw通过水囊膜时能量有所损耗 故其效能不如第一代HM3型机 第三代碎石机是将发射波源与泌尿手术操作台合而为一 实现了多功能化 除了ESWL 还可用来进行泌尿系影像诊断以及各种腔内碎石和取石 目前该类碎石机在欧洲已经普遍使用 基本原理 一般而言 所有的碎石机都由最基本的两部分组成 即能够粉碎结石的sw源和对结石精确定位系统 而sw源就是碎石机的核心 1 sw的声学性质sw是一种包含频率从几十赫至几兆赫范围的机械波 在介质中的传播符合声学原理 声传播速度与物质的密度有密切关系 密度低 传播速度慢 密度高 传播速度快 声阻抗是表示声波从一种介质进入密度不同的另一种介质时 因传播速度变化在物质介质表面和内部的作用力 声阻抗变化是sw碎石的重要因素之一 水与生物软组织的密度 声阻是相近的 当sw在水中产生时 从水传播到生物软组织时 因阻抗相近 sw通过时衰减很小 sw在人体软组织中传播 当遇到结石时 因密度变化引起速度变化 因而在结石表面产生很大的阻抗 在结石表面及内部产生很大的应力作用 使得结石破碎 这就是sw碎石的重要因素之一 2 sw的光学性质sw的传播从一种介质进入另一种介质时 会产生折射或反射现象 这种现象近似光的传播特性 鉴于sw的这种性质 利用光的折射 反射几何学关系原理进行聚焦 使能量集中 达到碎石的目的 3 sw的力学性质 1 能量特性 sw由能量转换产生 并遵从能量守恒原则 目前碎石机的sw产生均通过高压脉冲放电的形式由电能转换产生 比如液电效应sw是通过在水中放置的电极两端施加高压 使其放电产生高温 高压及空化效应 对周围的水产生压力 从而形成sw 电磁效应sw则是将电能转变成磁场 再通过磁场形成涡流产生的磁场与原磁场产生拆力推动金属振膜压迫水形成sw 2 应力作用 sw携带能量并具有方向性 在它传播的过程中 如果介质密度和声阻抗发生变化 sw就会对介质产生应力作用 在粉碎结石的过程中 sw的应力作用可分解为压力及张力两种 sw进入结石时 在入射界面处会产生压力效应 sw进入结石后在结石内穿行 在到达结石对侧界面时 根据声学原理 由于从结石到周围液体或组织的声阻降低 就会产生反射性张力波 对结石产生张力效应 一般泌尿系结石的抗拉强度是抗压强度的1 10左右 所以张力的影响大于压力的影响 一旦超过结石张力性破坏强度 这种反射性张力波就会造成结石剥落性破坏 3 空化效应 在体外碎石的过程中 当足够强度的sw通过液体时 其张力作用使得液体内部微细汽核产生爆裂 从而产生大量气泡 这些气泡在sw的作用下 在瞬间内膨胀到原始体积的数十倍甚至上百倍 然后剧烈崩解 在崩解的过程中产生极高的温度和压力 这就是sw在ESWL中的空化效应 空化效应是sw在水中传播能量衰减的主要因素 如果sw在人体组织中引发空化效应会造成损伤 而在结石表面或内部引发 则会对结石产生作用 加速结石的粉碎 定位方法 ESWL的定位 就是利用有关设备确定结石在人体内的位置 并将结石准确地移至目标位置 即sw的焦点 的过程 定位系统的优劣是体外碎石术成功与否的关键性因素之一 现代碎石机普遍采用x线电视系统或者医用B超系统进行定位 这二种方式各有特点 1 x线电视定位x线电视定位方式按照定位机制又分为旋转式c臂单束x线交叉定位和双束x线交叉定位系统两种 1 旋转式c臂单束x线交叉定位 这是目前大多数x线定位碎石机采用的方式 2 双束x线交叉定位 早期的碎石机几乎都采用这种方式定位 多数碎石机生产厂家都不再生产这种形式的碎石机 2 B超定位除了使用机械手一类的B超支架以外 大多数B超定位都是使B超探头安装在sw源旁边调整角度 使B超探头对称的轴心固定经过sw焦点 并使探头沿着这一中心轴线移动 只要知道探头表面距离到焦点的距离 利用B超的测距功能 就能在屏幕图像上找出sw的焦点 当发现结石时 将结石移到焦点 即可完成定位 x线定位方式直观 对输尿管中下段结石定位有突出优势 而且容易判断结石粉碎程度 缺点是有放射性 对阴性结石不显影无法定位 B超定位则无放射性 对阴性 阳性结石均可观察定位 缺点是B超影像学空间概念较难掌握 输尿管中 下段结石很难观察 难定位 不容易判断结石粉碎程度 因此 理想的碎石机宜采用X线和B超双重定位系统 使操作者可以根据不同病例的不同需要选用合适的定位方式 碎石机的类型及性能 一 按sw发生器类型划分以sw发生器类型可以划分为三种 电磁sw碎石机 液电sw碎石机 压电sw碎石机 1 液电sw碎石机ESWL最早采用液电sw技术 它的工作原理是在一个充满水的半椭圆的一个焦点上安置一对放电电极 当电极施以脉冲高压放电时 由于水介质的电阻作用 使电能瞬间在电极尖上释放 产生高温 高压 迫使水振动并使能量以球面波的形式向四周传播 当遇到椭球的曲面时 根据椭圆的几何学原理 这些sw就会在椭圆的另一个焦点上聚焦 这个焦点就是碎石焦点 液电sw碎石技术诞生于20世纪80年代 是一种成熟的技术 其sw源结构比较简单 工艺也不复杂 尤其是液电脉冲能量转换效率较高 碎石效果较好 缺点是电极寿命短 噪声大 散射波较多 2 电磁sw碎石机电磁sw碎石机是20世纪90年代发展起来的sw新技术 电磁sw的工作原理 在一个平面线圈上放置一块金属振膜 当线圈通过脉冲电流时 先产生一个强大的脉冲磁场 磁场推动金属膜振动压迫水 形成平面sw 这种平面sw经声透镜可以聚焦在一点 电磁sw源与液电及其他sw源相比有明显的优点 1 脉冲放电稳定 2 聚焦效率高 没有散射sw 3 工作寿命长 另外 电磁sw触发时噪声小 无闪光 电磁sw源的出现 是ESWL技术发展史上的又一个里程碑 尽管开始时碎石效果不如液电式sw碎石机 但由于其上述明显的优点还是被市场所接纳 今天 电磁sw技术已日趋成熟 国外的多数厂家已不再生产液电式碎石机 而全部改为生产电磁式sw碎石机 从当前发展趋势来看 电磁sw碎石机正在逐渐取代液电sw碎石机 3 压电晶体sw碎石机压电晶体是一种电能与机械能相互转化的材料 对陶瓷片施加高压电脉冲 陶瓷片就会产生机械振动 对压电陶瓷片施加瞬间作用力 就会产生电脉冲 当数量足够的压电晶体同一球面等距排列 同时施加电脉冲 就会同时产生机械能 这种力压迫水产生定向sw向球心聚集 可得到足够的sw能量 压电晶体sw压电转换效率低 功率较小 碎石效果不如液电和电磁式碎石机 加上工艺复杂 要求高 维护费用高 所以仅有国外个别厂家生产 目前国内尚有几台这种碎石机 但大都没有正常运行 二 按定位方式划分以定位方式划分的碎石机分成三种类型 X线定位碎石机 B超定位碎石机 X线 B超双定位系统型碎石机 三 按使用功能划分可分为单一功能型碎石机和多功能型碎石机 体外冲击波碎石术的临床应用 一 适应证与禁忌证体外sw碎石术应用20余年来 随着临床经验的不断积累和碎石机设备的不断更新 现已成为治疗尿路结石的主要手段 从理论上说 ESWL适用于治疗所有尿路结石患者 但为了取得最佳治疗效果和尽可能减少不良反应 临床上必须对结石病人加以选择 一 适应证在ESWL问世之初 其治疗对象受到严格限制 仅限于直径 1cm 不透x线的单发性肾盂或肾盏结石 而且患者必须身体状况良好 随着临床经验的不断积累和碎石机设备的不断更新 ESWL适应证也在不断扩大 现在 除特殊情况外 ESWL基本上不受患者年龄 性别 结石部位及其x线影像特征等因素的影响 而且由于其非侵入性的特点 对患者身体状况的要求也远不如经皮肾镜取石术 PCNL 或开放手术那样严格 迄今 90 以上的尿路结石都可用ESWL治疗 1 肾结石直径 2cm的肾盂或肾盏单发结石或总体积与之相当的多发结石是ESWL的最佳适应证 多数情况下单次治疗即可将之完全粉碎 直径2 4cm的结石一般仍可以ESWL为首选治疗方法 但术前常需放置输尿管导管或支架 且往往需要多次碎石 对于难碎结石 胱氨酸结石等 或直径在4cm以上的巨大结石 应根据实际情况选择PCNL或PCNL ESWL联合治疗 PCNL或开放取石术后的残余结石 畸形肾结石 移植肾结石亦适应于ESWL治疗 2 输尿管结石输尿管各段结石均可用ESWL治疗 长径 1 5cm的输尿管结石是ESWL的最佳适应证 但那些停留时间过长或结构致密的结石碎石效果较差 体积巨大的输尿管结石需多次碎石或加用腔内操作等其他辅助措施方能成功 就结石部位而言 上 中段输尿管结石以原位ESWL治疗为首选 下段输尿管结介因经输尿管镜治疗效果更佳 是否首选ESWL尚有争议 3 膀胱结石膀胱结石主要采用开放手术或经尿道体内碎石术治疗 一些不能耐受开放手术或经尿道器械操作的患者可施行ESWL 但一般只限于体积较小 数量较少的膀胱结石 4 尿道结石尿道结石可直接取出或推回膀胱再作处理 已有人试用ESWL治疗尿道结石 但国内外对此尚有不同意见 二 禁忌证早期ESWL的禁忌证相当广泛 包括妊娠妇女 心脏起搏器携带者 小儿 过度肥胖等 这一方面是由于当时设备和技术条件的限制 另一原因是缺少临床经验 近年来 伴随着ESWL适应证的不断扩大 其禁忌证则不断缩小 临床上 很多有所谓禁忌证的结石患者能安全地接受ESWL治疗 目前认为 妊娠是惟一的ESWL绝对禁忌证 而其他如结石远端尿路梗阻 尿路感染 心血管疾患等均属于相对禁忌证 在一定条件下或经过适当处理后可以施行碎石治疗 1 妊娠自碎石机应用于临床以来 妊娠一直是ESWL的绝对禁忌证 无论妊娠早期还是晚期 虽然动物研究表明sw对兔卵巢未产生明显病理改变 近年来也有报道 处于妊娠早期的孕妇在无意中接受ESWL治疗后未出现明显异常 新生儿也一切正常 仅由于缺少长期资料和足够病例 上述观察不能作为普遍结论 可以说 sw及x线对胚胎和胎儿的影响仍有待进一步研究 鉴于ESWL用于孕妇风险巨大 如可能导致胎儿流产或畸形 建议这类结石患者改用其他治疗方法 或待分娩后再行ESWL治疗 处于育龄期的女性输尿管下端结石患者也不宜使用ESWL 因此时sW焦点距离子宫和卵巢太近 sw对其功能可能有不同程度的影响 2 凝血机制异常sw最常见的组织生物学效应是出血 因此 若患者已有出血性疾病 则可能导致靶器官大出血或出血不止 故凝血机制异常者不宜行ESWL 但这类患者在凝血机制异常得到纠正后仍可行ESWL治疗 对疑有凝血机制异常的患者 碎石前必须做相应的血液学检查 如测定血小板 凝血因子 3 严重心血管疾患心肺功能不全 严重心律失常者因sw有加重病情的危险 暂不宜施用此项治疗 需待心肺功能不全 心律失常纠正后方可行ESWL 心脏起搏器携带者现在也并非禁忌 ESWL有升高血压的可能 而且高血压患者碎石时更易并发出血 故伴有高血压的尿路结石患者应慎用ESWL 但这类患者在病情稳定 血压控制良好的情况下也可以行ESWL治疗 动脉瘤患者亦可碎石 但瘤体与结石之间的距离必须大于5cm 肾动脉瘤和腹主动脉瘤的直径应分别小于2cm和5cm 而且患者无相关症状 4 结石远端尿路器质性梗阻各种原因如先天性畸形 息肉 肿瘤导致尿路梗阻者 结石破碎后难以排出 且碎片堆积将加重梗阻 故这类患者暂不宜行ESWL 必须先解除梗阻才能行碎石治疗 5 肾功能不全大量临床研究表明 ESWL可引起短暂的肾功能减退 是否还有长期影响尚无定论 所以 ESWL治疗前必须全面了解患者肾脏功能情况 并区别导致肾功能不全的原因 如果肾功能不全是由于结石梗阻所致 则要积极碎石 以解除梗阻 尽快恢复肾功能 若为少尿性 非梗阻性肾功能不全 则必须在纠正肾功能后方可行碎石治疗 对于孤立肾结石 应充分考虑到ESWL有加重肾脏损伤 引发肾功能不全的可能 应特别小心 碎石前尽可能放置输尿管支架 6 尿路感染急性尿路感染期禁行ESWL 因易发生炎症扩散 导致尿源性败血症 患者需经治疗 在症状消退 尿白细胞和细菌培养转阴后方可碎石 慢性炎症一般短期内难于消除 若系感染石则在结石去除前更不可能治愈 此时可不必强求彻底控制感染 治疗前做尿培养加药敏试验 选用有效抗生素治疗3 4天后即可碎石 碎石后加强观察 并继续使用抗生素一段时间 7 复杂结石结石的位置 大小 成分 结构 形态 在尿路存留时间长短及是否伴有积水等因素均影响碎石效果 理论上 泌尿系任何结石都可用ESWL治疗 但有些情况体外碎石治疗可能不是最佳选择 如肾结石体积巨大 尽管反复多次ESWL也可将之破碎 但可能造成严重的肾功能损害或输尿管梗阻 而PCNL或开放手术则相对安全 巨大或多发性膀胱结石用ESWL治疗既耗时 费用又高 远不如膀胱切开取石术经济 快捷 因此 不同类型的结石应作全面分析 治疗前制定相应计划 在选用ESWL时 应权衡利弊 尽量减轻患者的痛苦和负担 那种盲目扩大ESWL指征的做法是不足取的 同样 经多次ESWL治疗效果欠佳者也应及时改用其他治疗方法 活动性结核伴有泌尿系统活动性结核者不宣行ESWL治疗 因sw导致的组织损伤将促使结核杆菌向血液扩散 形成全身粟粒性结核 其余部位如肺活动性结核则要视具体情况而定 如肾结石体积较大 需反复多次治疗 则暂时不宜施行ESWL 若结石较小 或位于输尿管或膀胱 则可碎石 但最好在结核控制后再行碎石治疗 治疗方法 肾结石的ESWL治疗1 肾盂结石直径 2 0cm的肾盂结石最适合ESWL 绝大多数一次治疗即可完全粉碎 并彻底排尽 术后并发症很少 碎石成功率达97 99 从结石成分看 磷酸镁胺结石一般冲击800次左右即可粉碎 草酸钙结石约1000 2000次 胱氨酸结石则需2000 2500次 治疗过程中应注意观察结石粉碎情况 不要遗漏较大碎石颗粒 务使结石全部粉碎 方能顺利排出 冲击次数在允许范围内宁多勿少 临床经验是在见到结石粉碎后再补充100次左右 以确保一次碎石成功 2 肾盏结石小于2 0cm的肾盏结石碎石成功率同肾盂结石一样 达95 以上 但部分肾盏存在出口狭窄 降低了它的排石率 下盏结石因其位置低于盏口 碎石排出更为困难 据统计 肾脏上 中盏结石ESWL后无石率为68 94 而下盏结石仅为41 79 体位引流法对下盏结石患者有一定作用 即碎石后患者采取头低脚高位 身体与水平线呈45 60度夹角 并轻轻叩击脊柱来促进碎石排出 对有肾盏出口梗阻而又无临床症状的肾盏结石 可暂不予处理 伴有肾盏中到重度积水的肾盏结石宜首选PCNL 在处理结石的同时解除梗阻因素 直径 2 0cm的肾结石应慎重对待 必要时术前应制定分期碎石或联合治疗方案 对于2 0 4 0cm之间且伴有肾盂 肾盏积水的较大结石 将之击碎尚相对较易 但若是4cm以上的巨大结石 则相当困难 此时可采取ESWL与PCNL联合治疗 治疗效果和安全性均优于单一ESWL 治疗前最好先放置输尿管支架或导管 防止碎石屑堵塞输尿管 碎石时 从有积水部位开始冲击 碎石纷纷坠入积水肾盏 待一处粉碎后再冲击另一处 直至全部粉碎 每次治疗sw剂量不宜过大 达到冲击量上限即可 关键在于要彻底粉碎 不要遗留较大碎石粒 碎石后嘱患者取患侧卧位平躺24 48小时 以减缓碎石屑排出速度 防止石街形成 巨大肾结石多伴有潜在性尿路感染 故即使治疗前尿液检查正常也应给予抗生素治疗 原则上使用抗生素12天后再碎石 碎石后再常规使用3 4天 一旦输尿管石街形成 应及时采取有效措施 保证患肾引流通畅 输尿管结石的ESWL治疗解剖上按骨盆上 下缘将输尿管分为上 中 下三段 早期ESWL只用于治疗上段输尿管结石 随着治疗经验的积累和碎石机的改进 现在输尿管任何部位的结石都可用ESWL治疗 ESWL和各种体内碎石术的发展己使得95 以上的输尿管结石免于开放手术 和肾结石相比 输尿管结石ESWL治疗成功率相对较低 结石排净率为53 97 再次治疗率为10 30 这其中既有定位困难的因素 也有结石不易粉碎或不易排出的原因 就整体而言 ESWL可作为输尿管结石的首选治疗方法 但不同患者又有所区别 体积过大 大于1 5cm 多发 难碎结石以及停留时间过长 大于2个月 的结石 经输尿管镜治疗可能效果更好 上段 中段输尿管结石 ESWL可作为首选治疗方法 下段输尿管结石 国内外对其治疗方法的选择至今尚有争议 膀胱和尿道结石的ESWL治疗ESWL并非膀胱和尿道结石的首选治疗方法 仅在少数情况下比较适合 并发症 石街系由大量碎石屑在输尿管内堆积而成 多见于