体外碎石机 课件

1、extracorporeal lithoclast 6.1概述 6.2体外碎石机结构和工作原理 6.3体外碎石机使用操作与维护 尿路结石是泌尿系统的常见病之一，国外统计，在发达国家其发病率在成人人群中为2%-3%。体外碎石机的诞生手术取石接触式超声波碎石 体外冲击碎石术(Extracorporeal Shock Wave Lithotripsy，ESWL) 六十年代初，西德道尼尔航空公司的科技人员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。 19691972年开始研究在医学上的应用。实验证实冲击波经过聚焦能够在水中粉碎离体肾结石，并且穿过生

2、物组织时无明显能量衰减。 1978年初研制成功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。体外碎石机的用途 自ESWL问世后，短短几年里，这种治疗方法几乎彻底取代了尿路结石开放式手术。 随着临床经验的积累和碎石机性能的改进，ESWL的适应症不断扩大，从单纯的肾结石到输尿管、膀胱结石，从单侧单发到双侧双发，从小的结石到大结石，鹿角状结石，都取得了较理想的治疗果。体外碎石机的种类 冲击波发生器的原理： 液电式、电磁式、压电式及爆炸式等 结石定位系统： X射线体外冲击波碎石机、B超体外体外冲击波碎石机、X射 线B超相结合的体外冲击波碎石机 冲击波源到人体的耦合方式： 干式、湿式

3、 冲击波的聚焦方法： 椭球面聚焦、球面聚焦、抛物面聚焦、透镜聚焦等 治疗目的： 肾碎石机和胆碎石机。 ESWL系统的规模； 体外碎石机，大型体外碎石机以及小型移动式体外碎石机等体外碎石机的种类按其构造和发展水平划分为三代：国外第一碎石机是指水槽式HM-3型机，其碎石效果最佳。第二代碎石机特点是冲击波与人体的耦合方式是水囊式并与治疗床融为一体，适合治疗尿路的各个部位结石。第三代碎石机是将发射波源与泌尿手术操作台合二为一，实现了多功能化。除ESWL外，还可用来进行泌尿系统影像诊断及其各种腔内碎石和取石。6.1.2体外碎石机的主要技术参数冲击波参数、定位系统参数、操作系统参数、主机及治疗床参数等。1

4、.冲击波参数（冲击波的能量参数）高压放电范围 1520KV 碎石焦点冲击波收缩压峰值32.550Mpa 碎石焦点冲击波膨胀压峰值9Mpa 碎石焦点冲击波单一脉冲能量 72128J脉冲前沿 0.4uS脉宽 0.8uS 碎石焦点聚焦范围 径向7.5mm,轴向40mm第二焦点高度 130mm冲击波发生器平面可在 45 25变化冲击波发生器可以焦心为圆心作球面运动2.定位系统参数X射线定位系统X线球管使用电压 5090kV X线球管作用电流5mA X线图像清晰度12LP/mmX射线球管焦点 1.0mmB超定位在探头对焦点作直线运动时引起定位误差 2mm在探头对焦点作环形运动时引起定位误差2mm探头表面

5、与碎石焦点测距误差2mmB超图象分辨率 x2mm y3mm (CTS280B超)探测深度20cm。(CTS280B超)探头规格 3.5MHz凸阵扇扫或线阵3.操作系统技术参数带隔室操作及床边操作系统碎石能量无级调节碎石放电频率可在0.32秒次之间自由调整4.主机及治疗床治疗床电动运动幅度x、y、z分别为120mm、100mm、120mm治疗床载重135kgC臂运动时引起第二焦点定位误差2mm6.1.3体外碎石机碎石机制 冲击波在结石前后界面上产生的应力：当冲击波在结石前后表面上作用的压力与张力大于结石本身的上述耐受强度极限时，冲击波的反复作用就会使结石从前后两表面上被逐层压碎和裂解。（课后题二

6、、5） 空化机制的作用： 结石内部结构常常是较为稀疏而含有许多孔隙的。在空隙中充满液体，倘若在液体中含有空化核，则进入结石的冲击波及其界面反射波就可能会激活空化核，而产生空化现象。 在空化过程的反复作用下，将会从破坏结石内部的基质开始进而导致整个结石的疏松与碎裂。生物体内存在有微米级以下的小气泡。在较强超声作用下，气核增大后或进入共振振动状态，或迅速收缩崩溃。冲击波的发生基本原理是通过高电压、大电流瞬间放电，能量突然释放的过程，在放电通道上形成一个高能量密度的高温、高压等离子区，将电能迅速转化为热能、光能、力能和声能。放电过程中，放电通道急剧膨胀，在低反射传播介质（水）中形成压力脉冲即所谓冲击

7、波。无论是被电式还是电磁式波源都要求有一套充电和瞬间放电的电路，要求放电时间1微秒左右，放电电流达几下毫安。冲击波波源冲击波与人体间的耦合方式及冲击波的触发系统 定位系统6.2.2体外碎石机主要部件及工作原理液电式压电式电磁式液电式冲击波源的工作原理 液电式冲击波源所产生的冲击波，是由于水下放电，电极附近的水迅速气化，压力和温度急剧升高，放电通道内液体因高温急剧膨胀，突发推动周围液体介质而产生冲击波。 （课后题二、4） 冲击波放电部分与整机的关系能量来源。提供所需的电压与电流。把来自电源的电能储存在高压储能电容内，以备通过放电电路把强大的电流从电极间释放，以激发出冲击波。 水与人体组织具有相似

8、的声学性质，选用水作为冲击波与人体之间的耦合介质，冲击波经由水进人人体，不会对人体组织引起损伤 椭球反射体的设计与制作，应考虑口径，即冲击波进入人体的通道人口。口径过小，会使输入口径内的冲击波强度过大，以致给接受治疗的患者造成痛感；反之，如口径过大，骨骼部分即会对冲击波进人人体形成阻碍（因骨骼与水或周围软组织之间声阻抗失配大）。因此，孔径的大小，需在权衡考虑中予以选定。 椭球反射体的长轴与短轴应考虑因素：1.第二焦点处的聚焦能量问题：为减小冲击波在人体中的传播衰减和增大第二焦点处的聚焦能量，长轴应尽量短，使长轴接近于短轴。2.考虑患者的安全问题：为避免高压放电时产生的紫外线对人体可能造成危害，

9、则希望长轴越长越好；3.患者身体的具体情况： 不同的患者，其体态胖瘦差别较大，从而使得结石处于体内的深度也不同，相应地对长轴长度要求不同。压电式冲击波源 压电式冲击波源压电式冲击波源是利用压电阵元的逆压电效应。根据逆压电效应原理，当压电阵元同时受到电脉冲激励时，它们就发生形变而辐射出频率一定的（决定于压电晶体厚度）脉冲超声波。在压电晶体背面附以相匹配的重背衬，以使它具有发射窄脉冲的特性。这样，由全部压电阵元发射的窄超声脉冲波都向其前面的水媒质中辐射，且在焦点F处会聚，以形成高强度的脉冲超声波。电磁式冲击波源 电磁式冲击波源 一个单屡螺旋线圈L固定在绝缘板上，线圈与其前方的一个金属膜片之间置一绝

10、缘层隔开，由此构成了一个电声转换系统。当充电电容通过线圈放电时，根据电磁感应原理，在金属线圈中电流产生磁力，金属膜片中就会感应产生很强的电流，这个感应电流所产生的磁力与金属线圈中电流产生的磁力方向相反，由此将金属膜片推向远离线圈方向，随即对其周围的水介质产生一次强烈扰动，即发射一个脉冲波。该脉冲波经声透镜聚焦后，即在透镜的焦点处会聚，从而可形成一个很强的冲击波。 液电复式脉冲波源 高压电在水中一次放电，在特定的时间产生双脉冲的冲击波（能产生空化效应的双脉冲）。 液电复式脉冲源一次放电在几个微秒内产生两个脉冲，具有液电单式脉冲的波形性能充分利用空化效应的作用。 笫一次冲击波在结石周围及内部产生大

11、量的微细气泡，因此该气泡从产生到膨胀破裂一般只需数微秒左右，在第一次冲击波产生的气泡最高端时第二次冲击波到达，加剧气泡的膨胀破裂，从而增加了结石的压力、拉力，提高了碎石效应。 实验证明，复式脉冲波源能够缩短治疗时间，对人体组织的损伤比单式脉冲小。 复式脉冲源是体外冲击波碎石机的发展方向。 复式脉冲冲击波源除了液电式外，目前还能看到电磁式、压电式等。 工作原理： 两组相互基本独立的充放电电路分别向同一冲击波发生器瞬时放电而产生复式脉冲，只要调整触发器1秒和2秒的触发时间差，也就可控制这两个复式脉冲的时间差。常见的体外冲击波碎石机波源比较（课后题二、2）冲击波与人体的耦合方式冲击波必须经由某种声阻

12、抗和人体组织声阻抗相近的介质耦合无障碍地进入人体,以避免冲击波在进入人体的界面处产生反射导致应力而伤害人体。理想的耦合介质为水。冲击波和人体间的耦合方式有下列三种：水槽式、水盆式和水囊式。水槽式：水槽式：是最早采用的冲击渡和人体间的耦合方式。P131人体浸在水浴中， 冲击波经由水直接进入人体。水槽式耦合的优点在于冲击波传播过程中能量损失小，缺点是治疗不方便，对水温及室温都有一定要求，现已经淘汰。水盆式：水盆式：水盆式是将水槽缩小为水盆，只需将患者治疗部分浸入水中即可。水囊式：水囊式：也称干式。水密封于水囊中通过软胶薄膜和凝胶介质与人体耦合接触。 其优点为患者治疗时不需浸入水浴，命中率高，但由于

13、冲击波需经由软胶薄膜进人人体而使能量有所损失，水囊需要有气泡排除装置。第二代和第三代碎石机均采用水囊作为耦合方式。其优点是将冲击波源与治疗台融为一体，便于患者体位的变动，有利于治疗中段和下段输尿管结石，而且也便于从多个角度治疗肾结石和上段输尿管结石。 冲击波的触发方式冲击波的触发产生必须保证对患者各器官功能无损害，确保患者安全；同时又要使冲击波进行有效冲击，命中率高。共有下列五种冲击波的触发方式： 心电R波触发 呼吸触发 呼吸与心电R波同步触发 自动连续触发 手动触发单一的X射线定位系统单一B超定位系统X射线和B超双定位系统定位系统其主要包括定位器及机械调整两个部分X射线和B超双定位碎石机定位

14、器定位器： 指对体内结石的显像观察设备的探头与反射体组合的整体，它们之间的相对位置同定不变。 借助于定位器与显像观察设备，就可以通过机械调整反射体与人体的相对位置，使体内结石准确地置于反射体的第二焦点处，以使会聚的冲击波能量最有效粉碎结石，而不损伤周围组织。X X射线定位系统的基本原理：射线定位系统的基本原理：双束交叉X射线定位系统单束X射线定位系统C臂X射线定位系统X射线定位系统由X射线球管、影像增强器、摄像机以及显示部分组成。双束交叉X射线定位系统： 两台X射线机置于同一平面上，且两束X射线以一定角度交叉，交叉点刚好落在反射体的第二焦点上。 进行定位操作时，只需要通过机械调整装置调整人体位

15、置，使体内结石与两束X射线轴线焦点重合，也即使结石与反射体第二焦点在空间相重合。 这类机器配有两个X射线影像增强器使图像清晰，而且x射线球管位于治疗床下面，使工作人员所受射线辐射较少。单束X射线定位系统：采用同一束X射线旋转一个角度来完成双束X射线定位功能。这一束X射线两个位置轴线的交点与反射体的聚焦点是相重合的，它使用两个球管与一个影像增强器，其目的是降低体外冲击波碎石机的生产成本，但在实际定位和跟踪时，等待影像增强器旋转到对侧球管的过程需要时间。C臂X射线定位系统： 虽然只有一套X射线定位系统，但巧妙地利用C臂两端安置的球管与影像增强器，在C臂旋转时两者相对同时转动，可以通过不同角度观察结

16、石方位。 由于其可以连续性跟踪目标，即使多枚结石相互靠近，也可被分辨开来。 另外，其定位方式还可以分辨结石影像与骨骼重叠的情况。 此方法图像清晰、准确、快捷，是目前理想的X射线定位方法。超声定位系统基本原理：单角度B超定位装置多角度B超定位装置单角度B超定位装置：采用一个装在冲击波发生源上的超声探头进行结石定位和实时监测。采用高分辨率扇形超声波扫描探头，安装在与压电冲击波发生源球形盘的中心。冲击波聚焦焦点和超声波扫捕探头的相对位置固定，并在监视器上以光标显示，将超声图像上的结石和光标重合便能实现精确定位。多角度B超定位装置：B超探头插在探头夹上，探头夹同定在一个伸缩筒上，伸缩简同定在机械手上，

17、机械手有两条臂三个关节，机械手固定在环形支架上，环形支架同定在反射体外缘，能绕反射体转动。整个定位装置由人工操作，可在任一竖直平面转动，但B超探头中心延线始终通过焦点，可根据需要调节探头伸缩来定位，它利用机械手的万向转动功能，可对人体各部位准确定位，克服了单角度B超定位装置的缺点，是国内外目前最先进的B超定位装置。X射线和超声波双重定位系统：近年来，新型体外冲击波碎石机采用C臂X射线和超声波双重定位系统，利用两种结石定位系统的优点，相互弥补各自缺点，使定位系统性 能更趋完善。结石定位方式的比较：（课后题二、3）机械调整部分 定位系统中的机械调整部分，是用于调整反射体与人体的空间相对位置以达到碎

18、石前的定位要求。 在碎石机上常用的机械调整部分有齿轮传动和液压移动两种。体外冲击波碎石机的主要工作原理 碎石机装置通过高变比的充电变压器将市电升高至高压，并且对电容充电，电压在820KV可调（液电式和电磁式电压调节范围不同）。 同时触发脉冲通过触发变压器的升压产生高压脉冲，在放电管(通常使用触发球)触发放电，电极或电磁盘产生冲击波，再由椭球面或透镜聚焦将冲击波能量汇聚至碎石焦点通常冲击波射程大于等于130mm。 与此同时通过B超或X光机的定位，经过移动波源或者床体运动，将人体结石与碎石机装置碎石焦点重合，从而将结石粉碎。（课后题二、1）安装电极以及水囊给气囊加水，排气调整水囊位置，对结石定位设定冲击次数，开启触发键关闭主机电源，拆下电源治疗结束后，高压调零，关闭高压，排干水囊中水过程中根据结石情况进行微调逐步增加高压到所需能量接通主机电源体外碎石机的操作6.3体外碎石机使用操作与维护1.冲击波发生源及水处理系统 Lithostar体外冲击波碎石机由于采用电磁冲击波发生源，其主要破损元件为电磁线圈和振动片。