超声碎石清石系统技术发展与应用

超声碎石清石系统技术发展与应用

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日期：2026年**月**日超声碎石技术概述超声碎石系统核心组件关键技术参数解析设备操作规范流程临床适应症与禁忌症手术操作技术要点安全防护与并发症预防目录清石系统创新设计多模式联合碎石方案临床效果评估体系设备维护管理体系国内外产品对比典型病例分析未来发展趋势目录超声碎石技术概述01技术定义与基本原理精准能量控制通过声学透镜实现1-2毫米级精确定位，结石成分中的钙盐晶体选择性吸收能量，周围组织因声阻抗差异小而不受损伤，碎片粒径控制在2毫米以下便于自然排出。双重破坏机制超声波在结石表面形成压缩-拉伸交变应力导致材料疲劳断裂，同时空化效应产生的气泡塌陷释放数百个大气压的微射流冲击波，协同破坏结石结构。高频机械振动超声波碎石是利用超过20000赫兹的高频声波产生机械振动，通过压电晶体或磁致伸缩材料将电能转换为超声波能量，形成聚焦声束穿透人体组织。航空技术转化设备迭代升级20世纪70年代德国多尼尔公司在超音速飞行器研究中发现超声冲击波可穿透生物组织，1980年研制出首台HM1型碎石样机并完成首例肾结石治疗。1982年HM2型机实现治疗时间缩短至30-45分钟，1983年HM3型机确立冲击波碎石标准，无石率达90%并建立首个碎石中心。发展历程与里程碑事件临床验证阶段初期严格筛选非梗阻性肾盂结石病例，逐步验证500-1500次冲击波治疗的安全性，206例患者随访显示肾功能参数无显著异常。技术完善过程从水槽式治疗到干式治疗系统改进，电极寿命延长使操作简化，适应症从肾盂结石扩展至输尿管结石，但嵌顿性结石仍需手术干预。在泌尿外科领域的地位无创治疗首选对≤20mm肾结石、≤10mm输尿管结石和≤30mm膀胱结石具有显著疗效，尤其对草酸钙结石破碎率达85%以上，取代90%传统开放手术。技术组合应用与肾镜配合实现"碎石-清石"一体化，中空探杆同步抽吸碎片，电磁冲击波源实现可视化操作，形成现代泌尿系结石微创治疗体系。行业标准确立建立术前影像评估、术中能量参数调控、术后饮水排石的规范化流程，成为泌尿外科医师必备技能和培训考核内容。超声碎石系统核心组件02超声波发生器工作原理电能转换机制通过压电陶瓷或磁致伸缩材料将电能转换为高频机械振动，产生20-100kHz的超声波，转换效率直接影响碎石能量输出。频率精准控制采用数字信号处理器（DSP）调节振荡电路，确保超声波频率稳定在治疗所需的23-27kHz范围内，避免频率漂移影响碎石效果。能量聚焦技术通过抛物面反射器或相控阵技术将超声波能量聚焦于结石区域，焦点处声强可达300W/cm²以上，实现精准靶向碎石。安全保护系统内置阻抗匹配模块和温度传感器，实时监测负载变化与设备温度，防止能量反射损坏发生器或造成组织灼伤。外导管采用钛合金材质进行气压弹道冲击，内导管通过压电陶瓷产生纵向超声振动，双重能量叠加使碎石效率提升40%以上。特殊镍钛合金记忆材料制成的导管可在输尿管镜引导下完成270°弯曲，适配肾下盏等复杂解剖部位的碎石需求。内导管直径1.2-1.8mm的中空结构兼具碎石与负压吸引功能，碎石过程中同步清除80%以上直径<3mm的碎屑。导管表面涂覆亲水性聚合物层，降低组织摩擦系数至0.03以下，减少输尿管黏膜损伤风险。双导管碎石杆结构特点协同振动设计柔性传导系统中空引流通道抗粘附涂层负压吸引系统设计优势动态流量调节采用文丘里效应原理设计吸引泵，最大负压值可达-600mmHg，流量可在0-300ml/min范围内无级调节。组织保护功能专利设计的压力缓冲腔可消除吸引负压波动，使管腔壁承受压力稳定在-150mmHg安全阈值内。内置螺旋式碎屑过滤器与脉冲反冲装置，能自动清除>200μm的结石颗粒，保持吸引管路持续畅通。防堵塞机制关键技术参数解析03超声频率范围(23-26.4KHz)空化效应阈值设备兼容性组织选择性23-26.4KHz频率范围可确保液体介质中形成有效空化气泡，气泡破裂产生的微射流冲击压力达数千大气压，是碎石的核心物理机制。低于20KHz时空化效应显著减弱，而超过30KHz则穿透深度不足。该频段超声波对结石的机械阻抗匹配特性优于软组织，探杆振动能量可集中作用于硬度较高的结石（如草酸钙结石），同时避免对周围输尿管或肾盂黏膜造成热损伤（组织吸收系数<0.3dB/cm/MHz）。与现有超声换能器技术（如压电陶瓷阵列）的谐振特性匹配，能实现90%以上的电能-机械能转换效率，确保碎石系统在长时间工作中保持频率稳定性（波动<±0.5KHz）。振幅20-50μm适用于脆性结石（如尿酸结石），通过高频低幅振动实现层状剥脱；50-80μm振幅则用于高硬度结石（一水草酸钙），通过大振幅冲击波引发裂纹扩展。碎石效率优化智能振幅控制系统能根据结石硬度实时调整，遇到高密度结石时自动提升振幅至70-80μm，并在穿透后降至30-40μm维持碎石状态。动态调节机制振幅超过100μm可能造成探杆疲劳断裂风险，而低于20μm时无法有效克服结石弹性形变阈值。临床数据显示30-60μm振幅范围可实现结石破碎率>85%且黏膜损伤率<3%。安全边界控制将振幅限制在80μm以内可延长钛合金探杆使用寿命至200次手术以上，振幅每增加10μm会导致金属疲劳寿命下降约15%。探针寿命保障探针振幅控制(20-80μm)01020304气压弹道能量标准(≥1J)冲击波穿透力1J单次冲击能量可在水中产生约5mm的有效作用深度，确保对直径≤15mm结石的贯穿破碎能力。能量低于0.8J时需增加冲击次数，可能延长手术时间30%以上。安全冗余设计系统实际最大输出能量通常设计为1.5-2J，留有50%冗余以应对不同硬度结石，但临床使用中通过占空比调节（10%-100%十档可调）将实际作用能量限制在安全范围内。结石位移控制脉冲式能量释放（1-12Hz可调）使结石碎片位移控制在2-3mm范围内，避免碎片飞散导致输尿管二次堵塞。连续模式能量输出需配合负压吸引系统使用。设备操作规范流程04术前设备检查与准备设备功能验证检查碎石机主机、冲击波发生器、耦合剂输送系统及定位装置是否运行正常，确保电压稳定、脉冲频率可调，并进行空载测试验证能量输出稳定性。对超声探头或X线定位系统进行多平面成像测试，调整焦距和增益参数，确保能清晰显示结石的立体位置及周边组织结构关系。采用一次性无菌护套覆盖探头接触部位，使用医用耦合剂避免细菌污染，手术室需达到百级层流净化标准。影像系统校准无菌环境准备术中参数设置与调整能量阶梯式调节初始选择低能量（0.4-0.6mJ/mm²）进行试探性冲击，根据结石碎裂反馈逐步提升至治疗能量（0.8-1.2mJ/mm²），磷酸钙结石需较高能量而尿酸结石适用较低能量。动态焦点追踪通过实时超声影像监测结石位移，配合呼吸门控技术动态调整冲击波焦点，确保始终精准作用于目标结石。脉冲频率优化常规采用1-2Hz单脉冲模式，对于>2cm结石切换至3Hz连脉冲击模式时需同步降低单次能量20%以防止组织热损伤。耦合剂持续灌注保持水囊或体表耦合剂充分覆盖，避免声阻抗差异导致能量衰减，每15分钟检查一次传导介质状态。术后维护保养要点使用专用消毒剂擦拭主机表面及探头，清除耦合剂残留，检查电缆线有无磨损，避免液体渗入设备内部电路。设备深度清洁每次术后进行标准试块破碎测试，对比冲击波焦点精度和能量衰减曲线，形成校准报告存档备查。性能校验记录定期更换老化耦合剂管路、水囊膜及过滤网，冲击波发生器每5000次冲击后需专业检测电极损耗情况。耗材更换周期临床适应症与禁忌症05直径≤2cm的单颗肾结石是理想适应症，2-3cm结石需谨慎评估碎石效率，＞3cm建议优先选择经皮肾镜取石术。结石成分影响碎石效果，磷酸钙和草酸钙结石较适合，胱氨酸结石效果较差。适用结石类型与大小标准肾结石上段≤1cm结石首选体外碎石，中下段结石需结合位置评估，＞1.5cm或下段结石建议输尿管镜治疗。结石滞留时间超过4周可能因粘连降低成功率。输尿管结石鹿角形结石需联合经皮肾镜治疗，多发结石需分次处理，儿童结石需严格评估发育影响，孕妇禁用。特殊类型结石解剖因素评估泌尿系统畸形（如肾盂输尿管连接部狭窄）、结石远端梗阻情况，严重肾积水患者需先解除梗阻。肥胖患者（BMI＞30）因声波衰减需调整能量参数。生理状态凝血功能需正常（INR＜1.5），无活动性感染，肾功能不全者需评估残余肾功能。心血管疾病患者需心功能分级Ⅱ级以下，装有起搏器者需心血管科会诊。结石特征通过CT值（HU）评估硬度，＞1000HU的致密结石需增加冲击次数。X线阴性结石需超声定位，输尿管壁嵌顿结石需评估黏膜水肿程度。治疗史既往3个月内接受过体外碎石者需评估组织损伤恢复情况，多次碎石失败（＞3次）应考虑改用腔内手术。患者选择评估标准01020304绝对禁忌妊娠（任何孕期）、未纠正的凝血功能障碍（血小板＜50×10⁹/L）、结石伴发尿路肿瘤、急性化脓性肾盂肾炎。主动脉/肾动脉瘤患者冲击波可能诱发破裂。绝对与相对禁忌症相对禁忌骨骼畸形影响体位摆放、严重肥胖（皮下脂肪＞10cm）、结石远端解剖性梗阻。癫痫患者需预防术中发作，慢性肾功能不全需控制肌酐＜265μmol/L。特殊禁忌儿童需采用专用低能量参数，避免重复治疗；移植肾结石需谨慎防止血管并发症；马蹄肾结石需三维定位避免肠管损伤。手术操作技术要点06经皮肾镜穿刺定位技巧集合系统确认穿刺成功后可见尿液流出，需立即置入导丝并确保其进入肾盂或输尿管内5cm以上，避免扩张时导丝滑脱导致通道丢失。穿刺路径规划穿刺点通常选在腋后线与肩胛线之间的11-12肋间隙，避开胸膜和肠管，穿刺针需以30°-45°角度进入目标肾盏，确保通道直线抵达结石所在位置。影像引导选择优先采用超声或X线实时动态引导，超声可清晰显示肾盂积水及结石位置，X线适用于不透光结石定位，需根据患者解剖特点选择合适引导方式。尿道膀胱准备全麻下取截石位，使用润滑剂充分润滑镜鞘，经尿道缓慢置入膀胱后，灌注生理盐水扩张膀胱并寻找输尿管开口。导丝引导技术在输尿管口预置超滑导丝作为安全导引，沿导丝旋转推进输尿管镜，遇到狭窄段可采用球囊扩张或被动等待灌注液自然扩张。输尿管走行调整根据输尿管生理弯曲调整镜体角度，通过旋转镜身和调节灌注压力维持管腔视野，避免暴力推进造成黏膜撕脱或穿孔。结石定位策略接近结石时降低灌注流速，观察结石周围黏膜水肿及息肉形成情况，确认结石是否完全或部分嵌顿，评估碎石空间及器械操作范围。输尿管镜入路操作方法联合碎石模式选择策略能量设备组合钬激光适用于任何成分结石，尤其对胱氨酸和草酸钙结石效率高；气压弹道对硬度大的结石破碎力强，但需注意短促脉冲避免结石移位。大体积结石先用钬激光蚀刻沟槽分块，再用气压弹道击碎核心；鹿角形结石需按肾盏解剖分段处理，优先粉碎引流区域结石。超声碎石系统可同步实现碎石与吸出，对于感染性结石需结合高压灌注吸引，及时清除脓苔和碎屑以维持视野清晰及降低肾内压。分步碎石原则负压清石配合安全防护与并发症预防07冷却灌注系统采用持续灌注液循环并通过中空探针抽吸，有效降低超声能量传递过程中产生的热能，保持术区温度稳定在安全阈值内。低频能量调节根据探针长度动态调整超声频率（24-26kHz），减少高频导致的热能损耗，确保能量高效传递至结石部位。实时温度监测术中采用红外热成像技术监控肾盂及周围组织温度，当局部温度超过38℃时自动触发报警并暂停能量输出。间断脉冲模式采用间歇性发射超声波（工作2秒/停歇1秒），避免连续能量积累导致组织热凝固性坏死。探针材质优化使用钛合金镀层探针减少能量衰减，配合特氟龙涂层降低与组织摩擦产生的附加热量。组织热损伤防护措施0102030405术前凝血评估精准能量控制备好蛇毒血凝酶注射液、氨甲环酸等止血药物，出现活动性出血时通过灌注系统局部给药。止血药物预案使用腹带对治疗侧腰部实施8-12小时适度加压，减少肾包膜下血肿形成风险。术后加压包扎结合术中超声造影识别结石周边血管分布，规划碎石路径时避开叶间动脉等主要血管分支。血管规避技术完善血小板计数、凝血四项检查，对服用抗凝药物患者需停药5-7天，INR值需控制在1.5以下。采用压力反馈系统动态调节弹道冲击力度（12-16Hz），避免过度震动导致血管内膜撕裂。出血风险控制方法感染预防管理方案严格遵循三类手术室消毒标准，探针及附件均采用环氧乙烷灭菌，术中每30分钟更换灌注液。无菌操作流程术前尿培养负压吸引系统生物膜处理技术术后监测指标引流管管理所有患者术前3天完成中段尿培养，根据药敏结果预防性使用磷霉素氨丁三醇或左氧氟沙星。保持Lithoclast®Master系统持续负压（-150至-200mmHg），及时清除含菌碎石碎片及灌注液。对鹿角形结石采用脉冲式超声联合5%碳酸氢钠灌注，破坏结石表面细菌生物膜结构。术后6小时、24小时分别检测降钙素原及C反应蛋白，体温超过38.5℃时立即行血培养检查。留置双J管患者每日用碘伏消毒尿道口，灌注液加入庆大霉素（4万U/L）预防逆行感染。清石系统创新设计08一线式大通道技术4兼容多器械操作3降低肾内压力2高效结石清除1集成化操作通道通道内壁采用PTFE涂层，支持超声探头、激光光纤和取石钳同时工作，满足复杂结石处理需求。大通道结构允许3-4mm碎石颗粒直接通过，配合800-1000mmHg负压吸引，实现碎石与清石同步完成，手术效率提升40%以上。独特的水循环系统保持流量平衡，术中肾盂压力维持在20cmH2O以下，有效预防肾盂静脉反流导致的感染扩散。采用单通道设计整合碎石、吸引和灌洗功能，通道直径达12-14Fr，可同时容纳超声探头与负压吸引管，减少器械反复进出造成的组织损伤。数字频率跟踪系统多参数反馈显示术中实时监控探头振幅（30-100μm）、负载功率（5-20W）和温度变化，数据刷新率可达100Hz，确保操作安全性。智能能量控制通过DSP芯片分析声波反射信号，当检测到结石完全碎裂时自动降低输出功率，避免空载能量对组织的热损伤。动态频率调节基于结石阻抗实时检测，自动调整输出频率（23-27kHz±0.5%），确保不同硬度结石均能获得最佳共振破碎效果。散热降噪优化方案在换能器外壳内置吸音泡沫和隔振弹簧，将工作噪音从90dB降至65dB以下，改善手术室声学环境。采用三级散热设计，包括压电陶瓷水冷层、钛合金探头导热槽和外部风冷装置，使连续工作温度稳定在40℃以下。通过抛物线型聚焦器将90%以上超声波能量集中于焦域（3×3×5mm），减少周围组织吸收导致的温升。探头采用TC4钛合金与氧化锆陶瓷复合制造，既保证声波传导效率又降低机械振动损耗。分级冷却系统声学隔离技术能量定向传输材料升级方案多模式联合碎石方案09纯超声碎石模式采用20-100kHz超声波经水囊耦合传递，通过声阻抗差异在结石表面产生机械振动，形成微裂纹并逐层剥落。高频聚焦技术超声波在液体中诱发微小气泡破裂，释放局部冲击波加速结石碎裂，尤其适用于草酸钙等脆性结石。空化效应强化根据结石CT值分级调节输出功率，避免过度损伤肾实质，术后仅需观察1-2小时即可离院。无创能量控制对≤20mm肾结石、≤10mm输尿管结石效果显著，但需排除妊娠、凝血障碍等禁忌患者。适应症优化结合超声或X线双模影像引导，动态调整焦点位置，确保能量精准作用于结石核心区域。实时定位系统气压弹道联合模式机械能互补气压弹道探头通过高频撞击产生机械动能，与超声波空化效应协同，可高效处理磷酸钙等高硬度结石。脉冲式碎石采用间歇性脉冲释放能量，减少组织热损伤风险，同时提高碎石效率至90%以上。术中灵活切换根据结石硬度实时切换超声/弹道模式，鹿角形结石等复杂病例可分段处理。术后管理简化联合模式下结石颗粒更细小（1-2mm），显著降低石街形成概率，患者恢复周期缩短30%。激光辅助碎石配置钬激光精准消融2100nm波长激光通过光纤直达结石，水吸收特性确保能量集中于结石表面，实现汽化碎裂。微创通道兼容联合输尿管软镜使用，适用于肾下盏等解剖复杂部位，实现“可视+碎石”同步操作。针对胱氨酸结石等特殊成分，可切换532nm或1470nm激光波长，提高碎石效率。多波长适配临床效果评估体系10碎石效率评价指标结石粉碎程度通过影像学评估结石被击碎后的最大碎片直径，通常以≤4mm为有效粉碎标准，直接影响后续自然排石效果。02040301单次治疗成功率统计无需重复治疗即可达到碎石目标的病例比例，与设备性能（如DoLiS型碎石机的EMSE220F-XXP系统）密切相关。能量传递效率衡量冲击波能量在结石靶点的聚焦精度，受结石成分（如含钙/胱氨酸结石）和患者体型（如肥胖者皮下脂肪厚度）影响显著。效率商（EQ）综合清石率、复治率和辅治率的量化指标，反映技术进步对治疗效率的提升（如辅治率下降对EQ的贡献）。清石率测量方法采用CT或KUB（X线）在术后48小时至1个月内复查，以残留碎片≤4mm作为清除判定阈值。影像学复查标准通过结石体积、位置、梗阻程度等参数预测不同术式（如PCNLvsFURS）的清石率差异，指导临床决策。S.T.O.N.E评分系统部分系统（如CQS-01）通过负压吸引鞘收集碎石量（如10.85±20.08mL）辅助判断清石进度。术中实时评估010203术后随访标准流程短期并发症监测术后24-48小时重点观察血尿、肾周血肿发生率，统计输血需求（如血红蛋白下降例数）及炎症反应（体温/白细胞变化）。中期影像学追踪建议术后1个月复查超声或CT，评估残留结石位置（如肾下盏解剖盲区）及是否需要辅助治疗（如输尿管镜补救）。代谢评估与复发预防对复发高风险患者（如胱氨酸结石）进行尿液成分分析，制定饮水（每日2000mL）及饮食干预方案。患者报告结局记录绞痛发作频率、排尿通畅度等主观指标，结合客观数据综合评估治疗有效性。设备维护管理体系11日常清洁消毒规范预防交叉感染的关键措施确保成像质量稳定严格执行清洁消毒流程可有效杀灭病原微生物，降低患者间交叉感染风险，符合医院感染控制标准。延长设备使用寿命规范清洁避免腐蚀性物质残留，保护设备表面材质，防止因长期污渍积累导致的部件老化或功能异常。探头表面残留耦合剂或污染物会影响声波传导，定期清洁可维持图像清晰度和诊断准确性。使用无菌布擦干或自然晾干，避免水分渗入线缆接口导致短路或氧化，尤其注意腔内探头需彻底干燥后再存放。每月通过标准测试模块检查探头声场均匀性、分辨率等参数，发现性能下降及时校准或更换。探头作为核心部件，需通过科学保养维持其灵敏度和机械性能，具体操作需结合材质特性与使用场景。清洁后干燥处理禁止碰撞、弯折线缆，存放时使用专用支架或保护套，防止探头晶片受压破裂。避免物理损伤定期性能检测探头保养注意事项常见机械故障处理主机无法启动：确认电源电压稳定，检查保险丝是否熔断；排除电源问题后需检测主板供电模块。控制面板失灵：清洁按键触点，避免液体渗入；若为程序故障，尝试系统重启或联系厂商升级固件。电子系统故障应对预防性维护计划季度深度保养：由工程师拆机清理内部灰尘，检查散热风扇、电容等易损件状态，提前更换老化部件。年度性能校准：使用专业设备对声输出功率、频率响应等核心参数进行标定，确保符合临床诊断要求。探头无信号输出：检查线缆连接处是否松动或氧化，重新插拔后测试；若仍无信号，需专业检测换能器是否损坏。图像出现伪影：排查探头表面是否破损或污染，清洁后复测；若问题持续，可能为内部晶片阵列故障，需返厂维修。故障排查与维修国内外产品对比12采用内外导管联动设计，外导管产生弹道运动，内导管释放超声波，双重能量协同作用显著提升碎石效率，尤其适用于高硬度结石。中空内导管集成负压吸引功能，可在碎石同时直接清除碎片，避免结石移位，降低二次手术率。超声波仅作用于结石，遇软组织自动失效，配合B超实时定位，确保肾盂粘膜零损伤。除肾铸型结石外，还可处理输尿管、膀胱及尿道结石，经生理通道操作时无需额外切口。CYBERWAND系统特点双导管协同技术主动负压清石组织保护机制多结石适应症采用正弦波超声脉冲替代传统冲击波，通过微泡空化效应实现非热力碎石，减少周围组织热损伤风险。爆裂波技术创新相位屏幕技术扩大治疗区域，对移动结石仍保持高效破碎能力，碎片粒径可控在1-2mm。宽波束聚焦集成350kHz治疗探头与相控阵B超，实现碎石过程三维动态追踪，精准度达亚毫米级。智能成像引导UltraSmash系统优势能量整合水平通道兼容性进口设备如CYBERWAND实现超声/弹道/负压三合一，国产设备多采用钬激光+超声双模组合，清石效率存在15-20%差距。进口系统支持F24大通道手术，国产设备普遍限于F18-F20通道，影响复杂结石清除速度。国产与进口设备差异智能化程度进口产品配备结石成分识别算法，可自动调节能量参数；国产设备依赖术者经验调整。成本效益比国产设备采购价仅为进口产品的1/3-1/2，但耗材寿命较短，长期使用成本差距缩小。典型病例分析13滕州市中心人民医院采用EMS第五代超声混合动力碎石清石系统，成功处理直径达5厘米的复杂肾结石。该系统集成钬激光、超声碎石与气压弹道碎石三大技术，实现碎石与清石同步完成，显著提高单次手术清除率，减少二次手术风险。复杂肾结石处理案例高危复杂肾结石清除重庆医科大学附属第二医院通过超声联合C臂双影像技术，为既往多次手术的复杂肾结石患者实施经皮肾镜碎石术。超声实时显示肾脏内部结构避开血管，C臂呈现结石立体形态，仅两次穿刺即彻底清除鹿角形结石。双影像引导精准碎石某医院针对占据全肾盂肾盏的复杂结石，采用24F双通道经皮肾镜技术。首期中盏通道清除大部分结石，二期下盏通道处理残留上盏结石，克服肾盏颈细长难题，最终实现无残留清除。双通道分期取石策略输尿管结石治疗过程体外冲击波分阶段碎石对肾铸型结石患者实施三次体外冲击波治疗，首次低频低能级靶向肾盂前半段，第二次提升能量处理后半段，第三次聚焦肾下盏结石。配合体位调整指导，实现有序排石且未形成石街。微创通道精准碎石大足区中医院通过1厘米腰部通道，在高清影像引导下运用钬激光完整击碎输尿管上段巨大结石。术中出血极少，术后配合中医康复技术，患者第8天即康复出院。超声定位低压碎石某医院对肾盂肾盏积水不明显的铸型结石患者，采用超声定位经皮肾镜联合第三代超声碎石技术。20分钟内完成碎石，较传统钬激光效率提升2/3，术后复查无残留。多模态技术联合应用针对输尿管中段嵌顿性结石，结合超声定位与气