凤凰涅磐：体外冲击波碎石术

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Neisius A, Lipkin M E,Rassweiler J J, et al. Shock wave lithotripsy: The new phoenix?[J]. WorldJournal of Urology, 2015, 33(2):213-221.

1980年，Christian Chaussy等引入了冲击波碎石术（SWL），又于1982年报道其最初的临床结果。此后，这种技术迅速成为了80％以上的尿路结石患者治疗选择，也成为大多数尿石症患者的第一线治疗。

如今，SWL仍然是泌尿系结石的最小侵入性治疗方式。在过去的三十年中，SWL技术已经在冲击波发生，聚焦，定位及耦合方面有了进一步发展。多功能碎石机的实施使SWL可用于泌尿外科更多方面。SWL的适应症也在不断进化。

尽管现今内镜治疗技术似乎已经取得了结石治疗的领先地位，使SWL受到挑战！然而，在西方，SWL继续被认为是治疗大多数肾内和输尿管结石的一线疗法。AUA和EAU指导方针认为，现代结石管理是SWL和腔内技术明智的组合。

因此，SWL应该得到最好的利用，但SWL又如何得到最好的利用？今天医生尤其是年青的医师似乎不了解SWL的基本物理学原理，正如不了解放大镜如何在阳光下聚焦？并不了解碎石机如何工作，冲击波如何生成与聚焦？

碎石技术有了新的发展趋势，结石成像定位有了更新的进步，不同波源新概念和可视耦合方式的变化，提高SWL的疗效辅助策略，三十年SWL应用的经验积累已经成为宝贵的财富， SWL可以凤凰涅磐！。

今天，如果泌尿科医生能更全面的了解冲击波的生物学特性，则可以获取更好的治疗期待与结果。明天尽管在内窥镜治疗时代， SWL技术的进步与医师理念的改变，依然可以复兴SWL！

AUA和EAU认为SWL和腔内技术是治疗泌尿系结石等效的一线治疗方法。只是有着各自的适用范围，并且有着一定的交合。

SWL被认为是小于2厘米肾结石的一线治疗。若活动性感染，远端梗阻，妊娠，输尿管钙化，腹主动脉或肾动脉动脉瘤，出血素质等等，这些是SWL的绝对禁忌症。然而SWL相对禁忌呢？胱氨酸或一水草酸钙结石（由于SWL成功率低）和结石大小超过2厘米。

另外肥胖会对SWL产生负面影响。皮肤到结石的距离增加，可以降低SWL的疗效。一些作者提出皮肤到结石的距离> 110 mm是SWL的截止值。尽管更新的碎石机，有更长的焦距，但结果并不满意。

了解冲击波的物理学特性，可以让SWL操作者，明知所以然！在水中或空气中，能量在狭小空间内突然释放，可以产生高能压力脉冲，这就是冲击波。冲击波由正压的初始尖峰组成（p +），接着是长时间的负压波（p-）。其他参数如能量通量密度（ED），有效声脉冲能量（E12 mm）和焦距（-6 dB）。所有这些参数都彼此相关。值得注意的是，虽然p +代表了的峰值压力，通常在焦点处，p +本身不足以确定崩解的容量。能量通量密度可以代表组织损伤的重要参数。有效声脉冲能量（E12 mm）定义每次冲击波携带的能量，在碎石机聚焦周围穿过直径12毫米的圆形区域产生的能量。此参数已经被证明是评估结石崩解的一个很好的容量指标，或者说在SWL期间，冲击结石表面的平均压缩力p+（AVG）。冲击波通过相似的物质，具有较小的声阻抗（由波速和密度产生），可畅通无阻。

当碎石机冲击波遇到在不同声阻抗的物质之边界时，如水与结石，新的应力波（两个纵向或P波和横波或S波）在表面临界入射角，则产生波，沿着初始表面并传播到结石中。P波和S波以不同的速度传播，并且当遇到结石后，他们会将产生额外的P和S波。这些多重应力波叠加在结石内部，并产生影响。除了应力波，在周围的液体中产生空化气泡，可能会导致结石表面的破坏，并有微小点蚀的产生。多重应力波波和空化的协同作用，产生有效结石的粉碎，另外动态疲劳效应，也可导致结石的碎裂。

了解SWL的安全性能，可以让泌尿外科医生对冲击波如指诸掌！虽然临床经验表明SWL安全有效，然而，一些研究已证明SWL有潜在的副作用。SWL引起的肾损伤主要是血管的事件。SWL诱导的血管收缩，肾缺血的结果可能是肾损伤的机制之一。血管损伤可能导致最终局部缺血和自由基形成。高速摄影已经表明在SWL期间产生了空化气泡可引起血管扩张和血管内陷，随着空化气泡液体喷射，可能会导致血管破裂。

了解SWL的操作性能，可以让操作医生驾轻就熟！冲击波碎石机均有四个共同特征：（1）产生冲击波的能量源，（2）将震动波引导到焦点的聚焦装置点（图1），（3）结石定位系统和（4）耦合。

冲击波产生的能量来源主要有液电压，压电和电磁式SWL（图1）。液电SWL通过在水中电火花产生冲击波，例如原始的Dornier HM3碎石机（图2a）。在截头椭圆形反射器的第一个焦点处，两个电极尖端的高压放电中心产生冲击波。在反射时，震波被聚焦在椭圆形反射器的第二个焦点处。尽管液电碎石机有效率高，但电极使用相对短暂和SWL时需要全身麻醉是不利的。而且，电极磨损可导致能量输出和不稳定性的变化。

压电冲击波由陶瓷产生（安装在球形载体上），当被短暂的高压激发时突然膨胀，产生能量脉冲。每个陶瓷元素产生冲击波会聚球形载体的焦点，形成单一的高能量冲击波。这种技术几乎同时进行由Richard Wolf和EDAP开发。其中这种技术的一个缺点是由压电碎石机产生的焦点相对狭窄。压电碎石机的优点包括更好的聚焦和无需麻醉即可进行SWL。主要的缺点是与其他碎石机类型相比，它提供的功率更低，导致更差粉碎功效。较新的Wolf  Piezolith 3000试图通过使用双层压电陶瓷来弥补这一点设计。

如今，电磁式SWL的来源最常见。电脉冲推动金属薄膜在“震动管”内振动。由此产生的冲击波聚焦在焦点上，该设计由Dornier和Siemens使用， Storz利用了一个具有抛物面反射器的电磁圆筒源聚焦冲击波。电磁的优点之一是冲击波进入的患者的身体覆盖面积大，减少了麻醉用量，同时提供更高焦点的能量。而且，电磁能源提供一致的质量和可重复性，冲击波达到甚至超过1,000,000次冲击。然而，一些电磁式碎石机相对较小的焦点与高能量产生，包膜下血肿的风险可能会增加。

通常，有两种不同的方法用于碎石术中结石的定位：透视和/或或超声波检查。对大多数泌尿科医生来说更熟悉荧光检查，荧光检查的优点是优点是有较强的输尿管结石定位的能力（特别是中段输尿管结石和近端输尿管结石）。荧光检查的主要缺点是电离的暴露，即对患者和操作者的辐射。减少辐射暴露已在最新一代SWL中实现，通过更高的分辨率实现自动荧光定位。如果通过常规透视检查无法看到结石,偶尔可以施用静脉注射对比剂以帮助识别可透射线结石。许多较新的碎石机提供了用超声波和荧光透视组合定位的可能性，使操作者可以选择采用的结石检测的方式。超声波可以提供实时监控，并且在识别射线可透过的结石方面是有效的。尽管如此，一些超声波系统分辨率较低，不同媒体之间的接口也不同。然而，超声波的缺点是无法定位输尿管中段。

曾经第一代碎石机（Dornier HM3）使用1,000升水浴，用于将冲击波耦合患者。然而，新一代碎石机用水囊代替了水浴缸，耦合时并使用超声波凝胶代替水。用于偶联的介质的质量和粘度可以对SWL功效产生显着影响。最大限度地减少水囊内空气量非常重要，这些气泡可以大幅降低冲击波的效率。尽管如此，水浴缸仍然提供最佳耦合，能量损失最小。但现代的耦合技术，使治疗更为方便。

SWL的适应性也取决于结石的成分。胱氨酸，一水草酸钙和透钙磷石了对SWL抗碎裂性较大。胱氨酸结石能够吸收能量，通过塑性变形影响冲击的治疗，这有助于胱氨酸结石对SWL的抵抗（所谓的韧性）。透钙磷石和一水草酸钙坚硬，使它们能够抵抗冲击波空化微喷射的冲击。

此外，已经证明，术前扫描及测量CT值 [即计算机断层扫描的材料密度单位]（CT）]，预测对碎裂的抵抗力是有价值的。密度> 900 Hounsfield单位的结石似乎对SWL更具抵抗力。最近的研究表明，双能CT可以准确确定结石成分。通过识别具体术前结石成分，这项新技术允许更好的治疗计划而不增加辐射剂量。

当使用SWL有效地治疗肾结石时需考虑结石的三个因素：（1）位置，（2）大小和（3）组成。结石位置对确定SWL的功效起着重要作用。SWL治疗<2 cm肾脏结石，在肾盂，上盏和中盏可以有效。 SWL在肾下盏时，效果较差。如果SWL用于治疗肾下盏结石，应选择<10毫米的结石。

SWL的无石率与结石的负荷是成反比的。据报道，<10 mm肾结石的无石率约为80％。治疗> 2厘米肾结石，由于无石率较低，SWL不被视为第一线治疗方法。大于2厘米的肾结石应该用PNL处理。对于一些较大的结石的PNL。SWL可以扮演辅助角色。如果要使用SWL与PNL联合用于治疗鹿角形结石，建议SWL先于PNL。此外，SWL已被证明可有效治疗PNL后的小残留碎片。

关于SWL治疗输尿管结石的疗效，结石的位置和大小也在决定中起主要作用。SWL治疗近端输尿管结石的患者，显示无石率高达82％。这可与输尿管镜的无石率相比。通常用SWL治疗输尿管结石的碎片，在1-3天内可以清除，平均为4.6天。对于输尿管远端和中段结石的患者，输尿管镜在无石率方面具有明显的优势，报道中段输尿管结石无结石率为86％，远端输尿管结石占94％。

SWL优于输尿管镜的潜在优点是能够执行静脉镇静或极小的手术麻醉，以及不需要输尿管支架。一些较新的第三代SWL机器，冲击波头可以旋转，患者可以仰卧位治疗。最近Cochrane对当前文献的回顾，比较输尿管镜和SWL治疗输尿管结石，发现输尿管镜结石的无石率更高，但它与较高的并发症发生率有关，且住院时间更长。七项研究共计1,205项患者被纳入评价。最近发表的一篇使用第三代的碎石机的论文推荐SWL作为<10 mm尿结石的一线治疗，且与结石位置无关。也不推荐常规输尿管支架置入术。

已证明SWL后应用α-肾上腺素能受体阻滞剂和钙通道阻滞剂药物排石可以显着改善结石清除率。

SWL的技术正在不断进步。广泛的SWL的研究是为了改善临床SWL的安全性和有效性。积累的SWL知识与经验更是如此，碎石机设计持续的进步，治疗策略的改进，以及开发医疗辅助设施，均是为了减少组织损伤，以提高SWL安全性和功效。

已经提出了几种用于电磁和压电碎石机的改进。 Storz ModulithSLX-F2（Storz-Medical，Kreuzlingen，Switzerland）有双焦点系统，允许操作员改变焦点大小。这可以通过修改来自电磁源的脉冲持续时间。Piezolith 3000（Richard Wolf，Knittlingen，Germany）利用增加双层压电陶瓷元件冲击波能量，不需要更大的反射盘。

另外一项比较成功的碎石机设计改进是尝试提供两个同步冲击波源，彼此成90度排列到同一焦点。这个设计已被证明可以增加粉碎而不增加粉碎中的组织损伤。在临床试验中，用双头装置治疗的患者显示最小肾实质的损害，尽管施以了双倍的冲击波量。但是，尚未评估这种碎石机长期的影响，，并且确保临床期间，SWL双发生器的良好耦合是一个实际问题。

另一种改进是冲击波的串联脉冲技术。这在技术上可以通过安装碎石机来实现辅助压电阵列，产生第二个尾随利用相同声学窗口的冲击波。

DornierHM3是最具特色的临床碎石机，它产生峰值正压约为40MPa左右，焦距10-12毫米。然而，大多数现代碎石机，产生更高的峰值压力（~60-160 MPa），在更窄的聚焦区域内（~3-6 mm）。一个最近设计[XX-ES CS-2012A碎石机（鑫新医疗仪器有限公司，苏州，中国）]遵循这一概念，宽焦点区域和低压方法用于临床治疗。

图3声透镜修改的示意图,原始（左）和新（右）镜片展示了不同的焦点区

耦合介质中存在气泡可以大大降低SWL的效率。 Tailly最近在耦合过程中提出了修改，减少不同接口之间的能量损失。多尼尔的冲击波耦合水囊中安装了摄像头和LED灯后，可以观察到冲击波头与皮肤的耦合情况，耦合介质中是否存在气泡。如此能够减少SWL冲击波数量和能量（> 20％），相对对照组可保持较好的优势。另一项SWL重要的技术方面改进是有关成像技术。该制造商已开发出高分辨率荧光透视可与超声成像结合的方式减少辐射暴露，并允许实时监测结石粉碎情况。已经证明在治疗期间频谱多普勒信号可以提供命中和未命中信息（即Dornier Gemini）。当前最先进的碎石机是多功能设备，具有高负载能力（~250 kg）的工作台，可灵活完成多种泌尿外科手术和成像。

  在治疗策略方面，调查人员已经做出了不同的改进尝试，通过改变治疗方法，改善SWL的疗效和安全性。两个最广泛评估的变量是冲击波传递速率和总冲击波量。将冲击波冲击降低到每分钟60次与120次每分钟相比，已显示每分钟60次可以显着提高无石率。患者治疗速度较慢，需要较少的冲击，但确实需要更长的时间。一项荟萃分析，随机对照试验比较冲击每分钟60次与每分钟120次冲击，证实慢的冲击有利于改善治疗成功率。低能量冲击波预处理也被证明可以减少肾脏损伤。低能量冲击波在SWL期间诱导血管收缩，而标准方案导致SWL后血管收缩[。这种早期血管收缩可以预防高能冲击波对血管的损伤。

历史上，第一代火花隙碎石机（HM3）冲击必须通过ECG触发来传递，避免冲动波对心脏活动的难治性影响。对于新一代碎石机来说，心电图触发并不是强制性的; 尽管大多数作者建议对患有先前存在的心律失常的患者进行心电图监测。现在有证据表明使用利尿剂可以改善SWL预后。

如前所述，药物排石疗法已经显示在SWL后可改善结石排出。在最近的两次荟萃分析中显示钙通道阻断剂或α-肾上腺素受体阻滞剂已被证实提高SWL后的无结石率。CT患者的术前评估可能是有助于通过更好的患者选择来预测SWL的结果。它可用于确定皮肤到结石的距离，距离的增加，则减少SWL的功效。这项技术的进步可更好地确定结石的内部结构。已经证明确定治疗前肾结石CT值可以预测接受SWL治疗的患者的无结石率。。最近，使用双能CT已被证明可以非常准确地预测体内不同的结石成分。

总之，自34年前SWL推出以来，SWL彻底改变了泌尿系结石的治疗方法，SWL仍然是结石治疗中的唯一无创技术。 SWL技术的发展，是为了提高SWL成功率和减少副作用。最近SWL的进展在于改善结石定位的成像效果和耦合的方法。冲击波特性（即峰值压力，焦距和脉冲分布图）对SWL的成功至关重要。增加泌尿科医生的选择患者及操作的经验，也有利于提高SWL的效率。