分享 ‖ 沖擊波碎石的關(guān)鍵技術(shù)
本文內(nèi)容選自《沖擊波碎石原理與應(yīng)用》主編 孫西釗 副主編 張東方
沖擊波碎石技術(shù)，稱得上是一項神奇的發(fā)明。它帶來的不僅僅是尿石病治療的一次革命，同時也開創(chuàng)了醫(yī)用沖擊波技術(shù)的新篇章。這項天才的發(fā)明體現(xiàn)在：充分利用了沖擊波的特性和介質(zhì)的傳播屬性，尤其是巧妙地運用了聚波技術(shù)、合理地選擇了 “安全”的破壞方式。這些關(guān)鍵技術(shù)的組合，成就了醫(yī)學史上這項“石破天驚”的創(chuàng)舉。 一、沖擊波特性的運用 沖擊波的某些特性是可運用于醫(yī)學的必要條件。其一是具有較高的能量。例如，原子彈在空氣中爆炸時向四周急劇推動產(chǎn)生的高壓氣墻式?jīng)_擊波波際面，能夠輕而易舉地將建筑物夷為平地。又如，當航空飛行器以超音速飛行時，會發(fā)生很強的轟鳴聲和震動感，其力度足以震破門街的玻璃，這些現(xiàn)象都是沖擊波攜帶的能量所致。 二、聚波技術(shù)的應(yīng)用 聚焦技術(shù)是根據(jù)沖擊波的聚焦特性，綜合利用物理學和幾何學原理設(shè)計的創(chuàng)新性技術(shù)。沖擊波的特性類似于聲波的特性。在古代，曾有個別聚焦聲能的實例。據(jù)記載，吉希臘人在酒神節(jié)期間，把一些敵犯關(guān)押進拱頂房后，在地下室內(nèi)竊聽其談話內(nèi)容以獲取情報。另如，在18世紀的物理陳列室有一種聲波反射鏡，可將懷表行針時的嘀嗒聲傳播到20m之外觀測者的耳中。這些實例說明，聲響高頻波特別易于聚焦。 沖擊波的聚焦與否對沖擊波的運用有著極大的影響，尤其是極高的峰壓。未經(jīng)聚焦的沖擊波是散射式的，其波形呈現(xiàn)為前沿陡峭其后緩慢下降的壓力脈沖，壓力上升時間約為 40ns，但沖擊波峰壓僅為 7MPa； 未經(jīng)半橢球反射體聚焦的沖擊波壓力-時間圖 而經(jīng)半橢球反射體聚焦的沖擊波則是一個具有尖峰的高壓脈沖，整個沖擊波持續(xù)時間約為 10us，沖擊波峰壓可達 100MPa，負壓波的最大幅度為正壓波的10%~50%。聚焦沖擊波不僅能在遠離沖擊波發(fā)生源的受治部位集中了最高的沖擊能量，達到非侵人式治療的目的，而且降低了進入體表的能流密度，從而減輕了皮膚痛感及組織損傷的程度。毫無疑問，聚波技術(shù)對于實現(xiàn)體外非接觸式碎石起著決定性作用。沒有聚波技術(shù)就沒有沖擊波碎石術(shù)和沖擊波療法。 經(jīng)半橢球反射體聚焦的沖擊波壓力-時間圖 碎石機通過各種手段實現(xiàn)聚焦，包括使用反射杯、聲透鏡和球形曲面光源。不管使用何種方法，聚波原理是相似的。對于理論上最佳的聚焦設(shè)計而言，聲音是可以從各個角度進人，衍射對于一個波長的聚焦區(qū)域的尺寸產(chǎn)生約束。對于碎石術(shù)中使用的實際聚焦方案而言，聲音僅來自一個方向，焦點區(qū)域的尺寸可以從幾毫米到幾十亳米。 三、傳播介質(zhì)的選用 沖擊波產(chǎn)生之后，需要一種介質(zhì)將其能量經(jīng)皮膚穿過逐層組織到達治療目標。這種介質(zhì)的物理性質(zhì)應(yīng)與人體軟組織相近，否則，它不僅會衰減沖擊波的傳播，而且有可能造成組織損傷。例如，在河塘內(nèi)進行水下爆炸時，塘中的魚易被炸死，而大部分蝦卻安然無恙。原因在于，魚的魚鰾內(nèi)含有大量氣體，其聲阻抗與水差別很大，易受損傷；而蝦體內(nèi)幾乎全是實質(zhì)性軟組織，與水的聲阻抗接近，因而能在劇烈的沖擊波環(huán)境下生存。 由于水的物理性質(zhì)與人體軟組織相近，在物理學上，可將人體軟組織視為生理鹽水。沖擊波在生物軟組織與水之間的傳播如同在一個均質(zhì)場傳播一樣，能夠有效地進入體內(nèi)。因此，在沖擊波碎石術(shù)和沖擊波治療中，水是用作沖擊波傳播介質(zhì)的最佳選擇，同理，在治療時，也應(yīng)盡量避免沖擊波進人含氣臟器。 機體組織和不同物質(zhì)的物理性質(zhì) 四、破壞方式的選用 當用沖擊波治療體內(nèi)的尿石或膽石時，結(jié)石的破碎可以通過兩種方式來完成，一種是大能量式迅速粉碎（沖擊波強度＞＞材料破壞的極限強度）：另一種則是小能量式緩慢粉碎（沖擊強度≈材料破壞極限強度）。 碎石機制示意圖 在總能量相等的條件下，前一種大能量方式的碎石特點是結(jié)石碎得快，但碎塊大，組織損傷較重。由于任何一種臨床療法的對象是人，即使某種治療方式效率再高，如不顧及組織的損傷程度，都將毫無意義，沖擊波碎石也不例外。后一種方式可使結(jié)石在連續(xù)而適中的小能量脈沖作用下，逐漸開裂、解體、破碎，終至形成細砂，同時又可將組織的損傷程度減至最小。誠然，這是一種兩全選擇。 （孫西釗）
