體外碎石機

1、extracorporeal lithoclast,體外碎石機,目錄,6.1概述6.2體外碎石機結(jié)構(gòu)和工作原理6.3體外碎石機使用操作與維護,6.1.1體外碎石機用途和種類,尿路結(jié)石是泌尿系統(tǒng)的常見病之一，國外統(tǒng)計，在發(fā)達國家其發(fā)病率在成人人群中為2%-3%。,體外碎石機的誕生,,手術(shù)取石接觸式超聲波碎石,體外沖擊碎石術(shù)(Extracorporeal Shock Wave Lithotripsy，ESWL),六十年代初，西德

2、道尼爾航空公司的科技人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)雨點落在超音速飛行的飛機上時，可產(chǎn)生一種沖擊波，并能傳播到離原撞擊點很遠的地方使之產(chǎn)生裂縫。1969~1972年開始研究在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。實驗證實沖擊波經(jīng)過聚焦能夠在水中粉碎離體腎結(jié)石，并且穿過生物組織時無明顯能量衰減。1978年初研制成功一臺試驗性碎石機供動物實驗用，并成功治療了移植到犬腎中的人體結(jié)石。,體外碎石機的用途自ESWL問世后，短短幾年里，這種治療方法幾乎徹底取代了尿路結(jié)石開放式手術(shù)

3、。隨著臨床經(jīng)驗的積累和碎石機性能的改進，ESWL的適應(yīng)癥不斷擴大，從單純的腎結(jié)石到輸尿管、膀胱結(jié)石，從單側(cè)單發(fā)到雙側(cè)雙發(fā)，從小的結(jié)石到大結(jié)石，鹿角狀結(jié)石，都取得了較理想的治療果。,體外碎石機的種類沖擊波發(fā)生器的原理： 液電式、電磁式、壓電式及爆炸式等結(jié)石定位系統(tǒng)： X射線體外沖擊波碎石機、B超體外體外沖擊波碎石機、X射 線B超相結(jié)合的體外沖擊波碎石機沖擊波源到人體的耦合方式： 干式、濕式?jīng)_

4、擊波的聚焦方法： 橢球面聚焦、球面聚焦、拋物面聚焦、透鏡聚焦等治療目的： 腎碎石機和膽碎石機。ESWL系統(tǒng)的規(guī)模； 體外碎石機，大型體外碎石機以及小型移動式體外碎石機等,體外碎石機的種類按其構(gòu)造和發(fā)展水平劃分為三代：國外第一碎石機是指水槽式HM-3型機，其碎石效果最佳。第二代碎石機特點是沖擊波與人體的耦合方式是水囊式并與治療床融為一體，適合治療尿路的各個部位結(jié)石。第三代碎石機是將發(fā)射波源與泌尿

5、手術(shù)操作臺合二為一，實現(xiàn)了多功能化。除ESWL外，還可用來進行泌尿系統(tǒng)影像診斷及其各種腔內(nèi)碎石和取石。,6.1.2體外碎石機的主要技術(shù)參數(shù),沖擊波參數(shù)、定位系統(tǒng)參數(shù)、操作系統(tǒng)參數(shù)、主機及治療床參數(shù)等。,1.沖擊波參數(shù)（沖擊波的能量參數(shù)）高壓放電范圍 15～20KV 碎石焦點沖擊波收縮壓峰值　32.5~50Mpa 碎石焦點沖擊波膨脹壓峰值　＜9Mpa 碎石焦點沖擊波單一脈沖能量 72~128J脈沖前沿 ≤0.4uS脈寬 ≤0.

6、8uS 碎石焦點聚焦范圍 徑向±7.5mm,軸向±40mm第二焦點高度 ≥130mm沖擊波發(fā)生器平面可在 45°~ 25°變化　沖擊波發(fā)生器可以焦心為圓心作球面運動,2.定位系統(tǒng)參數(shù)X射線定位系統(tǒng)X線球管使用電壓 50～90kV X線球管作用電流　≤5mA X線圖像清晰度　≥12LP/mmX射線球管焦點 1.0mmB超定位在探頭對焦點作直線運動時引起定位誤差 ≤±

7、2mm在探頭對焦點作環(huán)形運動時引起定位誤差　≤±2mm探頭表面與碎石焦點測距誤差　<±2mmB超圖象分辨率 x≤2mm y≤3mm (CTS280B超)探測深度　≥20cm。(CTS280B超)探頭規(guī)格 3.5MHz凸陣扇掃或線陣,3.操作系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)帶隔室操作及床邊操作系統(tǒng)　碎石能量無級調(diào)節(jié)　碎石放電頻率可在0.3～2秒／次之間自由調(diào)整4.主機及治療床治療床電動運動幅度x、y、z分別為&

8、#177;120mm、±100mm、±120mm治療床載重　135kgC臂運動時引起第二焦點定位誤差　≤±2mm,6.1.3體外碎石機碎石機制,沖擊波在結(jié)石前后界面上產(chǎn)生的應(yīng)力：當(dāng)沖擊波在結(jié)石前后表面上作用的壓力與張力大于結(jié)石本身的上述耐受強度極限時，沖擊波的反復(fù)作用就會使結(jié)石從前后兩表面上被逐層壓碎和裂解。,（課后題二、5）,空化機制的作用： 結(jié)石內(nèi)部結(jié)構(gòu)常常是較為稀疏而含有許多孔隙

9、的。在空隙中充滿液體，倘若在液體中含有空化核，則進入結(jié)石的沖擊波及其界面反射波就可能會激活空化核，而產(chǎn)生空化現(xiàn)象。 在空化過程的反復(fù)作用下，將會從破壞結(jié)石內(nèi)部的基質(zhì)開始進而導(dǎo)致整個結(jié)石的疏松與碎裂。,,生物體內(nèi)存在有微米級以下的小氣泡。,,在較強超聲作用下，氣核增大后或進入共振振動狀態(tài)，或迅速收縮崩潰。,6.2體外碎石機的結(jié)構(gòu)和工作原理,6.2.1體外碎石機的基本構(gòu)造,沖擊波的發(fā)生基本原理是通過高電壓、大電流瞬間放電，能量

10、突然釋放的過程，在放電通道上形成一個高能量密度的高溫、高壓等離子區(qū)，將電能迅速轉(zhuǎn)化為熱能、光能、力能和聲能。放電過程中，放電通道急劇膨脹，在低反射傳播介質(zhì)（水）中形成壓力脈沖即所謂沖擊波。無論是被電式還是電磁式波源都要求有一套充電和瞬間放電的電路，要求放電時間1微秒左右，放電電流達幾下毫安。,沖擊波波源沖擊波與人體間的耦合方式及沖擊波的觸發(fā)系統(tǒng) 定位系統(tǒng),6.2.2體外碎石機主要部件及工作原理,,液電式壓電式電磁

11、式,液電式?jīng)_擊波源的工作原理 液電式?jīng)_擊波源所產(chǎn)生的沖擊波，是由于水下放電，電極附近的水迅速氣化，壓力和溫度急劇升高，放電通道內(nèi)液體因高溫急劇膨脹，突發(fā)推動周圍液體介質(zhì)而產(chǎn)生沖擊波。 （課后題二、4）,,沖擊波放電部分與整機的關(guān)系,,能量來源。提供所需的電壓與電流。,,把來自電源的電能儲存在高壓儲能電容內(nèi)，以備通過放電電路把強大的電流從電極間釋放，以激發(fā)出沖擊波。,,液電沖擊波源的聚能部分,,,水與人體

12、組織具有相似的聲學(xué)性質(zhì)，選用水作為沖擊波與人體之間的耦合介質(zhì)，沖擊波經(jīng)由水進人人體，不會對人體組織引起損傷,,,,橢球反射體的設(shè)計與制作，應(yīng)考慮口徑，即沖擊波進入人體的通道人口。口徑過小，會使輸入口徑內(nèi)的沖擊波強度過大，以致給接受治療的患者造成痛感；反之，如口徑過大，骨骼部分即會對沖擊波進人人體形成阻礙（因骨骼與水或周圍軟組織之間聲阻抗失配大）。因此，孔徑的大小，需在權(quán)衡考慮中予以選定。,,橢球反射體的長軸與短軸應(yīng)考慮因素：

13、1.第二焦點處的聚焦能量問題：為減小沖擊波在人體中的傳播衰減和增大第二焦點處的聚焦能量，長軸應(yīng)盡量短，使長軸接近于短軸。2.考慮患者的安全問題：為避免高壓放電時產(chǎn)生的紫外線對人體可能造成危害，則希望長軸越長越好；3.患者身體的具體情況： 不同的患者，其體態(tài)胖瘦差別較大，從而使得結(jié)石處于體內(nèi)的深度也不同，相應(yīng)地對長軸長度要求不同。,壓電式?jīng)_擊波源,,壓電式?jīng)_擊波源壓電式?jīng)_擊波源是利用壓電陣元的逆壓電效應(yīng)。根據(jù)逆壓電效應(yīng)原理，當(dāng)壓

14、電陣元同時受到電脈沖激勵時，它們就發(fā)生形變而輻射出頻率一定的（決定于壓電晶體厚度）脈沖超聲波。在壓電晶體背面附以相匹配的重背襯，以使它具有發(fā)射窄脈沖的特性。這樣，由全部壓電陣元發(fā)射的窄超聲脈沖波都向其前面的水媒質(zhì)中輻射，且在焦點F處會聚，以形成高強度的脈沖超聲波。,電磁式?jīng)_擊波源,,電磁式?jīng)_擊波源,,一個單屢螺旋線圈L固定在絕緣板上，線圈與其前方的一個金屬膜片之間置一絕緣層隔開，由此構(gòu)成了一個電聲轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。當(dāng)充電電容通過線圈

15、放電時，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在金屬線圈中電流產(chǎn)生磁力，金屬膜片中就會感應(yīng)產(chǎn)生很強的電流，這個感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁力與金屬線圈中電流產(chǎn)生的磁力方向相反，由此將金屬膜片推向遠離線圈方向，隨即對其周圍的水介質(zhì)產(chǎn)生一次強烈擾動，即發(fā)射一個脈沖波。該脈沖波經(jīng)聲透鏡聚焦后，即在透鏡的焦點處會聚，從而可形成一個很強的沖擊波。,液電復(fù)式脈沖波源,,高壓電在水中一次放電，在特定的時間產(chǎn)生雙脈沖的沖擊波（能產(chǎn)生空化效應(yīng)的雙脈沖）。 液電復(fù)式脈沖源一

16、次放電在幾個微秒內(nèi)產(chǎn)生兩個脈沖，具有液電單式脈沖的波形性能充分利用空化效應(yīng)的作用。 笫一次沖擊波在結(jié)石周圍及內(nèi)部產(chǎn)生大量的微細氣泡，因此該氣泡從產(chǎn)生到膨脹破裂一般只需數(shù)微秒左右，在第一次沖擊波產(chǎn)生的氣泡最高端時第二次沖擊波到達，加劇氣泡的膨脹破裂，從而增加了結(jié)石的壓力、拉力，提高了碎石效應(yīng)。,,實驗證明，復(fù)式脈沖波源能夠縮短治療時間，對人體組織的損傷比單式脈沖小。復(fù)式脈沖源是體外沖擊波碎石機的發(fā)展方向。復(fù)式脈沖沖擊波源

17、除了液電式外，目前還能看到電磁式、壓電式等。,,工作原理： 兩組相互基本獨立的充放電電路分別向同一沖擊波發(fā)生器瞬時放電而產(chǎn)生復(fù)式脈沖，只要調(diào)整觸發(fā)器1秒和2秒的觸發(fā)時間差，也就可控制這兩個復(fù)式脈沖的時間差。,常見的體外沖擊波碎石機波源比較,（課后題二、2）,沖擊波與人體的耦合方式?jīng)_擊波必須經(jīng)由某種聲阻抗和人體組織聲阻抗相近的介質(zhì)耦合無障礙地進入人體,以避免沖擊波在進入人體的界面處產(chǎn)生反射導(dǎo)致應(yīng)力而傷害人體。理想的耦合介質(zhì)

18、為水。,沖擊波和人體間的耦合方式有下列三種：水槽式、水盆式和水囊式。,水槽式：是最早采用的沖擊渡和人體間的耦合方式。P131人體浸在水浴中， 沖擊波經(jīng)由水直接進入人體。水槽式耦合的優(yōu)點在于沖擊波傳播過程中能量損失小，缺點是治療不方便，對水溫及室溫都有一定要求，現(xiàn)已經(jīng)淘汰。水盆式：水盆式是將水槽縮小為水盆，只需將患者治療部分浸入水中即可。,水囊式：也稱干式。水密封于水囊中通過軟膠薄膜和凝膠介質(zhì)與人體耦合接觸

19、。 其優(yōu)點為患者治療時不需浸入水浴，命中率高，但由于沖擊波需經(jīng)由軟膠薄膜進人人體而使能量有所損失，水囊需要有氣泡排除裝置。第二代和第三代碎石機均采用水囊作為耦合方式。其優(yōu)點是將沖擊波源與治療臺融為一體，便于患者體位的變動，有利于治療中段和下段輸尿管結(jié)石，而且也便于從多個角度治療腎結(jié)石和上段輸尿管結(jié)石。,沖擊波的觸發(fā)方式?jīng)_擊波的觸發(fā)產(chǎn)生必須保證對患者各器官功能無損害，確保患者安全；同時又要使沖擊波進行有效沖擊，命中率高。共有下列五

20、種沖擊波的觸發(fā)方式：心電R波觸發(fā)呼吸觸發(fā)呼吸與心電R波同步觸發(fā)自動連續(xù)觸發(fā)手動觸發(fā),單一的X射線定位系統(tǒng)單一B超定位系統(tǒng)X射線和B超雙定位系統(tǒng),,定位系統(tǒng),其主要包括定位器及機械調(diào)整兩個部分,X射線和B超雙定位碎石機,定位器： 指對體內(nèi)結(jié)石的顯像觀察設(shè)備的探頭與反射體組合的整體，它們之間的相對位置同定不變。 借助于定位器與顯像觀察設(shè)備，就可以通過機械調(diào)整反射體與人體的相對位置，使體內(nèi)結(jié)石準(zhǔn)確地置于反射體

21、的第二焦點處，以使會聚的沖擊波能量最有效粉碎結(jié)石，而不損傷周圍組織。,X射線定位系統(tǒng)的基本原理：,,雙束交叉X射線定位系統(tǒng)單束X射線定位系統(tǒng)C臂X射線定位系統(tǒng),X射線定位系統(tǒng)由X射線球管、影像增強器、攝像機以及顯示部分組成。,,雙束交叉X射線定位系統(tǒng)： 兩臺X射線機置于同一平面上，且兩束X射線以一定角度交叉，交叉點剛好落在反射體的第二焦點上。 進行定位操作時，只需要通過機械調(diào)整裝置調(diào)整人體位置，使體內(nèi)結(jié)石與兩束X射線

22、軸線焦點重合，也即使結(jié)石與反射體第二焦點在空間相重合。 這類機器配有兩個X射線影像增強器使圖像清晰，而且x射線球管位于治療床下面，使工作人員所受射線輻射較少。,,單束X射線定位系統(tǒng)：采用同一束X射線旋轉(zhuǎn)一個角度來完成雙束X射線定位功能。這一束X射線兩個位置軸線的交點與反射體的聚焦點是相重合的，它使用兩個球管與一個影像增強器，其目的是降低體外沖擊波碎石機的生產(chǎn)成本，但在實際定位和跟蹤時，等待影像增強器旋轉(zhuǎn)到對側(cè)球管的過程需

23、要時間。,,C臂X射線定位系統(tǒng)： 雖然只有一套X射線定位系統(tǒng)，但巧妙地利用C臂兩端安置的球管與影像增強器，在C臂旋轉(zhuǎn)時兩者相對同時轉(zhuǎn)動，可以通過不同角度觀察結(jié)石方位。 由于其可以連續(xù)性跟蹤目標(biāo)，即使多枚結(jié)石相互靠近，也可被分辨開來。 另外，其定位方式還可以分辨結(jié)石影像與骨骼重疊的情況。 此方法圖像清晰、準(zhǔn)確、快捷，是目前理想的X射線定位方法。,超聲定位系統(tǒng)基本原理：,,單角度B超定位裝置多角度B超定

24、位裝置,,單角度B超定位裝置：采用一個裝在沖擊波發(fā)生源上的超聲探頭進行結(jié)石定位和實時監(jiān)測。采用高分辨率扇形超聲波掃描探頭，安裝在與壓電沖擊波發(fā)生源球形盤的中心。沖擊波聚焦焦點和超聲波掃捕探頭的相對位置固定，并在監(jiān)視器上以光標(biāo)顯示，將超聲圖像上的結(jié)石和光標(biāo)重合便能實現(xiàn)精確定位。,,多角度B超定位裝置：B超探頭插在探頭夾上，探頭夾同定在一個伸縮筒上，伸縮簡同定在機械手上，機械手有兩條臂三個關(guān)節(jié)，機械手固定在環(huán)形支架上，環(huán)形支架同

25、定在反射體外緣，能繞反射體轉(zhuǎn)動。整個定位裝置由人工操作，可在任一豎直平面轉(zhuǎn)動，但B超探頭中心延線始終通過焦點，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)探頭伸縮來定位，它利用機械手的萬向轉(zhuǎn)動功能，可對人體各部位準(zhǔn)確定位，克服了單角度B超定位裝置的缺點，是國內(nèi)外目前最先進的B超定位裝置。,,X射線和超聲波雙重定位系統(tǒng)：近年來，新型體外沖擊波碎石機采用C臂X射線和超聲波雙重定位系統(tǒng)，利用兩種結(jié)石定位系統(tǒng)的優(yōu)點，相互彌補各自缺點，使定位系統(tǒng)性 能更趨完善。,結(jié)石定

26、位方式的比較：,（課后題二、3）,,機械調(diào)整部分 定位系統(tǒng)中的機械調(diào)整部分，是用于調(diào)整反射體與人體的空間相對位置．以達到碎石前的定位要求。 在碎石機上常用的機械調(diào)整部分有齒輪傳動和液壓移動兩種。,,體外沖擊波碎石機的主要工作原理 碎石機裝置通過高變比的充電變壓器將市電升高至高壓，并且對電容充電，電壓在8～20KV可調(diào)（液電式和電磁式電壓調(diào)節(jié)范圍不同）。 同時觸發(fā)脈沖通過觸發(fā)變壓器的升壓產(chǎn)生高壓脈沖

27、，在放電管(通常使用觸發(fā)球)觸發(fā)放電，電極或電磁盤產(chǎn)生沖擊波，再由橢球面或透鏡聚焦將沖擊波能量匯聚至碎石焦點通常沖擊波射程大于等于130mm。 與此同時通過B超或X光機的定位，經(jīng)過移動波源或者床體運動，將人體結(jié)石與碎石機裝置碎石焦點重合，從而將結(jié)石粉碎。,（課后題二、1）,安裝電極以及水囊,給氣囊加水，排氣,調(diào)整水囊位置，對結(jié)石定位,設(shè)定沖擊次數(shù)，開啟觸發(fā)鍵,關(guān)閉主機電源，拆下電源,治療結(jié)束后，高壓調(diào)零，關(guān)閉高壓，排

28、干水囊中水,過程中根據(jù)結(jié)石情況進行微調(diào),逐步增加高壓到所需能量,接通主機電源,,體外碎石機的操作,6.3體外碎石機使用操作與維護,6.3.2體外碎石機的常見故障排除,1.沖擊波發(fā)生源及水處理系統(tǒng) Lithostar體外沖擊波碎石機由于采用電磁沖擊波發(fā)生源，其主要破損元件為電磁線圈和振動片。 損壞時的故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)為高壓報警（高壓檢測偏離正常值），真空泵保持跳閘（由于真窀管道進水，振動片破損所致）等等。

29、,6.3.2體外碎石機的常見故障排除,該機的水處理系統(tǒng)比較復(fù)雜，主要作用是對兩個沖擊波頭內(nèi)的水進行軟化和去氣泡。 在沖擊波頭工作時，其腔內(nèi)的水處于循環(huán)狀態(tài)，將氣泡及沖擊波產(chǎn)生的熱量排出沖擊波頭，同時，由真空泵將振動片與線圈間抽成真空，以防擊穿。,,給水囊以一定的壓力，使水囊與人體充分耦合。,沖擊波發(fā)生源與水處理系統(tǒng)常見故障如下：,6.3.2體外碎石機的常見故障排除,2. X射線定位系統(tǒng),(1)在使用過程巾，用球管I對患者進行正位

30、（平面）透視時，監(jiān)視器I顯不正常，而當(dāng)使用球管Ⅱ?qū)颊哌M行斜位透視時，監(jiān)視器Ⅱ無線圖像，觀察x射線控制臺Polyhophs無異常顯示。(2)片盒不能拍片(3)與球管I對應(yīng)的顯示器I圖像暗淡，此時操作臺上顯示kV、mV值偏高。,3.治療床與控制系統(tǒng)故障 Lithostar碎石機治療床在結(jié)石定位中起相當(dāng)關(guān)鍵的作用。由于沖擊波治療頭位置固定，因此結(jié)石需要靠治療床的三維移動來置于沖擊波焦點處。為了準(zhǔn)確的定位結(jié)石，床的移動單位為毫