儀器原理體外沖擊波碎石機的原理與構成張金堂（青州市人民醫院山東省青州市262500）體外沖擊波碎石是20世紀80年代的高科技技術，開創了人類醫學史上非手術治療結石病的新紀元。它的發明和廣泛應用，開辟了一種全新的無創傷性的治療結石病的途徑。這種新技術的不斷推廣應用，為億萬結石病患者解除了痛苦，帶來了福音。下面以HB-ESWL-VG型體外沖擊波碎石機為例講述體外沖擊波碎石機的整體結構和碎石原理。

　　1整體結構HB-ESWL-VG型體外沖擊波碎石機是海濱醫療器械公司生產的液電型沖擊波碎石機，它具有結構緊湊、功能齊全、用途廣泛、低能高效、作方便、定位準確、安全有效等特點。該機由沖擊波治療裝置、作臺、治療床、醫用X射線定位裝置和水處理柜等部分組成。以下分別介紹各部分的構成。

　　（1腫擊波治療裝置。由電容箱、半橢球型的反射體、裝在反射體內的放電電極和電容箱內的大功率觸發器以及高壓充電柜內的高壓變壓器、觸發變壓器、整流硅柱、限流電阻等元件組成。經作控制臺，調壓器調整的交流電通過高壓變壓器升壓和整流后給電容充電儲能，當大功率觸發器接收到作臺發出的觸發倍號時則導通，電容箱上的高壓電荷通過放電電極尖瞬時在水中放電，由于液電效應而產生沖擊波。

　　（2涯用X射線定位裝置。由X射線高壓發生器、X射線管、影像增強器、攝像機、電視監視器等部件組成。從監視器的屏幕上可觀察到人體的結構和結石的位置。

　　沖擊波治療裝置上的大C形臂可作以焦點（F2）為球心的球面運動。X射線管和影像增強器分別裝在大C形臂的兩端，通過C形臂的運動能快速可靠定位。

　　（3）操作臺。它是全機的控制中心，操作臺面板上裝有各種控制按鍵、旋鈕和指示儀器，在作臺面板上可以很方便地控制整臺碎石機的機械轉動系統、定位系統以及碎石系統等全部功能動作。

　　（4跆療床。它由床體和床座組成床體可作X，Y，Z三維六向運動還可以90*平面轉動，因此，不用改變病人體位也能準確定位和有效碎石，同時還適用于泌尿外科窺鏡檢查和手術等用途。

　　（5冰處理柜。內裝有水箱、水泵、電磁閥等部件，經處理后的治療用水可由作臺或治療床控制水進行加熱、恒熱，然后給水進水或排水。

　　2碎石原理是利用橢球反射體中的電極在其第一焦點（F1）高壓放電，由于液電效應而產生沖擊波，沖擊波通過橢球面反射穿過水和人體軟組織至橢球體的第二焦點（F2），當人體結石處于第二焦點時，由于結石對沖擊波的阻抗比水和人體軟組織大得多。就會在結石上產生很強的壓應力和拉應力，從而把結石粉碎至足以排除體外的細度。沖擊波是由于物體的高速運動或爆炸而引起強烈壓縮并以超聲速傳播的過程。沖擊波的物理特性是決定體外沖擊波碎石的療效和安全性的重要參數，與超聲波相比體外沖擊波碎石所產生的沖擊波的特點是波形的前延陡峭幅高腺沖時間長，脈沖重復率低。

　　要實現液電效應在技術上并不難，然而從理論上來描述卻非常困難。因為在水中強脈沖的放電涉及了熱力學、液體力學、等離子體學等許多問題，各國都開展了這方面的研究。一般都歸納為以下兩點：（1S雖脈沖放電所產生的壓力波具有非常陡峭的脈沖前沿，這是由它的形成條件所決定的，由低電感的脈沖電流發生器所激發的壓力波前，沿為毫秒級（2觸沖波的幅值和度與放電回路的儲能大小、電感大小、放電間隙大小以及液體介質的性質等因素有關。幅值隨距放電中心的距離按指數函數迅速衰減、度則隨距離而展。

　　HB-ESWL-VG型體外沖擊波碎石機對結石破壞有3種截然不同的方式，它們分別是結石前界面直接面瞻入射沖擊波的表面剝蝕性破壞、結石后界面沖擊波位置處的剝離性破壞、結石內部相瞻層面的層狀剝離性破壞。

　　結石前界面的表面剝蝕性破壞是由體外沖擊波碎石機的空化作用所致。入射波誘發氣泡簇形成，使之在100200叫內膨脹至最大體積，然后在結石附近的表面急速崩解，產生高速微嘖射，撞擊結石表面使結石破損。此外，微嘖射可通過后續沖擊波與先前附著結石表面的氣泡相互作用而產生。通過高速攝影技術發現，在650Pa的沖擊波峰壓下，當初始半徑范圍0.151.2mm的氣泡崩解時，崩解瞬間最大嘖射速度為770m/s.結石前面的大量微小凹陷是在空化作用下嘖射撞擊的特征，其力度足以穿透鋁箔和使金屬表面變形。

　　剝離性破壞的特征通常是大塊帽狀碎塊從結石后界面脫落，這是由于反射性張力波所致。根據聲學原理，當沖擊波到達結石界面時，由于從結石到周圍液體或組織的聲阻降低，一部分沖擊波被反射再次作用在結石上，而大部分沖擊波則穿透結石到達人體軟組織，因為沖擊波是從聲阻高的地方進入聲阻低的地方，聲阻高的結石表面就會產生反射沖擊波既拉應力。由于大多數結石抗拉力僅為抗壓力的十分之一，結石即使能經得起沖擊波的壓力，也經不起反射波的拉應力。一旦超過結石張力性破壞強度，這種反射性張力波就會咄成削弱性損害。完整的結石晶體被拉的七零八落，使結石后表面破碎，這是反射波拉應力性破壞的特征。

　　結石內部相瞻層面的層狀剝離性破壞，是在同心層結石中也可以看到的晶體分離和裂解。這種破壞方式是因為在結晶層和外周基層之間的聲阻失配，而在層間產生反射性沖擊波所致。根據相同機制，傳播的沖擊波與結石內部的結構缺陷相互作用，可以產生大量的細微裂縫，在沖擊波反作用下，逐漸擴大延伸形成大的碎裂線绔導致結石完全粉碎。

　　利用沖擊波聚焦后的能量擊碎體內的結石，使之隨尿液排出體外的治療泌尿系統結石的方法既安全有效又無痛苦所以能以驚人的速度發展。從其瞻床試驗應用獲得成功至今幾十年的時間就遍及世界。現今，這門技術仍在不斷地發展和完善中。