儀器原理體外沖擊波碎石機(jī)的原理與構(gòu)成張金堂（青州市人民醫(yī)院山東省青州市262500）體外沖擊波碎石是20世紀(jì)80年代的高科技技術(shù)，開創(chuàng)了人類醫(yī)學(xué)史上非手術(shù)治療結(jié)石病的新紀(jì)元。它的發(fā)明和廣泛應(yīng)用，開辟了一種全新的無創(chuàng)傷性的治療結(jié)石病的途徑。這種新技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，為億萬結(jié)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(jī)為例講述體外沖擊波碎石機(jī)的整體結(jié)構(gòu)和碎石原理。

　　1整體結(jié)構(gòu)HB-ESWL-VG型體外沖擊波碎石機(jī)是海濱醫(yī)療器械公司生產(chǎn)的液電型沖擊波碎石機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全、用途廣泛、低能高效、作方便、定位準(zhǔn)確、安全有效等特點(diǎn)。該機(jī)由沖擊波治療裝置、作臺(tái)、治療床、醫(yī)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(gòu)成。

　?。?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(nèi)的放電電極和電容箱內(nèi)的大功率觸發(fā)器以及高壓充電柜內(nèi)的高壓變壓器、觸發(fā)變壓器、整流硅柱、限流電阻等元件組成。經(jīng)作控制臺(tái)，調(diào)壓器調(diào)整的交流電通過高壓變壓器升壓和整流后給電容充電儲(chǔ)能，當(dāng)大功率觸發(fā)器接收到作臺(tái)發(fā)出的觸發(fā)倍號(hào)時(shí)則導(dǎo)通，電容箱上的高壓電荷通過放電電極尖瞬時(shí)在水中放電，由于液電效應(yīng)而產(chǎn)生沖擊波。

　?。?涯用X射線定位裝置。由X射線高壓發(fā)生器、X射線管、影像增強(qiáng)器、攝像機(jī)、電視監(jiān)視器等部件組成。從監(jiān)視器的屏幕上可觀察到人體的結(jié)構(gòu)和結(jié)石的位置。

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

　　（3）操作臺(tái)。它是全機(jī)的控制中心，操作臺(tái)面板上裝有各種控制按鍵、旋鈕和指示儀器，在作臺(tái)面板上可以很方便地控制整臺(tái)碎石機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、定位系統(tǒng)以及碎石系統(tǒng)等全部功能動(dòng)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(yùn)動(dòng)還可以90*平面轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，不用改變病人體位也能準(zhǔn)確定位和有效碎石，同時(shí)還適用于泌尿外科窺鏡檢查和手術(shù)等用途。

　?。?冰處理柜。內(nèi)裝有水箱、水泵、電磁閥等部件，經(jīng)處理后的治療用水可由作臺(tái)或治療床控制水進(jìn)行加熱、恒熱，然后給水進(jìn)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(diǎn)（F1）高壓放電，由于液電效應(yīng)而產(chǎn)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(diǎn)（F2），當(dāng)人體結(jié)石處于第二焦點(diǎn)時(shí)，由于結(jié)石對(duì)沖擊波的阻抗比水和人體軟組織大得多。就會(huì)在結(jié)石上產(chǎn)生很強(qiáng)的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，從而把結(jié)石粉碎至足以排除體外的細(xì)度。沖擊波是由于物體的高速運(yùn)動(dòng)或爆炸而引起強(qiáng)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(shù)，與超聲波相比體外沖擊波碎石所產(chǎn)生的沖擊波的特點(diǎn)是波形的前延陡峭幅高腺?zèng)_時(shí)間長，脈沖重復(fù)率低。

　　要實(shí)現(xiàn)液電效應(yīng)在技術(shù)上并不難，然而從理論上來描述卻非常困難。因?yàn)樵谒袕?qiáng)脈沖的放電涉及了熱力學(xué)、液體力學(xué)、等離子體學(xué)等許多問題，各國都開展了這方面的研究。一般都?xì)w納為以下兩點(diǎn)：（1S雖脈沖放電所產(chǎn)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(fā)生器所激發(fā)的壓力波前，沿為毫秒級(jí)（2觸沖波的幅值和度與放電回路的儲(chǔ)能大小、電感大小、放電間隙大小以及液體介質(zhì)的性質(zhì)等因素有關(guān)。幅值隨距放電中心的距離按指數(shù)函數(shù)迅速衰減、度則隨距離而展。

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

　　結(jié)石前界面的表面剝蝕性破壞是由體外沖擊波碎石機(jī)的空化作用所致。入射波誘發(fā)氣泡簇形成，使之在100200叫內(nèi)膨脹至最大體積，然后在結(jié)石附近的表面急速崩解，產(chǎn)生高速微嘖射，撞擊結(jié)石表面使結(jié)石破損。此外，微嘖射可通過后續(xù)沖擊波與先前附著結(jié)石表面的氣泡相互作用而產(chǎn)生。通過高速攝影技術(shù)發(fā)現(xiàn)，在650Pa的沖擊波峰壓下，當(dāng)初始半徑范圍0.151.2mm的氣泡崩解時(shí)，崩解瞬間最大嘖射速度為770m/s.結(jié)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(jié)石后界面脫落，這是由于反射性張力波所致。根據(jù)聲學(xué)原理，當(dāng)沖擊波到達(dá)結(jié)石界面時(shí)，由于從結(jié)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(jié)石上，而大部分沖擊波則穿透結(jié)石到達(dá)人體軟組織，因?yàn)闆_擊波是從聲阻高的地方進(jìn)入聲阻低的地方，聲阻高的結(jié)石表面就會(huì)產(chǎn)生反射沖擊波既拉應(yīng)力。由于大多數(shù)結(jié)石抗拉力僅為抗壓力的十分之一，結(jié)石即使能經(jīng)得起沖擊波的壓力，也經(jīng)不起反射波的拉應(yīng)力。一旦超過結(jié)石張力性破壞強(qiáng)度，這種反射性張力波就會(huì)咄成削弱性損害。完整的結(jié)石晶體被拉的七零八落，使結(jié)石后表面破碎，這是反射波拉應(yīng)力性破壞的特征。

　　結(jié)石內(nèi)部相瞻層面的層狀剝離性破壞，是在同心層結(jié)石中也可以看到的晶體分離和裂解。這種破壞方式是因?yàn)樵诮Y(jié)晶層和外周基層之間的聲阻失配，而在層間產(chǎn)生反射性沖擊波所致。根據(jù)相同機(jī)制，傳播的沖擊波與結(jié)石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)缺陷相互作用，可以產(chǎn)生大量的細(xì)微裂縫，在沖擊波反作用下，逐漸擴(kuò)大延伸形成大的碎裂線绔導(dǎo)致結(jié)石完全粉碎。

　　利用沖擊波聚焦后的能量擊碎體內(nèi)的結(jié)石，使之隨尿液排出體外的治療泌尿系統(tǒng)結(jié)石的方法既安全有效又無痛苦所以能以驚人的速度發(fā)展。從其瞻床試驗(yàn)應(yīng)用獲得成功至今幾十年的時(shí)間就遍及世界?，F(xiàn)今，這門技術(shù)仍在不斷地發(fā)展和完善中。