体外冲击波碎石术：今天与未来（人类破碎机3D）

Review Minerva Urol Nefrol . 2019 Aug;71(4):365-372. doi: 10.23736/S0393-2249.19.03415-5. Epub 2019 May 7.

Extracorporeal shockwave lithotripsy: current knowledge and future perspectives

体外冲击波碎石术 (ESWL) 的推出已成为结石管理中最大的历史里程碑之一。这项技术诞生于 1966 年至 1972 年间对飞机和航空航天技术的观察；当德国多尼尔的工程师注意到冲击波对组织的影响时。这些观察结果使德国国防部长对此事产生了兴趣。在随后的实验中，多尼尔科学家能够使用轻气枪在开放的水浴中将肾脏中的结石打碎。

一、ESWL在人体应用

1972 年至 1973 年，Schmiedt 和 Eisenberger (Ludwig-Maximilians-Universität ，慕尼黑），布伦德尔（慕尼黑外科研究所）进行了联系，并成立了一个小组，由 Chaussy（慕尼黑大学）领导。1974 年，第一台冲击波碎石机 (TM1) 建成，其结石定位系统由超声引导。使用高能冲击波在水中可以毫无问题地破碎肾结石。这部分体外和体内实验是由 Chaussy、Eisenberger、Forssmann 和 Hepp 开发的。1975 年，他们开始在狗身上进行实验，开发了一种带有超声波扫描仪的新型冲击波发生器，称为 TM2。随后，在 1976 年，通过手术操作对泌尿系统扩张的活狗进行了实验，并实现了碎石（从人类采集的）。然而该计划受到质疑，但最终从德国研究和技术部 (BMFT) 获得了资金。

由于超声定位结石的困难，1976 年至 1978 年间，有必要开发一种新的集成 X 射线系统用于结石的三维定位。1979 年，开发了第一个用于人类的冲击波碎石机 HM1 模型。成就取得是在1980年2月，当第一例肾盂肾结石患者在鞘内麻醉（ITN）下成功治疗，结石被打碎成自发排出的碎片。然而，观察到了一个现象：由冲击波诱导额外的心肌收缩，后来通过引入触发冲击波脉冲的心电图来避免。第一个临床结果发表于 1980 年的《柳叶刀》。尽管如此，美国泌尿外科协会拒绝接受结果的介绍。然而，ESWL 将在接下来的一年中被接受为一个重要的临床课题。1981 年，在高选择标准下治疗了 206 名患者，进一步证明硬膜外麻醉是可行的。此外，这也是缩写 ESWL 和 ESWL 被引入的一年。引入了冲击波生成和 X 射线系统的新优化，以生成 HM2 冲击波碎石机。1982 年，在慕尼黑大学泌尿外科系 Chaussy 的监督下，第一个碎石中心成立，1983 年，第二个中心在 Eisenberger 的监督下在德国斯图加特成立。这一阶段扩大了患者的纳入标准，对高危患者进行了治疗。此外，经皮肾镜取石术 (PCNL) 被引入作为 ESWL 的辅助治疗。1983-1984 年，ESWL 研究的成功举世闻名，随后获得食品和药物管理局的批准管理 (FDA) 和第一个设备安装在印第安纳波利斯，然后在美国的其他五个中心。近年来，随着输尿管软性检查 (fURS) 和 PCNL 的显着进步，以及新的数字输尿管软镜和微型的肾镜、钬激光碎石机，从此泌尿系结石的治疗全景发生了根本性变化。如此，内镜下主动取出结石碎片的方法对有手术指导的泌尿科医生来说非常具有吸引力。另一方面，近年来fURS/逆行肾内手术（RIRS）和PCNL查关研究的出版物数量急剧增加，根据这些技术的流行程度；令人惊讶的是，与 ESWL 相关的研究出版物数量并没有下降，而是保持不变，但是在最初的几年（1980-1993 年），文章基于 ESWL 的实用性和优势，但在 2006 年和 2012 年之间，文章的重点是说明为什么不应该这样做。最近一项旨在探索意大利泌尿外科界 fURS、ESWL 和 PCNL 应用情况的调查发现，尽管 fURS 和 PCNL 广泛应用，但 ESWL 的应用的病例数/年仍然很高；尽管在 25.3% 的被调查中心根本没有使用 ESWL。然而，ESWL 的适应症及其在未来的作用与 fURS、激光、碎石设备和 PCNL 的进步和趋势有关。

二、ESWL的适应症在 EAU 和 AUA / Endourology Society 指南中，冲击波疗法被认为是输尿管和肾结石的一种可能的治疗选择。他们认为ESWL手术的结果取决于许多因素：首先，碎石机的功效，其次是结石的特征（硬度、大小、位置），然后是患者的体质和体能状态。决定泌尿系结石疾病治疗的最重要因素之一是结石总量。当结石大小分为 <1、1-2 和 > 2 cm 时，治疗计划相对简单。最好分别通过 PNL 和 ESWL 处理 > 2 和 <1 cm 的结石。1-2 厘米大小的结石应接受 ESWL 治疗，但具有不利因素的下极 (LP) 结石除外，其中 RIRS 或 PNL 是首选。肾内结石的位置和分布同样是下一个最重要的因素经过考虑的。在决定治疗时，尤其是 1-2 厘米大小的结石可能具有挑战性。肾结石通常根据位置分为两类；肾下极LP 和非下极石。ESWL 治疗的成功取决于它是处于 LP 还是非 LP。由于结石是独立定位的，它们在 ESWL 碎裂后不容易自发通过。为了决定 LP 结石的 ESWL 治疗，应该存在有利因素（> 45度肾盂漏斗角，短漏斗长度，<2.5 毫米，漏斗宽度，> 5 毫米）。一些研究表明 LP 结石，在 ESWL 后，可以通过辅助方法促进排石，例如敲击和定位，但并未广泛使用。另一项影响ESWL重要因素是结石成分。有利于 ESWL 治疗的易碎结石是鸟粪石、二水草酸钙和尿酸结石。此外，具有相似成分的结石的不同内部结构具有不同的 ESWL 治疗结果。与同质的结石相比，CT 上具有异质外观的结石更容易被 ESWL 破碎。

可以考虑在三种不同情况下使用 ESWL：输尿管结石、肾结石和儿科患者。在处理输尿管结石时，专家组的建议是进行非对比 CT 扫描，以帮助选择 ESWL 与 URS 的最佳人选。然而，鉴于缺乏关于术前 CT 在 ESWL 和 URS 治疗选择中的作用的随机试验和比较研究，专家组认识到可以使用多种成像方式。URS 在单次手术中的无石率更高。此外，URS 被认为是药物排石疗法 (MET) 无反应者的远端输尿管结石的一线治疗，而应提供 ESWL，如果患者拒绝 URS，则应提供 ESWL。对于结石大小≤20 mm 的非下极肾结石，ESWL 和 RIRS 都是强烈推荐的治疗类型，证据级别为 B。ESWL 不应提供给大于 20 毫米的肾结石的疗，因为无结石率 (SFR) 会随着结石尺寸的增加而降低。相反，对于肾下极的结石，仅当结石直径小于 10 毫米时才可以提供 ESWL。事实上，对于 SFR（58% ESWL 对 81% RIRS 和 87% PCNL；22 21% ESWL 对 91% PCNL）.对于儿科患者，ESWL 和 URS 可能是观察失败患者的一种可能的治疗方法。在不同的研究中，输尿管结石 <10 毫米的 SFR，ESWL 为 87%，URS 为 95%，而对于大于 10 毫米的结石，ESWL 为 73%，URS 为 78%。对于肾结石，URS的成功率更高，整体 SFR 约为 80-85%（下极肾结石为 80%）。

三、Hounsfield 单位和皮肤到石头的距离尽管 X 射线 KUB 和超声的结合使用可以提供有关结石大小和位置的足够信息，但 CT 已证明在确定这些参数方面具有更高的准确性，并且还可以提供可能对治疗计划有用的进一步信息。结石CT值和皮肤到结石距离是可能影响 ESWL 成功的两个重要参数。CT值> 900-1000 HU 的结石和皮肤到结石距离大于 9-10 cm 的患者，ESWL效果差。

具体而言，Patel 等人发现，皮肤至结石的距离 (SSD) 是 ESWL 后 SFR 的独立预测因子， SSD> 10 cm 的患者，ESWL可能会失败。.oseph 等人发现小于 500 HU 的结石的 SFR 为 100%，500 至 1000 HU 的结石为 85.7%，大于 1000 HU 的结石为 54.5%。此外，碎石所需的冲击波数量与CT值直接相关。

四、ESML 的局限性 ESWL 存在几个禁忌症（表 I）。根据硬度的递减顺序，通常磷酸氢钙 (brushite)、胱氨酸和一水草酸钙结石 (COM) 是对 ESWL 治疗最耐受的结石。此外，这些结石会产生比其他结石成分相对更大的结石碎片，从而影响排石效果。一般来说，大于 2 cm 的结石不适合 ESWL，而大于 1 cm 的 LP 结石的结果令人失望。此外，CT 上具有高衰减值（> 970 HU）的结石，ESWL效果不佳。此外，不利的解剖因素限制了 ESWL 的成功（表 II）。同样，SSD 是另一个限制步骤，SDD> 10 cm 是一个不利预测因素。

Table I.—Contraindications for ESWL treatment.

Pregnancy

Untreated urinary tract infection

Uncorrected blood clotting disorder

Anticoagulation

Uncontrolled hypertension

Aneurysm in the target region

Inability to locate the stone by fluoroscopy or ultrasound (Class 2-3 obesity, radiolucent stones)

Impaired drainage distal to the stone

Table II.—Unfavorable anatomic factors affecting negatively ESWL treatment.

Horseshoe kidney

Pelvic kidney

Osseous deformities (e.g. scoliosis)

Calyceal diverticulum

Ureteropelvic junction obstruction

Lower pole anatomy:

• Steep infundibular-pelvic angle (<45°)

• Narrow infundibulum (<5 mm)

• Long lower pole calyx (>1 cm)

五、对象选择和性能实践

为了获取ESWL更好的结果，尽量减少不利影响，选择适合的患者至关重要的。即使 ESWL 是一种相对安全的手术，也可能发生血肿、肾外伤、周围器官损伤、石街和败血症等并发症。准确的病史和对患者检查，从而使患者不适合ESWL或对ESWL是高风险。除了前面描述的特征之外，ESWL 不应用于解剖性或功能性远端梗阻的患者。陡峭的漏斗 - 肾盂角、下极肾盏漏斗 > 10 毫米和狭窄的漏斗 <5 毫米是其他可能使 ESWL 不成功的因素。此外，严重肥胖或骨骼畸形的患者可以使正确定位变得困难。这种类型的治疗还有其他禁忌症。首先是*，由于可能对胎儿造成伤害，然后是出血素质，结石附近的动脉瘤，以及不受控制的尿路感染。显然，机器设置和治疗性能实践可能会影响结果。虽然对于冲击波的最大数量和 ESWL 治疗之间的理想间隔没有达成共识，然而已经证明组织损伤会随着冲击波频率的增加而增加。以低能量设置和 60-90 次冲击波/分钟开始手术可以实现血管收缩，防止肾损伤，并提高 SFR。患者应取仰卧位或改良体位，应避免预防性支架置入术，没有研究显示预防性支架置入术，SFR 的显着改善。 α-受体阻滞剂的处方可能是一种很好的做法，以促进 ESWL 后结石碎片的通过。

最后，还应特别注意患者的呼吸，有时，“结石靶”的摆动会导致成功率大幅降低，并增加血肿等并发症的发生率。建议是在呼气阶段定位结石。

六、ESWL技术

成功的 ESWL 取决于冲击波击中结石目标。为实现最佳定位，建议执行以下一些基本步骤。

1.瞄准目标

患者取仰卧位，结石最初以 X 射线的零角度定位在 x 轴（头-脚）和 y 轴（左右）上（图 1）。在焦点中心调整结石后，将 X 射线头旋转 30°，结石以 z 轴（深度）为中心进入治疗焦点。

Figure 1.—X-ray table used to target the stone with the 30° technique.

图 1.— 使用 30° 技术瞄准结石的 X 射线台。

2.耦合

冲击波发生器和患者之间的无气泡耦合对于治疗效率很重要。即使是小气泡也会增加阻抗并导致冲击波能量水平显着降低。因此，控制无气泡介质与每个主要患者的运动是很重要的。此外，如果使用超声凝胶，它必须与空气隔绝，因为它会降低效率。

3.步进式提高能级

开始 ESWL 治疗后逐渐增强的低能量水平被认为是最佳做法。这种技术使肾脏处于初始血管收缩状态，导致肾脏僵硬和血流量减少。ESWL 的似乎与步进式技术与非步进式技术，似乎对成功率没有影响，但可以显着减少肾周血肿的发生。

4.冲击波的数量、频率和能量

冲击波的总量取决于能量水平、结石的位置和大小以及设备类型。通常上限记录为 2000-4000 次冲击波，但没有明确的建议存在，如果结石在 3000 次冲击波后仍未碎裂，则不建议继续，并且在确认充分碎裂后不应继续治疗。建议成人的频率介于 60 (1 Hz) 和 90 (1.5 Hz) 之间，儿童的频率介于 60 Hz 之间。在手术过程中，能量水平应该是动态的。在整个过程中，它应该根据碎片进行调整。强烈建议设置能量水平上限以符合制造商的规格。

5.减轻疼痛

疼痛会增加患者的运动。适当的镇痛确实可以减少这个问题，而且可以应用更高的能量水平。

6.结石的移位

在骨骼或其他结构重叠的情况下，可能需要患者采用特定体位或调整设备。俯卧位是一项建议。另一种选择是在骨盆的另一侧下方放置垫子。另一种方法是使用压缩带或弹性绷带，并尝试将结宝石移近焦点。后一种方法同时有助于减少感兴趣区域的移动并增加对焦点的瞄准。

7.X射线准直

应始终尝试“尽可能低”的辐射以降低风险。因此，建议使用尽可能窄的窗口进行 X 射线准直。

七、ESWL的特殊应用

1.血友病患者

血友病 A 和 B 是由 VIII（血友病 A）或 IX（血友病 B）血浆凝血因子缺乏引起的非常严重的先天性出血性疾病。受这些疾病影响的患者的泌尿外科手术可能具有挑战性和高风险，这是显而易见的。一些关于 ESWL 在血友病患者中使用的报告和小系列报道。最近的报告显示 ESWL 安全有效，总体 SFR 为 82%，轻微出血并发症为 13% 。根据这些结果，ESWL 不再被视为血友病患者的绝对禁忌症。然而，必须对患者进行准确评估并与血液学家密切合作进行术前和术后管理和替代治疗。

2.移植的肾脏

EAU 指南推荐 ESWL、RIRS 和 PCNL 作为移植肾脏的治疗选择。观察和主动监测可能是无症状结石的另一种选择。然而，在移植肾中执行 ESWL 可能具有挑战性。它们在骨盆中的位置使得瞄准更加困难，并且冲击波可以被骨盆骨阻挡。此外，结石碎片通过新输尿管膀胱交界处可能很棘手。在最近关于移植肾结石的系列文章中，Emiliani 等人用 ESWL 管理了 43% 的接受者，报告当结石 <20 毫米时 SFR 为 50%。然而，最近有一种趋势是用泌尿外科手术（RIRS 或mimi- PCNL）治疗这些结石，成功率更高，具有类似的并发症发生率。

八、紧急情况下的 ESWL

紧急体外冲击波碎石术作为输尿管梗阻性结石引起的急性绞痛患者的一线治疗已被证明是有效的，即使在 24 小时内也能提供高 SFR，尤其是对于小于 10 毫米的结石。可以减少辅助手术次数和住院次数。在有专家操作员的专科中心，在没有禁忌症的情况下可以考虑作为一种治疗选择。

九、ESWL 发生器

冲击波以三种不同的方式产生。有压电式、液电式和电磁式。压电式通过非线性传播产生冲击波，压电元件的主要缺点是每个元件的能量有限，这需要聚焦系统的大孔径。大焦点允许几乎无痛治疗，但焦点区域很小。液电式产生空化泡，空化泡膨胀和塌陷，产生高能量的压力波。该波随后被椭球聚焦。该源的治疗用途仅限于低压范围内。电磁式产生磁场需要一个线圈，线圈位于圆柱体周围或圆柱体周围，或位于带有覆盖导电膜的平坦外部膜上。当磁场使膜振动时产生波。抛物线形状的反射器或声学透镜聚焦冲击波，电磁系统比电极更耐用。此外，与液电式系统的偏差相比，每个脉冲的一致性似乎更有效。

结论

在微创手术时代，ESWL 尽管年代久远，但仍发挥着重要作用。它包含在欧洲和美国的指南中，结石中心应该能够为选定的患者提供这种治疗。所有的外科手术都有其优点和缺点。在泌尿外科，即使是内窥镜治疗也不能避免并发症，这应该引导外科医生准确评估正确的适应症。在 ESWL 中，适应症选择越准确，治疗就越有效。当结石CT值小于1000 HU，结石至皮肤距离<10 cm，结石位置有利于结石排出，ESWL效果更好。

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