泌尿微创碎石.ppt
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参见附件(1990KB)。
泌尿系统微创碎石技术的应用
简单介绍
尿石症是泌尿外科的常见病。
在过去的20余年中，尿石症的治疗发生了革命性的变化。体外冲击波碎石术(ESWL)和各种体内碎石术(Intracorporeal Lithotripsy，IL)的问世及应用，使得90%的尿石症患者避免了开放手术之苦。尤其是近十几年来，体内碎石技术发展迅速，多种新型体内碎石器械相继问世，已成为泌尿外科专业的一个亮点。各种体内碎石器按其碎石机制可分为两大类: 机械式和冲击波式。前者以机械能破碎结石，要求碎石器械和结石直接接触，后者则是将其它能转化为冲击波后再粉碎结石。机械式碎石器包括手工碎石器、超声碎石器和气动碎石器，冲击波式碎石器包括液电和各类激光碎石器。
一机械式碎石器
* 1. 手工碎石器
* 2. 超声碎石器
* 3. 气动碎石器
1. 手工碎石器
1782年，印度医生Martin设计了一种能插入尿道的金属锉子。他用这种锉子成功地治愈了自己的膀胱结石。
1824年，法国医生Civiale发明了一种三叉钳。他能凭触觉抓住膀胱结石，通过专门的螺丝在体外加压，最后夹碎结石。但直到19世纪以前，欧洲大陆流行的是开放性手术(主要对膀胱结石)，体内碎石因其成功率低而较少被采用。
1879年膀胱镜的问世是IL发展史上的里程碑，从此改变了医生盲目操作的状况，极大地提高了碎石的成功率和安全性。此后人们设计了多种手工碎石器和碎石镜，有的至今仍在使用。
* 目前，各种手工碎石钳主要有两大类: 钳夹式和冲压式，后者是Mauer-mayer和Hartung于1976年首先设计并应用，可以在碎石的同时将结石碎片冲出，使术野始终保持清晰。手工碎石器操作简便、安全，能破碎直径<3cm的各种成分的结石，现主要用于治疗膀胱结石，少数情况下也可用于治疗肾结石，但应特别注意避免夹伤肾组织，否则会造成难以控制的出血。
2. 超声碎石器
* 超声波可以机械、热、静电或压电等多种方式产生，用于碎石的超声来源于压电效应。Mulvaney于1953年首先进行了超声碎石实验。超声碎石器的工作原理如下: 以压电效应制成的换能器将电能转换成机械能(振动)，然后通过一金属探头将能量直接传给结石，导致结石发生高频共振继而破碎。由于是通过振动效应(频率20~30kHz，振幅15~20μm)发挥作用，对正常有弹性的组织损伤极小，因而超声碎石器相当安全。但高频振动能产生大量的热量，对周围组织造成热损伤，所以工作时需用大量循环水冷却探头。
* 早期超声探头全是中空性，外径达F8~F12，以至于需移走窥镜才能用于输尿管镜。现在使用的中空探头外径为F4.5，可在普通输尿管镜直视下操作。中空探头不仅用作水循环通道，还可用来抽吸结石碎片。1973年Goodfriend首先使用实心超声探头。这种探头较细(F2.5)，能用于较细的输尿管，应用范围相对较广。实心探头碎石是靠其末端的横向振动，有别于中空探头的纵向振动，因而对结石的推动效应明显减轻。统计表明，两种探头的碎石效率无明显区别，但实心探头不易散热，热损伤较重，且不易处理结石碎片。
3. 气动碎石器
气动碎石器是一种新型碎石器械，1990年首先在瑞士洛桑研制成功，因而被命名为Swiss Lithoclast。它是通过压缩空气驱动一密闭盒中的弹丸，后者以一定的频率(12Hz)击打和盒子相连的金属杆的底部，依靠金属杆的机械运动破碎结石，其工作原理同工业用气压电锤一样。气动碎石器有不同的压力可调，最高达300kPa，其不锈钢碎石探头有多种型号可供选择，能破碎包括一水草酸钙结石和胱氨酸结石在内的各种结石。
最近，一种改进型气动碎石器--Browne气动碎石器已经实验评估，可望于不久的将来应用于临床。其镍-钛合金探头能在90o以内任意弯曲，因而可用于软性输尿管镜，而且其碎石效率并不比硬性探头差，是一种很有前途的碎石器。气动碎石器的缺点是其探头容易推动结石，这在输尿管碎石时应该注意，因为结石移向近端将增加碎石的难度，必要时应先用套石篮固定结石。另外，使用气动碎石器碎石后的结石碎片较粗大，常需配合使用取石钳等其它器械。
二冲击波式碎石器
* 1. 液电碎石器
* 2. 激光碎石器
1. 液电碎石器
液电碎石器最初是由前苏联工程师Yutkin于1955年发明。经过10多年的改进，一种被称为Urat-1的临床用膀胱碎石机问世，其基本原理和现在使用的一样: 两个不同电压的电极之间存在一绝缘层，当两个电极之间的电压差超过绝缘层最大电阻时，电极之间产生火花，形成等离子体(Plasma)。等离子体是一个离子和电子空化气泡，迅速膨胀到一定程度后急剧崩解，形成液体冲击波和微喷射，破碎结石。用高速摄影术和声音检测技术可以发现，每一次放电，液电探头末端周围都有等离子体空泡在振荡，同时产生3个冲击波。
液电碎石器对结石成分无选择性，探头可弯曲，可用于治疗泌尿系各部位结石，但其安全性低于其它碎石器。用于输尿管时，可引起从粘膜剥脱至输尿管断裂不等的损伤。研究证实，组织损伤除直接机械伤外，主要和空化气泡的形成和崩解有关，其程度和输出能量成正比，未发现热损伤的证据。为减轻组织损伤，近来国外有人在探头末端加上金属屏蔽罩，以使周围组织避免直接曝露于等离子体中，取得了一定的效果。
2. 激光碎石器
目前使用的碎石激光主要有调Q-Nd∶YAG激光(Q-switched Nd∶YAG，Q-Nd∶YAG)、染料激光(Dye Laser，DL)、金绿宝石激光(Alex-andrite激光，AL)、钬∶YAG激光(Hol-mium∶YAG，Ho∶YAG)、双波长激光等(表2)。
和液电碎石器一样，目前所有激光碎石器的碎石作用都有赖于等离子体和冲击波的产生，不同的是前者靠放电产生，后者则由光分解作用形成。结石在接受高能量、高密度的激光照射后，其表面迅速形成等离子体，继而产生冲击波和微喷射，破碎结石。
a. 调Q-Nd∶YAG激光
激光调Q原理是: 用Q开关使光学谐振腔的Q值发生快速变化，使之产生非常短的脉冲(ns级)和非常高的峰值功率(几百万瓦)，从而形成冲击波，即将连续波激光转换为脉冲式激光。1983年Watson首先用调Q-Nd∶YAG激光碎石，效果很好，但当时的玻璃光导纤维无法承受碎石所需的高能量。1989年Hofmann改用石英光导纤维，取得了90%的完全碎石率，未出现组织热损伤，光导纤维完好无损，只是无法破碎一水草酸钙和鸟粪石结石。
b. 染料激光
这是专为碎石而设计的脉冲式可调激光，由Drelter等人于1987年首先用于临床。染料激光以液体香豆素绿染料为激发介质，调整染料可改变其波长。该激光能被大部分结石成分吸收，但不被水吸收，输尿管吸收得少却可以反射，因此可以有效地破碎大部分结石而不易损伤输尿管，是一种较为安全的体内碎石器械。染料激光对一水草酸钙结石效果不好。胱氨酸结石因能大量反射激光，结石表面难以形成等离子体，碎石效果亦不佳。对此，Tasca(1993年)采用利福平包被结石的方法(以2%利福平溶液作灌注液)来增强胱氨酸结石的激光吸收率，提高了碎石效率。当然，这种方法也可用于其它激光碎石术。
c. 金绿宝石激光
d. 钬∶YAG激光
研究证明，其碎石作用主要靠光热效应来发挥，它能在结石上"钻"洞，"切除"结石而不是"崩解"结石。钬∶YAG激光能破碎各种类型的结石，包括一水草酸钙结石、胱氨酸结石等硬性结石，且碎片很小。有人曾比较钬∶YAG激光和液电碎石器，发现在条件(患者年龄、性别，结石大小、成分等)类似的情况下，前者的碎石效率更高(97%∶85%)。两者的并发症发生率则相似。
e. 双波长激光
双波长激光是由德国W.O.M.公司在2000年推出的最新激光碎石系统。它是以所谓的FREDDY技术(即双频双脉冲Nd∶YAG激光)为基础，将相当大的能量(120mJ)压缩在一个很短的脉冲(1.2μs)里，从而获得极高的峰值功率。其工作原理是: 绿光(波长532nm，占激光总能量的20%)，先在结石表面形成等离子区，然后红外光(波长1064nm，占激光总能量的80%)被结石全部吸收，使激光能量在瞬间转化为冲击波，在短时间内破碎结石。由于能量集中，其碎石方式是"崩解"而非"切除"，这点与钬∶YAG激光正好相反。该系统的主要优点是组织损伤轻微，治疗中极少造成输尿管或膀胱穿孔。
U-100激光碎石器手术录像
三结语
除了最简单的手工碎石器外，现代体内碎石器械的发展已走过了半个世纪。回顾其历程，我们可以发现，和其它医疗器械一样，体内碎石器械同样遵循一条逐步提高效率和降低并发症的发展道路。时至今日，我们欣喜地看到这两个目标已最大程度地得以实现，然而我们必须承认，这些成果的取得是以医疗成本的大幅增长为代价的。从经济学角度看，以效价比作为评判标准显然优于单纯的治疗效果。因此，我们不能简单地肯定一种碎石器械而否定另外一种，而应根据医院设备、技术以及患者的经济状况和结石情况进行选用。如此，方可最大限度地提高医疗质量和优化医疗资源。
泌尿系统微创碎石技术的应用
简单介绍
尿石症是泌尿外科的常见病。
在过去的20余年中，尿石症的治疗发生了革命性的变化。体外冲击波碎石术(ESWL)和各种体内碎石术(Intracorporeal Lithotripsy，IL)的问世及应用，使得90%的尿石症患者避免了开放手术之苦。尤其是近十几年来，体内碎石技术发展迅速，多种新型体内碎石器械相继问世，已成为泌尿外科专业的一个亮点。各种体内碎石器按其碎石机制可分为两大类: 机械式和冲击波式。前者以机械能破碎结石，要求碎石器械和结石直接接触，后者则是将其它能转化为冲击波后再粉碎结石。机械式碎石器包括手工碎石器、超声碎石器和气动碎石器，冲击波式碎石器包括液电和各类激光碎石器。
一机械式碎石器
* 1. 手工碎石器
* 2. 超声碎石器
* 3. 气动碎石器
1. 手工碎石器
1782年，印度医生Martin设计了一种能插入尿道的金属锉子。他用这种锉子成功地治愈了自己的膀胱结石。
1824年，法国医生Civiale发明了一种三叉钳。他能凭触觉抓住膀胱结石，通过专门的螺丝在体外加压，最后夹碎结石。但直到19世纪以前，欧洲大陆流行的是开放性手术(主要对膀胱结石)，体内碎石因其成功率低而较少被采用。
1879年膀胱镜的问世是IL发展史上的里程碑，从此改变了医生盲目操作的状况，极大地提高了碎石的成功率和安全性。此后人们设计了多种手工碎石器和碎石镜，有的至今仍在使用。
* 目前，各种手工碎石钳主要有两大类: 钳夹式和冲压式，后者是Mauer-mayer和Hartung于1976年首先设计并应用，可以在碎石的同时将结石碎片冲出，使术野始终保持清晰。手工碎石器操作简便、安全，能破碎直径<3cm的各种成分的结石，现主要用于治疗膀胱结石，少数情况下也可用于治疗肾结石，但应特别注意避免夹伤肾组织，否则会造成难以控制的出血。
2. 超声碎石器
* 超声波可以机械、热、静电或压电等多种方式产生，用于碎石的超声来源于压电效应。Mulvaney于1953年首先进行了超声碎石实验。超声碎石器的工作原理如下: 以压电效应制成的换能器将电能转换成机械能(振动)，然后通过一金属探头将能量直接传给结石，导致结石发生高频共振继而破碎。由于是通过振动效应(频率20~30kHz，振幅15~20μm)发挥作用，对正常有弹性的组织损伤极小，因而超声碎石器相当安全。但高频振动能产生大量的热量，对周围组织造成热损伤，所以工作时需用大量循环水冷却探头。
* 早期超声探头全是中空性，外径达F8~F12，以至于需移走窥镜才能用于输尿管镜。现在使用的中空探头外径为F4.5，可在普通输尿管镜直视下操作。中空探头不仅用作水循环通道，还可用来抽吸结石碎片。1973年Goodfriend首先使用实心超声探头。这种探头较细(F2.5)，能用于较细的输尿管，应用范围相对较广。实心探头碎石是靠其末端的横向振动，有别于中空探头的纵向振动，因而对结石的推动效应明显减轻。统计表明，两种探头的碎石效率无明显区别，但实心探头不易散热，热损伤较重，且不易处理结石碎片。
3. 气动碎石器
气动碎石器是一种新型碎石器械，1990年首先在瑞士洛桑研制成功，因而被命名为Swiss Lithoclast。它是通过压缩空气驱动一密闭盒中的弹丸，后者以一定的频率(12Hz)击打和盒子相连的金属杆的底部，依靠金属杆的机械运动破碎结石，其工作原理同工业用气压电锤一样。气动碎石器有不同的压力可调，最高达300kPa，其不锈钢碎石探头有多种型号可供选择，能破碎包括一水草酸钙结石和胱氨酸结石在内的各种结石。
最近，一种改进型气动碎石器--Browne气动碎石器已经实验评估，可望于不久的将来应用于临床。其镍-钛合金探头能在90o以内任意弯曲，因而可用于软性输尿管镜，而且其碎石效率并不比硬性探头差，是一种很有前途的碎石器。气动碎石器的缺点是其探头容易推动结石，这在输尿管碎石时应该注意，因为结石移向近端将增加碎石的难度，必要时应先用套石篮固定结石。另外，使用气动碎石器碎石后的结石碎片较粗大，常需配合使用取石钳等其它器械。
二冲击波式碎石器
* 1. 液电碎石器
* 2. 激光碎石器
1. 液电碎石器
液电碎石器最初是由前苏联工程师Yutkin于1955年发明。经过10多年的改进，一种被称为Urat-1的临床用膀胱碎石机问世，其基本原理和现在使用的一样: 两个不同电压的电极之间存在一绝缘层，当两个电极之间的电压差超过绝缘层最大电阻时，电极之间产生火花，形成等离子体(Plasma)。等离子体是一个离子和电子空化气泡，迅速膨胀到一定程度后急剧崩解，形成液体冲击波和微喷射，破碎结石。用高速摄影术和声音检测技术可以发现，每一次放电，液电探头末端周围都有等离子体空泡在振荡，同时产生3个冲击波。
液电碎石器对结石成分无选择性，探头可弯曲，可用于治疗泌尿系各部位结石，但其安全性低于其它碎石器。用于输尿管时，可引起从粘膜剥脱至输尿管断裂不等的损伤。研究证实，组织损伤除直接机械伤外，主要和空化气泡的形成和崩解有关，其程度和输出能量成正比，未发现热损伤的证据。为减轻组织损伤，近来国外有人在探头末端加上金属屏蔽罩，以使周围组织避免直接曝露于等离子体中，取得了一定的效果。
2. 激光碎石器
目前使用的碎石激光主要有调Q-Nd∶YAG激光(Q-switched Nd∶YAG，Q-Nd∶YAG)、染料激光(Dye Laser，DL)、金绿宝石激光(Alex-andrite激光，AL)、钬∶YAG激光(Hol-mium∶YAG，Ho∶YAG)、双波长激光等(表2)。
和液电碎石器一样，目前所有激光碎石器的碎石作用都有赖于等离子体和冲击波的产生，不同的是前者靠放电产生，后者则由光分解作用形成。结石在接受高能量、高密度的激光照射后，其表面迅速形成等离子体，继而产生冲击波和微喷射，破碎结石。
a. 调Q-Nd∶YAG激光
激光调Q原理是: 用Q开关使光学谐振腔的Q值发生快速变化，使之产生非常短的脉冲(ns级)和非常高的峰值功率(几百万瓦)，从而形成冲击波，即将连续波激光转换为脉冲式激光。1983年Watson首先用调Q-Nd∶YAG激光碎石，效果很好，但当时的玻璃光导纤维无法承受碎石所需的高能量。1989年Hofmann改用石英光导纤维，取得了90%的完全碎石率，未出现组织热损伤，光导纤维完好无损，只是无法破碎一水草酸钙和鸟粪石结石。
b. 染料激光
这是专为碎石而设计的脉冲式可调激光，由Drelter等人于1987年首先用于临床。染料激光以液体香豆素绿染料为激发介质，调整染料可改变其波长。该激光能被大部分结石成分吸收，但不被水吸收，输尿管吸收得少却可以反射，因此可以有效地破碎大部分结石而不易损伤输尿管，是一种较为安全的体内碎石器械。染料激光对一水草酸钙结石效果不好。胱氨酸结石因能大量反射激光，结石表面难以形成等离子体，碎石效果亦不佳。对此，Tasca(1993年)采用利福平包被结石的方法(以2%利福平溶液作灌注液)来增强胱氨酸结石的激光吸收率，提高了碎石效率。当然，这种方法也可用于其它激光碎石术。
c. 金绿宝石激光
d. 钬∶YAG激光
研究证明，其碎石作用主要靠光热效应来发挥，它能在结石上"钻"洞，"切除"结石而不是"崩解"结石。钬∶YAG激光能破碎各种类型的结石，包括一水草酸钙结石、胱氨酸结石等硬性结石，且碎片很小。有人曾比较钬∶YAG激光和液电碎石器，发现在条件(患者年龄、性别，结石大小、成分等)类似的情况下，前者的碎石效率更高(97%∶85%)。两者的并发症发生率则相似。
e. 双波长激光
双波长激光是由德国W.O.M.公司在2000年推出的最新激光碎石系统。它是以所谓的FREDDY技术(即双频双脉冲Nd∶YAG激光)为基础，将相当大的能量(120mJ)压缩在一个很短的脉冲(1.2μs)里，从而获得极高的峰值功率。其工作原理是: 绿光(波长532nm，占激光总能量的20%)，先在结石表面形成等离子区，然后红外光(波长1064nm，占激光总能量的80%)被结石全部吸收，使激光能量在瞬间转化为冲击波，在短时间内破碎结石。由于能量集中，其碎石方式是"崩解"而非"切除"，这点与钬∶YAG激光正好相反。该系统的主要优点是组织损伤轻微，治疗中极少造成输尿管或膀胱穿孔。
U-100激光碎石器手术录像
三结语
除了最简单的手工碎石器外，现代体内碎石器械的发展已走过了半个世纪。回顾其历程，我们可以发现，和其它医疗器械一样，体内碎石器械同样遵循一条逐步提高效率和降低并发症的发展道路。时至今日，我们欣喜地看到这两个目标已最大程度地得以实现，然而我们必须承认，这些成果的取得是以医疗成本的大幅增长为代价的。从经济学角度看，以效价比作为评判标准显然优于单纯的治疗效果。因此，我们不能简单地肯定一种碎石器械而否定另外一种，而应根据医院设备、技术以及患者的经济状况和结石情况进行选用。如此，方可最大限度地提高医疗质量和优化医疗资源。
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