醫(yī)學(xué)超聲原理第十七講超聲碎石機(jī)

第十七講UltrasonicLithotrite

超聲碎石機(jī)本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書(shū)很多；但是從教十年多來(lái)，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫(xiě)本書(shū)的主要原因之一。本書(shū)的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書(shū)中的內(nèi)容，并提高分析解決問(wèn)題的能力。為配合雙語(yǔ)教學(xué)，本書(shū)保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對(duì)照。本書(shū)的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場(chǎng)的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語(yǔ)言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書(shū)適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分

沖擊波碎石概述1超聲碎石機(jī)原理2體內(nèi)沖擊波碎石機(jī)裝置3體外沖擊波碎石裝置ESWLExtracorporealShockWaveLithotripsy4沖擊波碎石的臨床應(yīng)用5幾種碎石機(jī)的比較6本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分1、沖擊波碎石概述結(jié)石主要發(fā)生：泌尿系統(tǒng)的腎臟、輸尿管、膀胱，膽道等系統(tǒng)。傳統(tǒng)治療：開(kāi)放式手術(shù)，痛苦。沖擊波碎石術(shù)：沖擊波能量→結(jié)石→破碎→自然排出。減小或避免了較大的手術(shù)。發(fā)展史：⑴1950年，Lamport和Newman首次發(fā)表了用連續(xù)超聲波非接觸式粉碎人體結(jié)石的報(bào)道。⑵50年代，原蘇聯(lián)科學(xué)家Jutkin發(fā)現(xiàn)，水中電極放電產(chǎn)生的沖擊波可以擊碎陶瓷。其后，美國(guó)泌尿?qū)＜褿oldberg用這一原理，經(jīng)膀胱鏡用沖擊波擊碎一名患者的膀胱結(jié)石。⑶50年代到70年代，各種沖擊波的體內(nèi)碎石裝置相繼出現(xiàn)，主要用于擊碎泌尿系統(tǒng)結(jié)石。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分

1概述⑷70年代，德國(guó)Dornier公司發(fā)現(xiàn)，沖擊波進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)可以擊碎較硬的材料，而對(duì)軟組織沒(méi)有明顯損傷。⑸最早提出體外沖擊波碎石術(shù)（ESWL）思想的人是Anmin、Bebrends等人。⑹1974年，Schmieds等人研究了水中火花放電并用橢球反射面聚焦的技術(shù)。⑺1978年，由德國(guó)泌尿?qū)＜褻haussy主持，設(shè)計(jì)出一臺(tái)水槽式有兩套正交X線定位系統(tǒng)的體外沖擊波碎石裝置。⑻1980年，Dornier公司推出第一臺(tái)商用化機(jī)器——HM-1體外沖擊波碎石機(jī)。⑼1983年，Dornier公司公布：檢查1000名腎結(jié)石患者，有993人可以并采用ESWL治療，其中90.6％結(jié)石全部排空。這一巨大成功引起國(guó)際醫(yī)學(xué)界轟動(dòng)，并使ESWL在世界范圍迅速發(fā)展和推廣。美、法、日等國(guó)也相繼研制成功ESWL機(jī)。⑽1985年，德國(guó)Sauerbruch等人將ESWL推廣到膽結(jié)石癥治療。

本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分1概述⑾1985年，我國(guó)第一臺(tái)ESWL樣機(jī)由中科院電工所與北醫(yī)大附屬人民醫(yī)院研制成功。同年8月應(yīng)用于臨床。同年，上海交通大學(xué)也研制成功ESWL機(jī)，并于年底投入臨床應(yīng)用。陳亞珠院士多次獲國(guó)家、省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)，其中主要有"防雷配電變壓器研究與推廣應(yīng)用"獲1985年國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)；"液電沖擊波體外粉碎腎結(jié)石技術(shù)"1987年獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)；腎結(jié)石粉碎機(jī)的推廣應(yīng)用，1993年獲國(guó)家教委成果推廣二等獎(jiǎng)。

本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書(shū)很多；但是從教十年多來(lái)，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫(xiě)本書(shū)的主要原因之一。本書(shū)的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書(shū)中的內(nèi)容，并提高分析解決問(wèn)題的能力。為配合雙語(yǔ)教學(xué)，本書(shū)保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對(duì)照。本書(shū)的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場(chǎng)的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語(yǔ)言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書(shū)適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分

腎臟結(jié)石，輸尿管結(jié)石、膀胱結(jié)石，膽囊結(jié)石，尿道結(jié)石。按結(jié)石化學(xué)成分可分為含鈣結(jié)石、感染結(jié)石、尿酸結(jié)石、胱氨酸結(jié)石四類。含鈣結(jié)石可分為：?jiǎn)渭兊牟菟徕}、草酸鈣和磷酸鈣、以及除草酸鈣還有少量的尿酸；感染結(jié)石主要成分是磷酸鎂銨(“鳥(niǎo)糞石”，松軟)和羥磷灰石；尿酸結(jié)石成分可分為：尿酸、尿酸胺或除上述成分外還含有少量的草酸鈣；胱氨酸結(jié)石可分為：純胱氨酸或含有少量草酸鈣成分。常見(jiàn)的幾種結(jié)石圖1.腎結(jié)石本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分碎石成像圖2.膽囊結(jié)石圖3.右腎鹿角形結(jié)石

想一想它們分別是用哪種技術(shù)成的像？↘↖↘↖→←本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分

沖擊波碎石機(jī)分類法：①按振子處的身體部位分類：體內(nèi)型、體外型；②按發(fā)生器不同原理分類：超聲式、電致水壓式、壓縮空氣式、激光式等——體內(nèi)型液電式、微爆炸式、壓電式、電磁式、光聲式等——體外型③按波源到人體間的耦合方式分類：干式，濕式；④按沖擊波的聚焦方法分類：橢球面聚焦、球面聚焦、拋物面聚焦、透鏡聚焦等。⑤按機(jī)型的發(fā)展次序分類：如：第一代，第二代等；⑥按治療目的分類：如：腎石碎石機(jī)、膽石碎石機(jī)等；⑦按系統(tǒng)的規(guī)模分類：如：體外碎石中型，大型、小型移動(dòng)式外碎石機(jī)等等。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分

沖擊波碎石機(jī)分類法：體外沖擊波碎石機(jī)：這類儀器按其震波源的不同一般分為三種：液電式；電磁式；和壓電式。體內(nèi)碎石機(jī)目前有四種：超聲碎石機(jī)；液電碎石機(jī)；激光碎石機(jī)；氣壓彈道碎石機(jī)。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分2超聲碎石超聲波能量：大多數(shù)沖擊波碎石裝置使用的能量形式，體外型碎石裝置：目前應(yīng)用較多，都用超聲波能量。超聲波的定義：聲波：物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。振動(dòng)：物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)。例如：鼓面敲擊→振動(dòng)→向空氣傳播——聲波。頻率：每秒鐘內(nèi)往返振動(dòng)的次數(shù)。單位：赫茲（Hz）。

聲波分類：（依頻率）頻率＝10-4～16Hz的聲波——次聲。頻率＝16～2×104Hz的聲波——可聽(tīng)聲。頻率＝2×104～109Hz的聲波——超聲。頻率＝109～1013Hz的聲波——特超聲。超聲波特點(diǎn)：①方向性強(qiáng)，能量易于集中。②超聲易于攜帶較高的能量，可用作工業(yè)加工和醫(yī)學(xué)治療。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書(shū)很多；但是從教十年多來(lái)，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫(xiě)本書(shū)的主要原因之一。本書(shū)的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書(shū)中的內(nèi)容，并提高分析解決問(wèn)題的能力。為配合雙語(yǔ)教學(xué)，本書(shū)保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對(duì)照。本書(shū)的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場(chǎng)的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語(yǔ)言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書(shū)適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分2.1描述超聲波的重要物理參數(shù)1．頻率與周期頻率，用f表示。單位：赫茲（Hz）；或（kHz、MHz）。

周期：聲波每振動(dòng)一次的時(shí)間，以T表示，單位：秒（s）；或（ms、μs）。

公式：T＝1/f2．波長(zhǎng)波長(zhǎng)：一個(gè)聲波周期(T)內(nèi)，聲波傳播的距離，以λ表示，單位：厘米(cm)或毫米(mm)。3．聲速聲速：?jiǎn)挝粫r(shí)間(1s)內(nèi)聲波傳播的距離，以c表示。單位：米／秒（m/s）。

公式：c＝fλ＝λ/T(6-1)

在流體介質(zhì)中，聲速為：(6-2)式中，B——體積彈性系數(shù)，ρ——密度。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分2.1描述超聲波的重要物理參數(shù)

一般，聲速：固體＞液體＞氣體。人體中聲速：骨骼中＝4000m/s，

軟組織（主要含體液）中＝1540m/s，

氣體（如肺泡或腸道中的氣體）中＝350m/s。4．質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位移、速度、加速度

y＝Asinωt(6-3)y—振動(dòng)位移，A—振動(dòng)位移幅度，ω—角頻率，t—時(shí)間

ω＝2πf

對(duì)時(shí)間(t)微分：

v＝Aωcosωt（6-4）v——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度再取微分：

a＝-Aω2sinωt（6-5）a——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)加速度本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分2.1描述超聲波的重要物理參數(shù)

式中負(fù)號(hào)表明加速度的方向與位移方向相反。注意：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度(v)≠聲波的傳播速度(c)。5．聲壓聲壓＝有聲波傳播時(shí)的壓強(qiáng)－沒(méi)有聲波傳播時(shí)的壓強(qiáng)。媒質(zhì)的聲傳播可以表現(xiàn)為聲壓隨時(shí)間（或空間）的周期變化。對(duì)于平面聲波：

P＝ρcωA（6-6）P——聲壓幅值6．波的能量密度與聲強(qiáng)聲能密度E：聲場(chǎng)單位體積內(nèi)聲波攜帶的能量，單位：焦/厘米3（Ｊ/cm3）

聲強(qiáng)I：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)與聲傳播方向垂直的單位面積的能量；單位：瓦/厘米2（W/cm2）。

對(duì)于平面聲波

I＝Ec＝ρc(ωA)2/2＝P2/2ρc∝P2（6-7）本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分2.1描述超聲波的重要物理參數(shù)7．聲阻抗率聲阻抗率Z：介質(zhì)中某一點(diǎn)的聲壓與該處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比：

Z=p/v（6-8）

在線性簡(jiǎn)諧波范圍：

Z=ρc（6-9）

式中，ρ——介質(zhì)的密度，c——聲速。流體中平面波有：（6-10）單位：瑞利，1瑞利=1g/cm2·s。Z只與介質(zhì)本身的聲學(xué)特性有關(guān)，也稱：特性阻抗。介質(zhì)越硬，B值越高，聲特性阻抗越大。人體組織中三類組織的特性阻抗：骨骼及鈣化物≈5.57×106瑞利，軟組織和體液≈1.52×106瑞利，氣體及充氣的肺≈0.0004×106瑞利。

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2.2超聲波的傳播特性1．反射和折射⑴反射和折射的幾何性質(zhì)（圖6.1(a)）

介質(zhì)1、介質(zhì)2：平面界面。

Z1、Z2——特性阻抗，界面處：P—聲壓、I—聲強(qiáng)，θ—聲波與界面法線的夾角，下標(biāo)：I——入射、r——反射、t——折射。反射和折射定律：（6-11）

（6-12）

θiθrC1θt介質(zhì)1介質(zhì)2界面PiPrPtC2（a）斜入射圖6.1超聲在界面的反射和折射本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分2.2超聲波的傳播特性⑵反射和折射的力學(xué)性質(zhì)（圖6.1(b)）

反射系數(shù)、折射系數(shù)（透射系數(shù)）來(lái)描述。有關(guān)系式：

式中，R——反射系數(shù)，T——透射系數(shù)，下標(biāo)：p——關(guān)于聲壓，I——關(guān)于聲強(qiáng)。

Z1、Z2—兩種介質(zhì)特性阻抗。Z1介質(zhì)1介質(zhì)2界面Pi，IiPr，IrPt，ItZ2（b）正入射圖6.1超聲在界面的反射和折射本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分2.2超聲波的傳播特性

由式（6-15）、（6-16）可見(jiàn)：①RI+TI=1，即：Ir+It=Ii

說(shuō)明：入射超聲能量＝反射超聲能量＋透射超聲能量——能量守恒。②反射超聲能量∝(Z2－Z1)2

差值越大，反射越強(qiáng)，透射越弱。所以：固體-氣體、液體-氣體、固體-液體，界面反射強(qiáng)烈。2．超聲波的疊加原理兩列或多列超聲波相遇時(shí)，①相遇前后，保持各自的獨(dú)立性，即每一列波保持原有的特性（頻率、振幅、方向、初相）繼續(xù)傳播。②在相遇處，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是各列波振動(dòng)的矢量和——疊加。同頻同相位波疊加，振動(dòng)加強(qiáng)；異頻異相位波疊加，振動(dòng)減弱，甚至抵消。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分2.3超聲沖擊波的碎石機(jī)理沖擊波的波形及其形成沖擊波：（圖6.2所示）振幅和持續(xù)時(shí)間是不對(duì)稱的。隨著輸出檔位的提高，沖擊波的P+、P-、t+和聲能相應(yīng)增加，而tr和t-則降低。沖擊波，幅度很大，對(duì)應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)位移速度與聲速相比，已不能忽略不計(jì)。稱有限振幅聲波，不再滿足線性聲學(xué)中的近似條件。PtPtP+P-trt-t+（a）沖擊波（b）脈沖超聲波圖6.2脈沖超聲波和沖擊波的比較本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分

沖擊波形成機(jī)理：非線性聲學(xué)。如圖6.3。正弦有限振幅聲波傳播時(shí)：介質(zhì)密度↑→介質(zhì)可壓縮性↓→傳播速度↑。波形上壓力不同點(diǎn)，聲速不同，導(dǎo)致波形變化。

圖(a)：聲源處的原始聲壓波形。

A點(diǎn)：最大聲壓處，傳播速最快，大于線性聲波聲速。

B點(diǎn)：最負(fù)聲壓處，傳播速最慢，小于線性聲波聲速。

O點(diǎn)：零聲壓處，傳播速度居中，等于線性聲波聲速。圖(b)：傳播中波形畸變。圖(c)：導(dǎo)致波形呈鋸齒狀沖擊波。

A壓力時(shí)間（a）OB圖6.3有限振幅聲波傳播的畸變（b）壓力時(shí)間（c）壓力時(shí)間2.3超聲沖擊波的碎石機(jī)理本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分2.4沖擊波粉碎結(jié)石的機(jī)理

沖擊波結(jié)石破壞的方式：（圖6.4所示）①結(jié)石前界面剝蝕性破壞；空化作用：氣泡簇→急速崩解→微噴射→撞擊結(jié)石②結(jié)石后界面剝落性破壞；反射性張力波作用，結(jié)石脆性，剝落。③結(jié)石內(nèi)部相鄰層面層狀剝離性破壞：空化核，空化→膨脹→崩解→高溫、高壓(峰值壓650Bar，氣泡半徑0.15~1.2mm，微噴射速度770m/s)，(1~10μm空化核,膨脹100倍,崩解溫度105K，壓力5.8×106Bar)圖6.4沖擊波碎石的原理本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分2.4沖擊波對(duì)軟組織的影響

沖擊波在界面上的作用力：

前界面，壓力作用；后界面，張力作用。

沖擊波破壞效果：①結(jié)石與周?chē)M織的聲阻抗率差別較大，作用力較強(qiáng)；人體軟組織之間聲阻抗率差別較小，作用力較弱。②結(jié)石是脆性物質(zhì)，抗張強(qiáng)度較低。人體軟組織的柔性，抗壓、抗張強(qiáng)度都較高。

故：沖擊波能夠擊碎軟組織中的結(jié)石，而不損傷周?chē)M織。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分3體內(nèi)沖擊波碎石裝置原理

方法：沖擊波能量→內(nèi)窺鏡→結(jié)石部位，碎石、沖洗、吸出。應(yīng)用：治療泌尿系統(tǒng)的結(jié)石。插入：(圖6.5、6.6)皮膚→腎瘺→腎盂；尿道→膀胱→輸尿管。

沖擊波形式：①?gòu)?qiáng)力超聲波，②電致水壓沖擊波，③激光脈沖，④壓縮空氣沖擊波。制作腎瘺碎石、取出插管腎臟結(jié)石膀胱尿道鏡圖6.5經(jīng)皮腎輸尿管結(jié)石摘出圖6.6經(jīng)尿道輸尿管結(jié)石摘出本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分3.1體內(nèi)超聲波碎石裝置3.1體內(nèi)超聲波碎石裝置采用頂端裝有超聲換能器的探桿通過(guò)內(nèi)窺鏡接觸結(jié)石，利用超聲發(fā)生器產(chǎn)生的電振蕩使超聲換能器產(chǎn)生高頻機(jī)械振動(dòng)。超聲波傳遞進(jìn)結(jié)石，在結(jié)石的表面產(chǎn)生反射波，結(jié)石表面會(huì)受壓而破裂，當(dāng)超聲波完全穿過(guò)結(jié)石時(shí)，在界面被再次反射，這一反射產(chǎn)生張力波，當(dāng)張力波的強(qiáng)度大于結(jié)石的擴(kuò)張強(qiáng)度時(shí)，結(jié)石破裂。1．原理（圖6.7)。能量：強(qiáng)力的連續(xù)超聲波。效率因素：振子的頻率、振幅、質(zhì)量等。振幅：振動(dòng)棒前端30～100μm。振幅越大破壞力越大。

幾乎對(duì)軟組織沒(méi)影響，只對(duì)堅(jiān)硬、脆化的結(jié)石起作用。頻率：（一般取）頻率＝25kHz

超聲頻率越低，衰減越小。頻率＜20kHz，成噪聲。圖6.7超聲振動(dòng)碎石法原理振動(dòng)撞擊脆性破壞本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分3.1

體內(nèi)超聲波碎石裝置2．結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：振子，振動(dòng)棒，超聲發(fā)生器，灌流液吸引泵，腳踏開(kāi)關(guān)等。如圖6.8：①分體結(jié)構(gòu)，②一體結(jié)構(gòu)，③頂端可拆卸。振動(dòng)棒是中空的，如圖6.8④。中空作用：①冷卻振動(dòng)棒；②排出結(jié)石碎片；③吸附小結(jié)石碎片。

①分離型前端振動(dòng)棒②一體型③可卸式振動(dòng)棒前端形狀振子④圖6.11圖6.8強(qiáng)力超聲波碎石裝置結(jié)石腎盂鏡破碎的結(jié)石排出體外振動(dòng)(沖擊)冷卻吸引超聲振子本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分3.1體內(nèi)超聲波碎石裝置3．使用注意事項(xiàng)①振動(dòng)開(kāi)始時(shí)，必須吸水冷卻（防止振動(dòng)棒發(fā)熱引起燙傷）。②安裝振動(dòng)棒時(shí)，擰緊要適當(dāng)，不能過(guò)松，也不能太緊。

本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書(shū)很多；但是從教十年多來(lái)，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫(xiě)本書(shū)的主要原因之一。本書(shū)的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書(shū)中的內(nèi)容，并提高分析解決問(wèn)題的能力。為配合雙語(yǔ)教學(xué)，本書(shū)保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對(duì)照。本書(shū)的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場(chǎng)的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語(yǔ)言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書(shū)適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分3.2

體內(nèi)電致水壓沖擊波碎石裝置這類儀器是在內(nèi)窺鏡的觀察下，將帶有同軸電極的探桿靠近結(jié)石，當(dāng)電極在水中放電，使電極附近的水迅速氣化，壓力和溫度急劇升高以致電極周?chē)乃蛲馔苿?dòng)而產(chǎn)生沖擊波，由于沖擊波從電極尖端呈輻射狀向外傳播，在傳播過(guò)程中其能量密度逐漸減弱，因此電極必須盡量靠近結(jié)石，使沖擊波達(dá)到足以使人體結(jié)石粉碎的強(qiáng)度。

1．原理原理：微小電極間放電→沖擊波，如圖6.9。優(yōu)點(diǎn)：電極導(dǎo)線連接，可與軟性內(nèi)窺鏡配合使用。缺點(diǎn)：電極附近高溫（2000～3000OC）。2．結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：電極，放電電源，腳踏開(kāi)關(guān)等。電極既有兩點(diǎn)狀，也有同心圓的電極。如圖6.10。

圖6.9體內(nèi)電致水壓碎石原理圖6.10體內(nèi)電致水壓電極結(jié)構(gòu)線狀放電型沿面放電型本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分

3.2

體內(nèi)電致水壓沖擊波碎石裝置3．使用注意事項(xiàng)①勿在空氣中放電，會(huì)縮短電極的壽命。②使用前先將灌流液倒入紙杯中，調(diào)試放電強(qiáng)度。③使用時(shí)，電極和導(dǎo)線容易因過(guò)熱而燒斷，引起短路，應(yīng)及時(shí)更換。④用手觸摸電極，會(huì)使電極停止放電。⑤用消毒水消毒電極時(shí)，勿使連接部位沾水。

本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分3.3體內(nèi)激光碎石裝置激光碎石機(jī)：利用激光產(chǎn)生的功率密度很高的能量，這種高功率密度激光可在生物組織中產(chǎn)生輻射壓、電致伸縮、沖擊波、介質(zhì)擊穿等機(jī)械作用，導(dǎo)致結(jié)石的粉碎，臨床上利用光導(dǎo)纖維將激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光通過(guò)內(nèi)窺鏡導(dǎo)入人體內(nèi)，先用引導(dǎo)光瞄準(zhǔn)結(jié)石，然后輸出脈沖激光將結(jié)石擊碎。

1．原理激光→光導(dǎo)纖維→內(nèi)窺鏡→結(jié)石→熱量→沖擊波→擊碎結(jié)石。2．結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)包括：光導(dǎo)纖維、激光產(chǎn)生裝置、腳踏開(kāi)關(guān)等。光導(dǎo)纖維：玻璃纖維+(包裹)合成樹(shù)脂。直徑＝0.2～0.5mm，

柔軟，頭部易折損。3．使用注意事項(xiàng)①導(dǎo)光纖維易折斷，應(yīng)卷成一卷放置。②激光直接照射眼球會(huì)對(duì)視網(wǎng)膜造成損傷，應(yīng)戴護(hù)目鏡。③操作者不要直接觀察內(nèi)窺鏡，而要通過(guò)顯示屏觀察。④光導(dǎo)纖維頭部較脆，應(yīng)注意保護(hù)。

本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分3.4體內(nèi)壓縮空氣碎石裝置氣壓彈道碎石機(jī)：是目前較新的一種腔內(nèi)碎石機(jī)，它利用壓縮氣產(chǎn)生的動(dòng)力，通過(guò)控制裝置驅(qū)動(dòng)操作手柄內(nèi)微型氣缸(彈道)的彈射體，彈射體高速撞擊進(jìn)入內(nèi)窺鏡的沖擊桿，振動(dòng)力通過(guò)沖擊桿傳遞至人體的結(jié)石并使之破碎。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第33頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分3.4體內(nèi)壓縮空氣碎石裝置1．原理壓縮空氣→振動(dòng)→金屬棒→結(jié)石振幅：150～300μm。2．構(gòu)造①

壓縮空氣發(fā)生器產(chǎn)生壓縮空氣，并送入空氣振蕩裝置。②空氣振蕩器（圖6.11）壓縮空氣→活塞后腔→活塞前移→活塞前面空氣排到外筒外筒壓力↑沖擊振動(dòng)棒→活塞反彈→外筒壓縮空氣再吸入內(nèi)筒→活塞后移→活塞兩邊氣壓差再次逆轉(zhuǎn)→活塞撞擊活塞筒頂部→活塞前移→（循環(huán)）③

振動(dòng)棒:實(shí)心、空心兩種。空心型可以吸出結(jié)石碎片。棒再吸氣口排氣口活塞活塞內(nèi)筒外筒壓縮空氣輸入口圖6.11壓縮空氣碎石裝置原理本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分

3.5體內(nèi)沖擊波碎石的臨床治療1．治療操作①泌尿系碎石，內(nèi)窺鏡技術(shù)相結(jié)合。例如，膀胱鏡；輸尿管鏡；腎鏡。②器件和用具的消毒，患者身體的局部消毒，麻醉劑的選用及治療體位的確定等。③擴(kuò)張尿道，放入鞘管。充盈膀胱，確定結(jié)石位置，再用聲頭端部頂住結(jié)石于對(duì)側(cè)膀胱壁上。開(kāi)機(jī)擊碎結(jié)石。碎石顆粒通過(guò)灌注或自行排出體外。碎石過(guò)程可在X線監(jiān)視下進(jìn)行。2．適應(yīng)證適用：膀胱結(jié)石、輸尿管結(jié)石、腎盂、腎盞結(jié)石。結(jié)石：尿酸結(jié)石，療效最佳。線徑＞1cm為宜。3．合并癥主要合并癥：感染、滲出性出血，較少出現(xiàn)碎石梗阻現(xiàn)象。4．禁忌證高熱、出血傾向等。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第35頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分

4體外沖擊波碎石(ESWL)裝置原理體外沖擊波碎石機(jī)：使用體外沖擊波在體內(nèi)聚焦粉碎人體結(jié)石，這類儀器按其震波源的不同一般分為三種：液電式、電磁式和壓電式。液電式應(yīng)用較早，于1980年2月2日在德國(guó)慕尼黑首次使用于臨床。這種碎石機(jī)是用水下電極的尖端通過(guò)瞬間高壓放電產(chǎn)生沖擊波，毫微秒級(jí)的強(qiáng)脈沖放電產(chǎn)生的液電效應(yīng)，沖擊波經(jīng)半橢圓球反射體聚焦后，通過(guò)水的傳播進(jìn)入人體，其能量作用于第二焦點(diǎn)，在X線機(jī)或B超儀構(gòu)成的定位系統(tǒng)的協(xié)助下，將結(jié)石準(zhǔn)確定位在第二焦點(diǎn)上，結(jié)石在沖擊波的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的多次聯(lián)合作用下粉碎。壓電式是由許多在約50cm球冠上的陶瓷晶體元件，在電脈沖作用下產(chǎn)生壓電效應(yīng)，即電效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械效應(yīng)，使晶體快速變形產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，振動(dòng)產(chǎn)生沖擊波到達(dá)球心聚焦進(jìn)行碎石。電磁式碎石機(jī)是通過(guò)高壓電容器對(duì)一個(gè)線圈放電，放電產(chǎn)生的脈沖電流形成一很強(qiáng)的脈沖磁場(chǎng)，引起機(jī)械振動(dòng)并在介質(zhì)中形成沖擊波，經(jīng)聲透鏡聚焦得到增強(qiáng)而粉碎結(jié)石。

本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第36頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分

4體外沖擊波碎石(ESWL)裝置原理

體外沖擊波碎石術(shù)（ExtracorporealShockWaveLithotripsy，ESWL）

各種沖擊波能量→超聲沖擊波→人體組織→（會(huì)聚）結(jié)石從原理上講，主要有四個(gè)技術(shù)要點(diǎn)：1.沖擊波的產(chǎn)生技術(shù)。2.沖擊波的聚焦技術(shù)。3.波源與人體的耦合技術(shù)。4.沖擊波焦點(diǎn)的定位技術(shù)。4.1沖擊波的產(chǎn)生技術(shù)一．沖擊波的產(chǎn)生方式1．液電式?jīng)_擊波源（圖6.12）原理：水中電極（高電壓＝20kV）→火花放電→球面沖擊波。電極點(diǎn)火開(kāi)關(guān)高壓電容充電電路觸發(fā)脈沖圖6.12高壓放電電路的工作原理本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第37頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.1沖擊波的產(chǎn)生技術(shù)

電路：高壓儲(chǔ)能電容器、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、電極。能量：

C—電容值，

U—充電電壓，

W—儲(chǔ)存電能過(guò)程：充電，觸發(fā)脈沖→點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接通→電極放電（水擊穿）→沖擊波。電容要求：高儲(chǔ)能密度，高可靠性，長(zhǎng)壽命，好的熱穩(wěn)定性。點(diǎn)火開(kāi)關(guān)：主要有火花隙開(kāi)關(guān)、閘流管開(kāi)關(guān)兩種。此外，固態(tài)開(kāi)關(guān)、磁開(kāi)關(guān)等，尚在研制中。電極點(diǎn)火開(kāi)關(guān)高壓電容充電電路觸發(fā)脈沖圖6.12高壓放電電路的工作原理本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第38頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.1沖擊波的產(chǎn)生技術(shù)⑴火花隙開(kāi)關(guān)：優(yōu)點(diǎn)：①接通時(shí)間快，電流增長(zhǎng)陡度高，達(dá)103A／s。②電流容量大，允許電流值達(dá)100kA。③可形成環(huán)狀放電。④有較大的工作電壓范圍。⑤對(duì)于μs級(jí)或較長(zhǎng)的脈沖，損耗僅為2％～10％。缺點(diǎn)：①壽命一般不超過(guò)107～108次。②為連續(xù)工作要求大流量風(fēng)吹冷卻。③重復(fù)頻率小于1kHz。⑵閘流管開(kāi)關(guān)：優(yōu)點(diǎn)：較高平均功率，較高重復(fù)頻率，絕緣電壓恢復(fù)時(shí)間較短。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第39頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.1沖擊波的產(chǎn)生技術(shù)2．壓電式?jīng)_擊波源構(gòu)成：幾百～上千個(gè)壓電陶瓷振子。原理：各振子發(fā)射超聲脈沖波→聚焦→沖擊波。（圖6.13）3．電磁式?jīng)_擊波源（圖6.14）結(jié)構(gòu)原理：①絕緣板-單層螺旋線圈L-絕緣層-金屬膜片——電聲轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。電容c放電→與線圈L產(chǎn)生振蕩→線圈交變磁場(chǎng)→金屬膜片振蕩→發(fā)射超聲脈沖波→聲透鏡→聚焦超聲沖擊波。②空心圓筒-線圈-產(chǎn)生垂直于軸線方向（徑向）輻射（柱面波）→拋物面聚焦→沖擊波。缺點(diǎn)：壽命較短（約幾萬(wàn)次）。碎石性能不如液電式碎石機(jī)。

圖6.13壓電式超聲脈沖波源絕緣層金屬膜KLC圖6.14電磁式?jīng)_擊波源原理本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第40頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書(shū)很多；但是從教十年多來(lái)，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫(xiě)本書(shū)的主要原因之一。本書(shū)的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書(shū)中的內(nèi)容，并提高分析解決問(wèn)題的能力。為配合雙語(yǔ)教學(xué)，本書(shū)保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對(duì)照。本書(shū)的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場(chǎng)的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語(yǔ)言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書(shū)適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第41頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.1沖擊波的產(chǎn)生技術(shù)4．微爆破沖擊波源日本專家：電極引發(fā)→微量炸藥爆破→沖擊波。效果≈液電式。5．激光脈沖式?jīng)_擊波源莫斯科大學(xué)等人，光-聲轉(zhuǎn)換→聚焦超聲脈沖。原理：銣玻璃激光器→激光脈沖（能量=10J、持續(xù)時(shí)間=30ns）→

球膜狀液體層→吸收能量→升溫膨脹→聚焦壓力脈沖波。峰值壓力＝1OMPa，持續(xù)時(shí)間≈lOOns。圖6.15激光超聲實(shí)驗(yàn)裝置示意圖準(zhǔn)直激光器高能脈沖激光器單頻激光器光電倍增管光電二極管束分裂器束分裂器至示波器觸發(fā)至示波器垂直輸入樣品球膜液體層本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第42頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.1沖擊波的產(chǎn)生技術(shù)二.不同波源的沖擊波壓力比較主要以：液電式、壓電式、電磁式為例——應(yīng)用較多1．壓力波形峰值壓力：壓電式＞液電、電磁式。單次沖擊脈沖聲能：液電機(jī)＞電磁機(jī)＞壓電機(jī)。脈沖上升時(shí)間：壓電機(jī)、電磁機(jī)：輸出能量↑→上升時(shí)間↓；液電機(jī)：輸出能量↑→上升時(shí)間不變。2．壓力分布焦區(qū)：大于50％峰值壓力區(qū)域——一個(gè)卵圓形立體區(qū)域。焦區(qū)、能量大?。阂弘姍C(jī)＞電磁機(jī)＞壓電機(jī)。大者：定位簡(jiǎn)便，粉碎率高。組織損傷大。小者：定位必須精確，粉碎率低，復(fù)震率較高。組織損傷輕。3．碎石特點(diǎn)結(jié)石粉碎的體積量：液電＞電磁＞壓電。彈坑形狀：液電—闊而淺；壓電—狹而深；電磁—直角圓錐形。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第43頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.2沖擊波的聚焦技術(shù)1．半橢球反射面聚焦（圖6.16（a））

點(diǎn)狀發(fā)生的球面沖擊波源，半橢球反射體。沖擊波源——焦點(diǎn)F1處。反射會(huì)聚點(diǎn)（焦點(diǎn)）——焦點(diǎn)F2處。會(huì)聚點(diǎn)：壓力＞自然場(chǎng)壓力200倍。有效截面≈1.5～2.0cm2，

應(yīng)用波源：液電、微爆破沖擊波源。2．球面發(fā)射聚焦（圖6.16（c））

分散、面狀沖擊波源，半個(gè)球面發(fā)射，焦點(diǎn)——球面的球心。。應(yīng)用波源：壓電式?jīng)_擊波源人體腎第一焦點(diǎn)F1第二焦點(diǎn)F2（a）半橢球反射面聚焦橢球面壓力波壓電振子人體腎焦點(diǎn)（c）球面發(fā)射聚焦圓球面本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第44頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.2沖擊波的聚焦技術(shù)3．拋物面反射聚焦（圖6.16（b））

圓柱面沖擊波源，拋物面反射體，焦點(diǎn)——拋物面焦點(diǎn)。應(yīng)用波源：壓電式、電磁式?jīng)_擊波源。4．聲透鏡聚焦（圖6.16（d））

平面沖擊波源，金屬凹面聲透鏡，焦點(diǎn)——凹面曲率相關(guān)。應(yīng)用波源：壓電式、電磁式?jīng)_擊波源。圖6.16沖擊波的聚焦技術(shù)焦點(diǎn)人體腎（b）拋物面反射聚焦拋物面焦點(diǎn)壓力波聲透鏡金屬板電磁線圈人體腎（d）聲透鏡聚焦本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第45頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.3波源與人體的耦合技術(shù)

沖擊波波源→水（排除空氣）→人體軟組織——聲耦合1．浴缸式耦合患者、沖擊波源在水槽中。需要大量的水，裝置很大。圖6.17(a)。2．水瓶式耦合沖擊波源在水槽中，患者身體部分接觸水。水槽縮小。圖6.17(b)。圖6.17體外沖擊波碎石波源與人體的耦合技術(shù)（a）浴缸式耦合（a’）日式浴缸式耦合（b）水瓶式耦合本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第46頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.3波源與人體的耦合技術(shù)3．水囊式耦合耦合體：薄膜水囊。優(yōu)點(diǎn)：裝置小型化；缺點(diǎn)：薄膜會(huì)有部分反射。方式：沖擊波源下置式、沖擊波源上置式。如圖6.17(c)。（c）水囊式耦合（波源下置）（c’）水囊式耦合（波源上置）圖6.17體外沖擊波碎石波源與人體的耦合技術(shù)本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第47頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分

4.3波源與人體的耦合技術(shù)

聚焦體尺寸：口徑：過(guò)小，沖擊波強(qiáng)度過(guò)大，痛感；過(guò)大，骨骼會(huì)對(duì)沖擊波形成阻礙。焦距：⑴為減小衰減，焦距應(yīng)盡量短⑵為避免傷害，焦距越長(zhǎng)越好。⑶不同的患者，結(jié)石處于體內(nèi)的深度不同，焦距調(diào)節(jié)應(yīng)靈活方便。

本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第48頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.4沖擊波焦點(diǎn)的定位技術(shù)

目的：結(jié)石、焦點(diǎn)——位置對(duì)準(zhǔn)。技術(shù)：人體影像定位系統(tǒng)引導(dǎo)，機(jī)械調(diào)整系統(tǒng)調(diào)整。一.定位影像系統(tǒng)

目前主要有以下幾種類型：1．X線影像定位系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)：能夠透視泌尿系統(tǒng)的所有含鈣結(jié)石（占95％）。圖像直觀，熟悉，易于掌握。缺點(diǎn)：X射線損傷，不能定位陰性尿石、膽石。

陰性結(jié)石是指密度低,近似軟組織,在X線平片中較難顯示的結(jié)石,其成分多為尿酸,而這種結(jié)石結(jié)構(gòu)疏松,容易被各種碎石技術(shù)粉碎,但定位時(shí)難度較大（圖右圖）。圖.右輸尿管末端陰性結(jié)石本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第49頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分

4.4沖擊波焦點(diǎn)的定位技術(shù)①

雙束交叉式：圖6.18所示結(jié)構(gòu)：兩套X線機(jī)（球管、影像增強(qiáng)器、監(jiān)視器等），兩束X，450～900交叉，交叉點(diǎn)＝?jīng)_擊波焦點(diǎn)。定位：調(diào)整機(jī)械裝置→人體位置，

使位置：體內(nèi)結(jié)石＝X線軸線交點(diǎn)＝?jīng)_擊波焦點(diǎn)。缺點(diǎn)：同一高度，體積相同結(jié)石，定位時(shí)可能混淆目標(biāo)。影像增強(qiáng)器Ｘ線發(fā)生器第一焦點(diǎn)第二焦點(diǎn)溫水槽監(jiān)視器圖6.18定位系統(tǒng)中的兩臺(tái)X線機(jī)交叉定位本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第50頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.4沖擊波焦點(diǎn)的定位技術(shù)②

單束旋轉(zhuǎn)式：結(jié)構(gòu)：兩付X線球管、一付圖像增強(qiáng)接收器。定位：旋轉(zhuǎn)圖像增強(qiáng)器，從一側(cè)球管到另一側(cè)球管。特點(diǎn)：圖像增強(qiáng)接收器少，降低設(shè)備成本。③C臂旋轉(zhuǎn)式：結(jié)構(gòu)：一套X線球管、圖像增強(qiáng)接收器。安置在C臂兩端。定位：旋轉(zhuǎn)C臂，兩者相對(duì)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察不同角度?？蛇B續(xù)跟蹤目標(biāo)，能分辨多枚結(jié)石。

本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第51頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書(shū)很多；但是從教十年多來(lái)，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫(xiě)本書(shū)的主要原因之一。本書(shū)的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書(shū)中的內(nèi)容，并提高分析解決問(wèn)題的能力。為配合雙語(yǔ)教學(xué)，本書(shū)保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對(duì)照。本書(shū)的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場(chǎng)的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語(yǔ)言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書(shū)適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第52頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.4沖擊波焦點(diǎn)的定位技術(shù)2．B超影像定位系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)：扇形B超，超聲探頭固定在反射體上，圖6.19所示。要求：

①扇形掃查中軸線、反射體中軸線，兩者處于同一平面。②中心軸線交叉點(diǎn)＝?jīng)_擊波焦點(diǎn)。③超聲探頭與反射聚焦系統(tǒng)的相對(duì)位置不變。定位：B超圖像顯示結(jié)石，機(jī)械調(diào)整系統(tǒng)調(diào)整反射體空間位置。15342F2F11.反射體2.人體3.定位器4.超聲探頭5.監(jiān)視器圖6.19超聲定位時(shí)定位器與反射體的配置本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第53頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.4沖擊波焦點(diǎn)的定位技術(shù)

優(yōu)點(diǎn)：①可清晰顯示：非鈣化的結(jié)石圖像——陰性尿路結(jié)石、膽結(jié)石。②無(wú)X線損傷。③移動(dòng)治療頭，人體可不動(dòng)。缺點(diǎn)：①聲窗限制，相當(dāng)部分輸尿管結(jié)石顯示困難。②肥胖患者，超聲波衰減較大，結(jié)石影像不夠清晰，有礙判斷。構(gòu)造形式：①內(nèi)置式：B超探頭位于發(fā)射體內(nèi)，掃描與沖擊波方向一致。優(yōu)點(diǎn)：定位和跟蹤方便，缺點(diǎn)：搜尋目標(biāo)不快捷，有水囊“偽影”現(xiàn)象。②外置式：B超探頭置于發(fā)射體外，掃描與沖擊波方向不同。優(yōu)點(diǎn)：使用較為靈活，而且沒(méi)有偽影現(xiàn)象。缺點(diǎn)：定位效果不如內(nèi)置式。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第54頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.4沖擊波焦點(diǎn)的定位技術(shù)

頻率：3.5MHz、5MHz。

頻率↓→超聲穿透力↑頻率↓→分辨率↓3．X線和B超雙定位系統(tǒng)：

X線＋B超——雙定位系統(tǒng)，以取長(zhǎng)補(bǔ)短。單配X線定位系統(tǒng)，可定位率＝95％。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第55頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.4沖擊波焦點(diǎn)的定位技術(shù)二．機(jī)械調(diào)整系統(tǒng)作用：調(diào)整反射體與人體的空間相對(duì)位置，定位要求。類型：齒輪傳動(dòng)、液壓移動(dòng)。1．齒輪傳動(dòng)（框圖如圖6.20）三個(gè)電機(jī)（正、反轉(zhuǎn)）——齒輪傳動(dòng)——6個(gè)方向上平移。6個(gè)方向開(kāi)關(guān)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向；6個(gè)限位開(kāi)關(guān)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)、平動(dòng)范圍，齒輪：轉(zhuǎn)動(dòng)→平動(dòng)，快速→緩慢（1cm／s）。誤差＜1mm圖6.20齒輪傳動(dòng)的原理框圖電源方向開(kāi)關(guān)限位開(kāi)關(guān)三維運(yùn)動(dòng)電機(jī)本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第56頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.4沖擊波焦點(diǎn)的定位技術(shù)2．液壓移動(dòng)特點(diǎn)：無(wú)噪聲。油缸：3個(gè)，相互垂直，6個(gè)方向平移。框圖如圖6.21。方向控制：方向開(kāi)關(guān)→電磁閥→油路方向→活塞運(yùn)動(dòng)方向6個(gè)方向開(kāi)關(guān)——6個(gè)運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)范圍：油缸尺寸，機(jī)械調(diào)整范圍限制。一般＝25×25×25cm3。圖6.21液壓平移及控制原理框圖電源方向開(kāi)關(guān)三維運(yùn)動(dòng)電磁閥油路方向本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第57頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分4.5輔助技術(shù)——觸發(fā)信號(hào)及患者的心電監(jiān)護(hù)

避免：高壓放電→危害心臟；呼吸運(yùn)動(dòng)→影響定位(≈lcm)。

方法：同步觸發(fā)：心電信號(hào)觸發(fā)——保護(hù)心臟；R波后的0.2s以內(nèi)觸發(fā)。呼吸信號(hào)觸發(fā)——提高碎石命中率。但呼吸頻率太低，延長(zhǎng)時(shí)間，較難接受。接口：心電信號(hào)，呼吸信號(hào)監(jiān)護(hù)：心電監(jiān)護(hù)——安全措施本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第58頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分5

治療的臨床應(yīng)用ESWL治療常規(guī)一、準(zhǔn)備工作1.

術(shù)前充分準(zhǔn)備，提高治療質(zhì)量，防止發(fā)生意外。2.

術(shù)前細(xì)致檢查、了解病史，排除禁忌證。3.

術(shù)前對(duì)結(jié)石情況全面了解，制出最佳治療方案。4.術(shù)前確定輸出電壓、能量，是否需要施行麻醉、服用鎮(zhèn)靜劑、止痛藥。5.

術(shù)前1天給予驅(qū)氣劑，晚間靜脈輸液1000～1500ml，必要時(shí)當(dāng)日清潔腸道。6.

術(shù)中繼續(xù)輸液，緩解沖擊波對(duì)腎實(shí)質(zhì)的損害，防止出現(xiàn)低血壓。術(shù)后鼓勵(lì)適量飲水，適度活動(dòng)、改變體位，以利碎石排出。二、操作常規(guī)1.

充分了解碎石機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)、工作原理、性能、操作要領(lǐng)。

本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第59頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分5.1ESWL治療常規(guī)2.

確定治療時(shí)體位：仰臥位——腎結(jié)石、輸尿管上段結(jié)石；俯臥位——輸尿管中、下段結(jié)石、膀胱結(jié)石。3.

干式，應(yīng)充盈水囊。足量耦合劑，排除空氣，保證有效傳輸。4.

B型超聲、X線探頭、圖像監(jiān)視器定位，調(diào)整相對(duì)位置，結(jié)石－焦點(diǎn)，準(zhǔn)確重合。5.

選定作用方式：自動(dòng)控制連續(xù)發(fā)射；心電、呼吸信號(hào)同步發(fā)射；手按單次發(fā)射。圖像監(jiān)視器觀察碎石進(jìn)展，脫靶應(yīng)立即校正。三．適應(yīng)癥1．腎臟及輸尿管的單個(gè)或多個(gè)結(jié)石。2．部分性或完全性鹿角狀結(jié)石。3．感染性腎結(jié)石。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第60頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書(shū)很多；但是從教十年多來(lái)，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫(xiě)本書(shū)的主要原因之一。本書(shū)的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書(shū)中的內(nèi)容，并提高分析解決問(wèn)題的能力。為配合雙語(yǔ)教學(xué)，本書(shū)保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對(duì)照。本書(shū)的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場(chǎng)的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語(yǔ)言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書(shū)適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第61頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分5.1ESWL治療常規(guī)4．獨(dú)立腎中的結(jié)石。5．膀胱結(jié)石、膽結(jié)石、以及X線可透過(guò)的其他結(jié)石等。四．禁忌癥1．出血性疾病。2．心力衰竭失代償者。3．重癥心率失常。4．腎動(dòng)脈硬化。5．輸尿管及尿道阻塞病變、上尿路解剖變異、尿流動(dòng)力學(xué)異常伴輸尿管運(yùn)動(dòng)功能損害，以致阻礙碎石排出者。6．孕婦和肥胖幼兒。前者絕對(duì)禁用ESWL，后者如肥胖過(guò)度，則定位困難，宜慎重對(duì)待。7．胱氨β酸組結(jié)石。8．其他：膽囊收縮功能喪失、膽石癥伴胰腺炎、＞2.5mm的膽石或充滿膽囊的泥沙狀結(jié)石等。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第62頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分5.2配合ESWL治療的其它療法

促進(jìn)排石措施：（除服用藥物外）1.推按運(yùn)經(jīng)儀及膽鏡取石碎石后：①采用推按運(yùn)經(jīng)儀治療，促進(jìn)排石。②膽囊鏡，人工取石。腹部切口約lcm，取出碎石顆粒。③B超監(jiān)視下，行膽管擴(kuò)張術(shù)，使碎石顆粒排出。2．配合采用多種物理療法時(shí)間：在ESWL治療后的3～10天內(nèi)，理療法：正弦調(diào)制中頻電療法(或音頻電療法)、干擾電按摩振動(dòng)療法(或皮帶式按摩療法)。效果：排空率約提高28%。

本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第63頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分5.2配合ESWL治療的其它療法

物理治療：利于消除炎癥、水腫、粘連、痙攣，增加輸尿管蠕動(dòng)，促進(jìn)排石。3．ESWL與經(jīng)皮腎臟取石術(shù)(PCNL)相結(jié)合按鹿角石的形態(tài)劃分，確定最佳治療方案。①小塊鹿角石：可只采用單一ESWL治療方案；②腎盂大塊鹿角石：應(yīng)采用ESWL與PCNL聯(lián)合治療方案。③周大塊鹿角結(jié)石：應(yīng)取手術(shù)或反復(fù)ESWL治療；④巨大型鹿角結(jié)石：宜于進(jìn)行手術(shù)治療。

本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第64頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分5.3ESWL治療的并發(fā)癥及其防治

并發(fā)癥大致可分為：①泌尿系統(tǒng)：腎絞痛、腰痛、血尿、輸尿管梗阻、石街形成、發(fā)熱伴感染、腎周血腫；②消化系統(tǒng)：嘔血及柏油樣大便、腹脹；③呼吸系統(tǒng)：肺挫傷、咯血及血痰；④心血管系統(tǒng)：心絞痛、心律失常、高血壓；⑤其他：低血糖、臂癱、尿膿毒血癥等。一.預(yù)防措施1．碎石機(jī)性能穩(wěn)定、安全可靠。沖擊波不含雜波，焦斑不宜過(guò)大，能量適當(dāng)，定位精確。病人捆扎腹帶，減少腎活動(dòng)度。2．宜低能量多次沖擊碎石。電壓＜18kV，沖擊次數(shù)＜2500，兩次治療間隔＞1周。3．較大結(jié)石經(jīng)2500次沖擊，尚未完全粉碎者，應(yīng)分次另行沖擊。4．應(yīng)配心電同步R波起爆裝置，防止對(duì)心臟的刺激。5．大量飲水，尿液稀釋，利排石?？股兀A(yù)防發(fā)熱、感染。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第65頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分5.3ESWL治療的并發(fā)癥及其防治二．治療措施1．腰痛及腎絞痛癥狀，前者可口服鎮(zhèn)靜止痛藥，后者可肌注黃體酮20mg，每日2次，或阿是穴穴位注射10mg，每日1次，輔以排石中草藥內(nèi)服。如癥狀嚴(yán)重且伴發(fā)熱、感染者，可通過(guò)抗感染、PNC及插管引流等措施予以緩解。2．術(shù)后血尿，一般數(shù)日內(nèi)可自行消失，無(wú)需特別處理。少數(shù)患者需用止血藥，個(gè)別嚴(yán)重者需輸血。只有在血壓不穩(wěn)、輸血無(wú)效時(shí)才考慮開(kāi)放手術(shù)止血。3．輸尿管梗阻、石街形成的治療。4．腎周?chē)[，通常經(jīng)保守治療多可緩解，如因老年性血管因素或有血凝機(jī)制缺陷的嚴(yán)重腎周血腫者，只有在血壓不穩(wěn)、輸血無(wú)效時(shí)才考慮開(kāi)放手術(shù)止血。5．消化系統(tǒng)及呼吸系統(tǒng)的出血，一般均采用對(duì)癥的保守治療，必要時(shí)給予輸血。其他心律失常如以往無(wú)心血管病史者，多與沖擊波對(duì)心臟的刺激、麻醉藥物的影響、術(shù)中的疼痛刺激和體位不當(dāng)、患者的恐懼心理等因素有關(guān)，應(yīng)有的放矢地采取有效措施。

本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第66頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分ESWL裝置的評(píng)價(jià)

碎石機(jī)品質(zhì)：取決于沖擊波源、定位圖像。一．體外實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)方法：人工模擬結(jié)石置于透明盛水容器中，體外觀察ESWL

的粉碎過(guò)程、效果。模擬結(jié)石形狀：①圓形——結(jié)石直徑12mm（人體尿路結(jié)石平均大?。┯脕?lái)測(cè)定碎石機(jī)將其完全粉碎（顆粒<3mm）所需的放電次數(shù)。②柱形——12×φ15mm，放電300次后計(jì)算結(jié)石的損失率。③方形——35×35×20mm3，

用來(lái)測(cè)定焦斑面積、焦區(qū)彈坑形狀和焦點(diǎn)偏移度。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：內(nèi)含大量微孔，置于水中3分鐘，結(jié)石內(nèi)氣泡可完全釋出，液體完全浸透，以使沖擊波發(fā)揮空化效應(yīng)。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第67頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分ESWL裝置的評(píng)價(jià)

試驗(yàn)：結(jié)石放在盛水透明容器中，距容器底約50mm。定焦，沖擊，觀察碎石過(guò)程、現(xiàn)象。特點(diǎn)：方法簡(jiǎn)便，重復(fù)性好，可直觀認(rèn)識(shí)結(jié)石粉碎過(guò)程。二．臨床觀察體外沖擊波碎石機(jī)基本要求：影像質(zhì)量好、碎石效率高、人體損傷輕。1.

X線影像質(zhì)量的判斷

X線定位影像的分辨率和清晰度，應(yīng)基本達(dá)到KUB（尿路平片）的水平。曝光正確的KUB平片(腰大肌陰影清晰)，結(jié)石鈣化影可見(jiàn)，在碎石機(jī)監(jiān)視屏上同樣可呈現(xiàn)。

本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第68頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分ESWL裝置的評(píng)價(jià)2.

碎石效能的判斷①X線影像判斷：≤15mm的腎盂陽(yáng)性結(jié)石，液電沖擊波發(fā)射2000次，一般應(yīng)完全粉碎，最大顆?！?mm；≤10mm的輸尿管結(jié)石，沖擊2400次后，完全粉碎幾率約60～80％，因易嵌頓，散開(kāi)或排凈約需2日至3周。②B超影像判斷：（不如X線，粗略估計(jì)碎石程度）腎盂結(jié)石粉碎后，結(jié)石粉末的強(qiáng)回聲呈現(xiàn)為“云霧現(xiàn)象”；輸尿管結(jié)石粉碎后，粉末沿輸尿管腔分布拉長(zhǎng)，超聲圖像為“噴氣流現(xiàn)象”；下段輸尿管結(jié)石在粉碎時(shí)，可見(jiàn)結(jié)石碎片墜人膀胱的過(guò)程，所謂“飄雪現(xiàn)象”。

本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第69頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分ESWL裝置的評(píng)價(jià)3.

不良反應(yīng)的觀察沖擊波對(duì)人體損傷，與質(zhì)量、能量有關(guān)。臨床表現(xiàn)可粗略估計(jì)。(1)

震區(qū)疼痛：治療＞15mm腎盂結(jié)石，在額定劑量?jī)?nèi)，用度冷丁后疼痛無(wú)法堅(jiān)持治療，提示沖擊波質(zhì)量不佳。(2)

皮膚損傷：表現(xiàn)為紅暈、瘀點(diǎn)和瘀斑，有時(shí)可能與患者的凝血機(jī)制有關(guān)。但如在常規(guī)劑量，患者瘀斑過(guò)大，甚至皮膚破損，則可能是劣質(zhì)沖擊波所致。(3)

血尿：第二代體外沖擊波碎石機(jī)治療腎結(jié)石后，肉眼血尿多在當(dāng)日轉(zhuǎn)清，較少二天以上。如血尿較重，帶大量血塊，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，說(shuō)明沖擊波源存在問(wèn)題。總之：如碎石效率高，組織損傷重，說(shuō)明：波源功率過(guò)高。如碎石效率低，組織損傷輕，說(shuō)明：波源功率不足；如碎石效率低，組織損傷重，說(shuō)明：沖擊波劣質(zhì)。單次放電能量：E(能)＝CU2/2一般：E(能)≈30J.本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第70頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分ESWL未來(lái)的發(fā)展一、新概念碎石機(jī)研制的物理基礎(chǔ)空化效應(yīng)——結(jié)石粉碎、組織損傷的主要機(jī)制①現(xiàn)行沖擊波：空化氣泡快速崩解(在500μs以內(nèi))時(shí)，無(wú)定向，小部分崩解能量導(dǎo)致結(jié)石粉碎，大部分能量進(jìn)入組織，導(dǎo)致?lián)p傷?！芰坷貌蛔?。②設(shè)想：在碎石機(jī)的沖擊波發(fā)射之后，再延遲幾百毫秒將二次沖擊波釋放到焦點(diǎn)上，迫使ESWL產(chǎn)生的空化氣泡集中朝向靶結(jié)石崩解，就可提高結(jié)石粉碎效率。二、新概念沖擊波碎石機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?型機(jī)：雙波源單反射體；2型機(jī)：?jiǎn)尾ㄔ措p反射體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：復(fù)式脈沖碎石機(jī)的效率提高可達(dá)43％。本文檔共82頁(yè)；當(dāng)前第71頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)10點(diǎn)46分6幾種碎石機(jī)的比較6.1體外沖擊波碎石機(jī)優(yōu)點(diǎn)在于它的治療過(guò)程基本是非侵入性的，患者易于接受。而且它的治療成功率高，對(duì)人體組織的損傷較少。但是，體外沖擊波碎石機(jī)在治療嵌頓的輸尿管結(jié)石和完全性鹿角形街石等仍比較困難，X線定位治療時(shí)病人還要受到X線