Technical Forum ：体外冲击波体外冲击波物理物理物理参数解析参数解析 (Parameters on ESWL)
光阴似箭，日月如梭。转眼间，体外冲击波碎石技术已经走过了30年，并且成为了有效和标准的手段之一。30年来，世界发生了翻天覆地的变化， 电子科技日新月异，然，而体外冲击波技术却似乎并未从中得益多少，它的进步远没有跟上技术发展的步伐，步履颟跚，差强人意。正如Dr.Lingeman 所指出，由于从最初的体外冲击波的制造者对于体外冲击波如何及为什么起作用只有着不完全的了解开始，体外冲击波的研究和进步只好在摸索中进行，以 trial and error 的方式艰难前行。
直到今天， 体外冲击波的作用机制仍然是描述性的，并无令人信服的科学基础解析，对于讲求实证的现代医学而言，这不能不说是一个遗憾。正因如此，市场上充斥各种各样的说法，解释，有些甚至自相矛盾，莫衷一是， 误导市场，误导用户，甚至反过来误导厂商和研究者.
医学，关系到人们的健康和生命， 必须有严格的科学态度。，不能只是挖肉补疮，必须以疗效和安全并重、共行。
这篇短文，试图对体外冲击波的物理参数作一个基本的介绍，希望可以起到帮助加深对体外冲击波碎石技术的理解，澄清误会的作用。同时也希望可以提出体外冲击波碎石研究的一些可能方向。
体外冲击波物理参数一览
到目前为止， 有以下一些物理参数被用以描述体外冲击波（图一是典型冲击波的示意图）：
KV ----- High Voltage(工作电压)
Tr ---- Rising time （上升时间）
T µ --- Duration time ( 脉宽，或持续时间)
µF or nF --- Capacity of Capacitor ( 电容
器的容量)
P+ ---- Peak Pressure (峰值压力) P - ----- Negative pressure （负向压力）
ED+ --- Positive Energy Flux Density (正能
流密度)
ED - --- Negative Energy Flux Density (负
能流密度)
ED --- Total Energy Flux Density (总能流
密度)
E+ (5mm) --- Energy integrated over pos.回铃音
peak pressure and focal area of 5
mm diameter 5毫米直径焦区上正峰值压力上的能量总和 E- (5mm) --- Energy integrated over negative. peak pressure and focal
area of 5 mm diameter
5毫米直径焦区上负峰值压力上的能量总和
图一： 典型的冲击波波形
E (5mm) --- Total Energy (integrated over pos. and neg. peak pressure and focal area of 5
mm diameter)5毫米直径焦区总能量 (包括 正负峰值压力的总和)
E+ (12mm) --- Energy integrated over pos. peak pressure and focal area of 12 mm diameter
12毫米直径焦区上正峰值压力上的能量总和
E- (12mm) --- Energy integrated over negative. peak pressure and focal area of 12 mm
diameter 12毫米直径焦区上负峰值压力上的能量总和
E (12mm) --- Total Energy (integrated over pos. and neg. peak pressure and focal area of
12 mm diameter) 12毫米直径焦区总能量 (包括 正负峰值压力的总和)
V/S ------ Volume per shock on standard model stone ( 每次冲击波所粉碎的模型石平均
体积， 或称碎石效率)
Shock/min --- triggering frequency (每分钟触发频率)
Focus Size or Focus Zone – 焦点大小 或 焦区
Aperture -- 聚焦角度或入射角度。
dtt使用浓度Penetration – 深度
这些参数给出了体外冲击波一个基本的描述，也使体外冲击波碎石的定量有了可能， 但由于体外冲击波的自身特征， 以上参数的定义或含义至今并未被完全统一确定，这也使得人们在比较体外冲击波特性时无所适从，各说各话。
体外冲击波物理参数体外冲击波物理参数解析解析
1）kV – 工作电压，或高压， 是充电电容上的电压。在体外冲击波的早期阶段，由于知
识产权保护的原因，市场上只有一个厂家，一种机型， 所以kV 就成了衡量冲击波输出的代表参数， 以至于几十年后的今天，人们谈起冲击波输出量级，还是习惯的问“kV 多少?”
应该指出， 随着不同原理的体外冲击波设备的诞生（ 电极式，电磁式和压电式
等），不同原理的设备有不同的能量转换机制，kV 并不能反映这种机制。所以 kV 已经不适合作为衡量体外冲击波设备的参数了。即使对同样原理的设备；kV 也不适合作为比较的参数
对于电极式体外冲击波源， kV 无法反映由于电极尖端形状，距离以及溶液的电介成分不同带来的影响。
对于电磁式体外冲击波源， kV 无法反映由于放电回路参数，以及聚焦系统不同带来的影响。
对于压电式体外冲击波源， kV 无法反映由于压电材料，元件布置不同带来的影响。 简言之， kV 只是源参数或系统的工作参数之一，而不是体外冲击波输出参数，更不是输出结果。故它只对同原理同型号的设备具有相对的比较意义。
2）同理， 电容器的容量， 也只是源参数或系统的工作参数之一，并不是体外冲击波的
输出参数，更不是输出结果。故它只也对同原理同型号的设备有相对比较的意义。 而
E= ½ CV 2
只是电容的储能，为源参数或系统的工作参数之一，而不是焦点处的输出能量或结石接受的能量。
以下一些参数，却可以通过在焦点处测量得到:
3）Tr—上升时间
4）T µ – 脉冲宽度
5）P+ --- 焦点处的正向压力，正确的含义是正向峰值压力， 但有时被表述为焦区类的平
均压力，以符合某些需要的场合。更准确的压力描述应该是P=P （x ，y ，z ）才能更准确的表达焦区
内的压力分布。
6）P- 焦点处的负向压力，正确的含义是负向峰值压力。 由于极高，极快速的P+撤去后
的效应所致。 其余意义同P+
应该指出， T 和P （时间和压力）是可测量的参数， 但由于体外冲击波的高压及频响特性，不同频响的测量传感器，往往给出不同的测量读数，故国际电工协会IEC 61846标准要求给出读数的时候，同时标注测量方法和工具，以供比较参考。不同方法和不同工具可能给出不同的读数，则没有比较上的意义。
7) 焦点尺寸或焦区（Focus Size or Focus Zone ） 常用的定义是峰值压力全高之半的宽度
（简称全高半宽度；Full Width Half Maximum ， 50% 或-6db 线；见图二）。 但也有厂商以30MPa 或5MPa 做为焦区的定义，这一点需要在比较时说明。
应该说明的是，焦区大小即使相同，也并不直接反应冲击波的特性（参考图二），
一是因为它不能完全反映冲击波的分布和组成；二是因为人们对冲击波的描述并不是仅仅通过压力和焦区。
8）聚焦角度或入射角度（Aperture ）和深度（penetration ），以 冲击波聚焦口径为
底边，以焦点中心为顶点计算出的夹角为聚焦角度。
它也只对同一机型的比较上有意义， 如同一机型的同一能级，较大的入射角度可能对应了较大的皮肤接触面，从而可以得到较低的单位面积能流。对不同机型，则比较无意义。
图二 ： 相同的峰值压力和焦区，并
不
一定有
相
同的波
形和能
量表
达
以 冲击波聚焦口径中心为起点到焦点中心，计算出的距离为深度。
9）V/S ---碎石效率；指 每次冲击波所粉碎的模型石平均体积(Volume per shock on
standard model stone)；
为试验数据， 要求 a)有标准体积和含量的模型石； b ）足够多的实验样本数； c ）可重复的实验设置 ；d ）尽可能接近在体的实验环境。
10）触发频率这里是指每分钟内的冲击波释放数， 有报告指出较低的触发频率时有较好
的效果和较少的副作用；同时，也有报告指出，在一定范围，效果及副作用和触发频率并没有相关性；这种不一致的结果，反映了体外冲击波碎石设备的不一致性，由于除气系统的工作状态的不同，可能对不同频率造成的空化效应的密度改变有影响，进而得到不同的结果；不同定位方法也可能对冲击波的有效命中率造成影响，而得到不同的结果。
能量，是一个需要特别对待的参数
11）能量E --能量是一个需要特别对待的参数
山药去皮机能量正比于压力的二次幂和时间空间积 ：
E ~ P² × A × τ
它是压力，时间和位置的函数，单位时间在单位面积上的能量，就是能流 密度ED ，
在数值上，它们都是正的， 所谓的E+；E- 则是指和P+；P-所对应的产物。
ED 和压力一样， 也有最大值和平均值，这一点并未被统一，讨论时应该留意。碟片播放机
目前阶段，由于很多参数定义上的不统一和不确定性， 所有的体位、外冲击波厂商
和用户都同意， 用 E5 和E12来衡量冲击波的剂量，a ）它有明确的定义 ；b)它是客观的可测量的值；因而有比较上的意义。（表一，给出体外冲击波参数和它们相对作用的一览）
这里讨论的能量， 是每脉冲的能量E12和每次总能量E total ; 它们的关系为：
总能量 E （total ） = E （eff or 12）X n （ 冲击波次数冲击波次数））
在目前数据的基础上，可以给出每次的体外冲击波能量剂量值：
世界范围内， 成人3000—4000冲击波/每次，总能量剂量E12 不超过180J
（焦耳）， 被认为是有效并安全的；
而在亚洲的实践数据表明：成人3000—4000冲击波/每次，总能量剂E12量 不
超过120J （焦耳），是安全，有效和可行的；
婴幼儿的，如果不超过3000冲击波/每次，总能量剂量E12 不超过30J （焦
耳）， 被认为是安全有效的；
体外冲击波物理参数体外冲击波物理参数、、碎石效率碎石效率、、安全性
按目前的冲击波体外碎石，描述性的机制制有：：
• Spall (碎裂和剥离)
• Cavitation (空化效应)
• Squeezing (挤压作用)
• Superfocusing （超聚焦)
•Fatigue (疲劳)
•Layer separation (层分离)
可以看出它们主要是机械，压力和能量共同作用的结果；而其中能量目前是作为这种综合作用的度量。而能量是否仅仅作为计量单位起作用或有更深层次的机制？仍是一个值得探讨的课题。
冲击波体外碎石作为一种普遍应用的微创手段，其有效性和安全性是十分重要的，包括碎石成功率；3个月排净率；再生率；付作用（急性和长期）。
要达到安全有效的，需要根据系统的不同优化以下参数（而不是孤立的比较）：•合理的压力范围 – 过高过低均不能到目的，和系统原理有关；
•合理的压力/能量分布- 所谓shockwave profile；体外冲击波组成；
•合理的P正/P负压力分布（也许反映了冲击波内含谐波分量的特性）
•合理的上升时间和脉宽 – 过慢的上升时间，导致大量的软组织吸收。同时上升时间和脉宽，也反映了冲击波内含谐波分量的特性
•合理的焦区范围和特性
体外碎石机•合理的焦点稳定系统 — 恒温，由于冲击波的波动特性，它在介质中的传播速度是温度的函数，或者说它的折射率会随温度变化而变化；
•合理的能量耦合—如去气系统，减少空化效应（cavitations）在焦区以外的影响（副作用）；
•合理的定位和监测手段；
•合理的触发频率 –同样因为减少空化效应（cavitations）在焦区以外的产生率以及提高命中效率
有人报告了在同一机型的离体模型石实验中，碎石效率（
（V/S ) 和有效能量E eff呈线性关系，当有效能量增加时，碎石效率也增加，而与焦区大小无关。结果可以理解，但值得进一步探讨：
•离体实验时，冲击波的命中率，基本上是100%，焦区在一定范围里的变化（如8-14mm），并不改变命中的精度，故结果不受影响，而在实际
中，焦区的大小和路径是对命中率有影响的，所以仅此实验断定在实际
中，能量高低是唯一的因素，而与焦区大小无关，仍然值得思考。
甘蔗去皮机•实验仅同一机型联系，是否不同机器的shockwave profile不同时，造成能量的内涵不同（下文讨论）所引起的改变，需要进一步讨论。
•实验结果也无法解释，从最初的HM3的 20-30毫焦耳/每冲击波，到目前的几十，上百毫焦耳/每冲击波，即使考虑到测量方法改变带来的影响，有效能
量也是大大的增加了，而碎石效率并没有明显的大幅度提高。
除开定位，耦合等操作因素外，还有什么深层次的因素，对体外冲击波的碎石效率和安全性造成影响，应该是研究的方向之一。
应该指出，目前对体外冲击波的研究和描述，一方面基本上是表象解释，概念照抄，同一个概念下，包含了完全不同的系统，有些甚至天差地别，完全没有科学基础。另一方面，虽然是进了一大步：有了较严格的技术参数描述，引进了剂量和定量的概念。但应该注意到，目前所有这些参数，仅仅是对时域和空域特性的表示，用描述体外冲击波的机械特性，而并没有完全反映体外冲击波的波动特性。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议