PMCID: PMC5504471
NIHMSID: NIHMS870472
PMID: 27890653
Recent advances in lithotripsy technology and treatment strategies: A systematic review update
碎石技术和治疗策略的最新进展：系统评价更新
冲击波碎石术 (SWL) 是一种行之有效的尿结石的治疗选择。SWL 的技术经历了重大变化，试图在降低故障率的同时更好地优化结果。有一些重要的限制限制了 SWL 的使用。在这篇综述中，我们旨在正确看待SWL优势和局限性，评估 SWL 当前的作用，并讨论碎石技术和治疗策略的最新进展。方法进行了全面审查以确定 ESWL 结果的研究。我们搜索了专注于冲击波物理学、结石崩解理论和优化冲击波应用研究的文献（PubMed、Embase、Medline）。1980年以来发表的相关英文文章入选。结果已显示不同碎石机的功效不同。为了最大限度地减少碎石并发症，提高碎石率。减少复治率，并降低故障率，可以优化许多因素。在正确选择患者时要考虑的因素包括皮肤与结石之间的距离和结石大小。仔细注意冲击波的治疗速度，治疗头与患者的正确耦合对碎石术的成功有重要影响。结论正确选择预期对 SWL 反应良好的患者，以及注意手术的技术方面是 SWL 成功的关键。旨在确定碎石中冲击波作用机制的研究已经开始提出新的治疗策略，以提高成功率和安全性。
1. Introduction
1980 年冲击波碎石术 (SWL) 的推出，彻底改变了肾结石的治疗方法。在此后的十年内，它成为肾结石或输尿管结石患者最常见的干预措施。过去 30 年 SWL 技术的变化导致了不同的成功率。因此，研究人员为 SWL 开发了一系列明确定义的用途，以更好地优化结果并降低再处理率。尽管输尿管镜检查因其最近的进展而越来越受欢迎，但 SWL 仍然是一种常用的治疗选择 [2]。
2. Shock wave generation
冲击波的产生 Dornier HM3 是第一个在临床实践中广泛使用的碎石机。它是一种设备，具有用于最佳冲击波耦合的大水浴、透视成像、具有小孔径的椭球反射器和液电压冲击波发生器 [3]。冲击波源随着时间的推移而发展。目前存在三种类型的冲击波发生器：液电式、电磁式和压电式。液电式基于产生火花间隙技术。气泡膨胀并立即坍塌，产生高能压力波。激波然后遇到一个椭球反射器，使波聚焦 [4]。电磁发电机产生磁场。作为该技术基础的线圈位于以下两个位置之一：围绕圆柱体、位于球冠的内平面上或位于带有覆盖导电膜的平坦外部。当磁场引起膜的排斥时会产生冲击波。它用抛物面反射器或声学透镜聚焦 [5,6]。与每隔几千次冲击波就需要更换一次电极的电动液压技术不同，电磁发电机可以承受数百万次冲击波。压电发电机通过非线性传播产生冲击波 [7]。电容器通过位于反射器上的数百个压电陶瓷元件的集合发射。每个元素都集中在同一个位置 (F2)，就像卫星天线一样。
3. Clinical parameters that may affect outcome of SWL
可能影响SWL结果的临床参数 SWL 的结果可以通过多种方式增强。患者选择起着重要作用，需要考虑的因素包括体型、结石负荷、解剖位置、非对比 CT 测量的结石密度，以及对于肾结石病例，结石与皮肤的距离。
4. Body habitus
身体状态 SWL 的不良结果归因于肥胖。由于大多数碎石机的焦距在 15 厘米范围内，因此将具有高体重指数 (BMI) 的患者适当定位以定位结石可能具有挑战性。此外，当冲击波传播到 F2 时，多余的脂肪组织会抑制冲击波的能量 [8]。Ackermann 及其同事的多变量分析报告发现，BMI 是 SWL 后无结石结局的显着负面预测因素 [9]。波蒂斯等人也报道了类似的发现[10]。由于各种原因，病态肥胖可能使 SWL 变得不切实际或在技术上不可能。首先，碎石机台架有重量限制。此外，可能无法以正常方法定位到结石。大多数情况下，皮肤到结石的距离 (SSD) 通常超过碎石机的最大允许焦距。在这种情况下，可以考虑采用一种爆炸路径技术，该技术依赖于在第二个焦点 (F2) 之外同轴的点处产生的高压 [11]。通过计算机断层扫描测量的皮肤到结石距离 (SSD) 实际上可能是比 BMI 更重要的结果预测指标。最近的一项研究结合了两个参数：SSD 与结石密度的测量（Hounsfield 单位）。结果显示，具有两个有利参数的患者的结石清除率为 91%，而同时具有两个不利参数的患者的结石清除率为 41%（图 1）[12]。图。1结石密度 (HU) 和 SSD 的影响。 HU，Hounsfield 单位； SSD，皮肤到石头的距离。
5. Stone burden
结石负荷 结石负荷在预测 SWL 的结果方面起着重要作用（即使对于患有非鹿角形结石的患者）。随着结石大小的增加，成功结果的可能性降低。EAU 和 AUA 指南不推荐 SWL 作为大于 2 cm 结石的主要治疗方法 [13,14]。这些结石不太可能对 SWL 治疗反应良好，最好使用替代方法进行治疗，例如经皮肾镜取石术 (PCNL) [15]。
6. Stone composition
结石成分 不同成分的结石在脆弱性方面差异很大。同样，相同成分的结石对冲击波的反应可能不同 [16]。例如，当 SWL 被非选择性地用于治疗胱氨酸结石患者时，预期效果会很差。Hockley 和合作者报告了 43 例接受 SWL 和 PCNL 治疗的胱氨酸尿症患者。对于 20 毫米或更小的结石，SWL 的无石率为 70.5%；同时，大于 20 毫米的结石的无结石率为 41% [17]。同样，Kachel 等人。回顾了 18 名胱氨酸结石患者，并推荐 SWL 单药治疗小于 15 mm 的胱氨酸结石 [18]。Chow 和 Streem 还研究了 31 名胱氨酸尿症患者的 SWL 治疗结果，发现总体结石清除率为 86.9% [19]。因此，胱氨酸结石的 SWL 应保留给结石负荷较小的患者。透钙石对 SWL 的反应也很差。克利等人。报告了 30 名患者共有 46 颗透钙磷石 [20]。成功定义为碎片小于 4 毫米。SWL 单药治疗患者的总体成功率为 65%。因此，合理的治疗范式将推荐 SWL 仅用于已知小尺寸透钙磷石结石的患者。对 SWL 的不良反应不仅限于通常被认为异常坚硬或致密的结石。事实上，非常柔软的基质结石，由多达 65% 的有机质组成（相比之下，大多数非感染性尿路结石中有机质为 2% 或 3%），对 SWL 的反应也很差 [21]。当结石成分未知时，术前轴向成像上的结石密度（由 hounsefield 单位测量）可以预测结石的脆性和对 SWL 的反应 [22]。Joseph 及其同事报告称，对于大于 1000 HU 的结石，SWL 可显着降低 54.5% 的无石率 [23]。相比之下，如果结石小于 500 HU，他们发现成功率为 100%。对于 500 到 1000 HU 之间的宝石，清除率为 85.7%。Gupta 及其同事发现，HU 通过 SWL 预测结石清除率比单独预测结石大小更好 [24]。作者报告称，结石密度超过 750 HU 的患者需要 3 次或更多次 SWL 治疗才能达到 65% 的清除率；而如果结石小于 750 HU，则 80% 的患者则需要 更少的治疗。最近，Pareek 及其同事开发了基于 CT 的指标作为评分系统。Triple D 评分包含三个指标（结石密度、结石体积/尺寸和皮肤与结石之间的距离 (SSD)），以增强对 SWL 治疗结果的预测。他们确定了 <150 μL 椭圆体结石体积的临界值，<12 cm 用于 SSD，<600HU 用于结石密度。0、1、2 和 3 的三重 D 评分与 SWL 成功率分别为 21.4%、41.3%、78.7% 和 96.1% [25]。
7. Stone location
结石位置 结石位置是影响 SWL 结局的重要因素。获得具有较低位置的结石排出（即使发生碎裂）的无石状态可能具有挑战性。Albala 和合作者的前瞻性、多中心、随机对照试验比较下盏结石的研究，比较了 SWL 与 PCNL 治疗下极结石的成功率 [26]。术后 3 个月，他们注意到 PCNL 的总体结石清除率为 95%，而使用 SWL 治疗下极结石的总体结石率为 37%，小于 1 cm 的下极结石的无结石率为 63%，而大于 2 cm 的结石的无结石率仅为 14% [26]。后续研究， 也是一项前瞻性、多中心、随机对照试验，比较输尿管镜检查与 SWL 治疗小于 1 厘米的下极结石 [27]。作者报告说，虽然有倾向于输尿管镜检查的趋势，但两种技术之间没有统计学上的显着差异。除了在育龄年轻女性中禁用外，输尿管远端结石的 SWL 与较低的成功率有关。2007 年对 EAU/AUA 的荟萃分析为输尿管结石的管理和 SWL 结果的汇总数据提供了指南。他们注意到，在 6428 名患者的 41 项研究中，输尿管近端的结石碎石率为 82%，输尿管中部的结石率为 73%，在 1607 例患者的 31 项研究中为 73%，输尿管远端的结石碎石率为 74%。6981 名患者的研究（图 2）[28]，当结石尺寸小于 1 cm 时，每个位置的结石清除率均较高。图2EAU/AUA 指南中近端输尿管结石的无结石率。漏斗肾盂角加上漏斗的宽度和长度是影响 SWL 治疗下极结石成功率的解剖因素。Elbahnasy 及其同事使用静脉肾盂造影特征评估了内在肾脏解剖结构 [29]。他们发现，无论角度如何，广角或短长宽阔与更高的 SWL 成功率相关。在评估位置时，在 SWL 治疗的结石中，上极、肾盂和输尿管肾盂连接部结石的成功率最高 [30]。在讨论 SWL 的适当性时，肾盏憩室的独特临床情况是一个有争议的话题。憩室的颈部通常很窄；因此，将结石打碎到足以清除或任何碎片可能排出。非常具有挑战性，一项研究显示无结石率仅为 21% [31]。值得注意的是，尽管清除率很低，但许多患者 (60%) 仍然没有症状。本研究的随访时间仅为 3 个月。患者选择可能在该亚组中发挥重要作用。如果在术前成像中可以充分显示开口，憩室填充有造影剂，并且结石尺寸很小。可能有利于排石。Streem 和 Yost 证明肾盏憩室结石的结石清除率为 58% [32]。使用 SWL 作为肾盏憩室结石的单一疗法时应谨慎。在扩张憩室颈的输尿管镜检查后使用 SWL 可能更有益。
8. Treatment strategies with the potential to improve SWL
有可能改善 SWL 的治疗策略 病例选择、外科医生技术和可修改的参数在提高 SWL 的安全性和最大化成功结果方面发挥着作用。
9. Rate
冲击频率 以最佳的冲击波应用速度可以改善结石碎裂并减少组织损伤。许多随机试验表明，降低冲击波频率可以改善结石碎裂，尤其是对于大于 1 cm 的结石 [33-37]。减慢治疗速度导致更长的治疗时间。最佳治疗率尚不清楚。研究表明，与 120 次冲击/分钟相比，60 至 90 次冲击/分钟的 SWL 会产生更好的碎裂效果（尤其是对于较大的结石）[38]。大多数研究是针对肾结石进行的，但是，输尿管上段结石的结局也有所改善。
10. Energy ramping
能量步进式提高步进式提高设备的能量电压（而不是从最大能量开始）是将组织损伤风险降至最低并可能改善结石破裂的一种方法。步进式提高设备的能量还可以让患者更好地适应治疗的感觉 [39,40]。一项体外研究与连续降低的电压相比，步进式提高设备的能量具有更好的碎裂性，开始时在 12.3 kV 下进行 100 次电击，然后在 400 次电击下升级到 14.8 kV，然后在 15.8 kV 下进行 1600 次电击 [41]。最近，Lingeman 及其同事发现，给予 300 个预处理 SWs 可以在大多数接受治疗的肾脏中启动保护性反应。他们的发现可以作为指导，以最大限度地减少组织损伤，同时减少治疗时间。这可以通过选择 300 次或更多预处理 SW L后，暂停几分钟后，再继续SWL；另外，工避免了初始预处理 SW 和治疗冲击主体之间的长时间停顿 [42]。
11. Coupling
耦合通过将 SWL 发生器头部以气密方式正确耦合到患者，并最大限度地减少耦合介质中的气泡，可以最大限度地向结石输送能量。未能识别耦合主良可能导致碎石失败 [43]。碎石机设计的进步导致从水浴耦合（如原始 HM3 设计中所见）转变为使用更小的耦合接口。耦合受多种因素影响：SWL 机器的类型、在患者-发生器接口处使用的凝胶（最好是更大体积的低粘度）、凝胶应用方法（最好先应用于电击头）和患者因素（即治疗期间患者的移动，由于将背部从发生器上抬起并将气泡引入耦合界面而引起的解耦）[44]。
12. Targeting
定位 正确的结石定位是 SWL 成功的基础。关于透视或超声定位谁更优存在持续的争论。成功率因泌尿科医生的专业知识、SWL 机器类型和结石成分而异 [45]。在整个治疗过程中，应定期确认目标。已经记录了更多使用X透视可以改善结果的报道 [46]。
13. Recent technical innovations
近期技术创新 13.1.宽焦区冲击波发生器 碎石机因其声输出（即焦点区 (F2) 的尺寸和压力）而异。在多发肾结石的情况下，与以前的金标准 Dornier HM3 相比，其功效降低 [47]。目前，证据表明宽焦区提供更有效的碎裂 [48,49]，而高峰值压力（即高能量通量密度）导致组织损伤增加 [50]。当代电磁碎石机声透镜设计的改进（ EML)，在猪体内模型中，治疗区域扩大和显着减少创伤和提高的碎石率（89% 的结石粉碎对 54%）[51]。
13.2.双脉冲碎石机
在两个施加器上分配冲击波能量是双 EHL 系统（Direx Duet, Direx Corp, Israel）。由于冲击波可以沿着不同的路径传递，使用双冲击源具有减少治疗时间的潜在优势。可以操作双源，以便同时（同步或同时模式）或顺序（交替模式）发射冲击波。由于这种方法可以操纵声场，因此它也有可能改善碎石 [52]。有限临床数据表明其应用安全，与单一来源的 SWL 相比没有优势。这种方法的主要挑战是冲击波源与皮肤的充分耦合 [53]。
13.3.未来的想法
随着对空化作用在结石破碎中的作用的认识，研究者正在研究发如何增强空化气泡的作用。一个例子是串联冲击波，它使用安装在电动液压系统上的压电源产生，带有额外的放电电路来产生第二个压电脉冲[54]。最近，使用高强度聚焦超声（BWL)和电动液压碎石的类似概念表明体外碎裂时间显着减少 [55]。另一方面，空化可能不利于石材破碎。该过程导致产生持续数百微秒的气泡，从而阻止后续脉冲 [56]。Harper 及其同事开发了一种创新技术，该技术利用聚焦超声脉冲的短脉冲定位肾集合系统和输尿管内的结石。未来的应用包括在治疗前定位结石、加快输尿管镜术后或 SWL 后残留碎片的排出，以及将阻塞性输尿管肾盂连接 (UPJ) 结石移入肾脏（以缓解急性肾绞痛）。该技术目前正在得到研究，未来的方向包括将该技术与BWL碎石术和结石特定的超声成像的融合 [57]。未来的研究应旨在改善临床结果，同时最大限度地减少并发症。获得更好结果的关键在于关注可修改的因素，包括冲击波源、聚焦区、声输出、使用的电压、成像方式、聚焦技术和耦合。最后，操作员或技术人员的经验是成功的关键。
14. 结论
对于正确选择的患者，SWL 是一种耐受性良好的无创手术，可以合理清除上尿路结石，同时降低发病率。SWL 的最新进展使其安全性和有效性有了显着提高。SWL 的一个缺点是可能需要多次的复治。输尿管镜检查在过去 30 年中取得了显着进步。随着现代半刚性和软性设备的引入，传统上被考虑用于 SWL 的结石现在可以通过输尿管镜检查进行管理。事实上，输尿管镜手术治疗上尿路结石的应用现在在世界范围内超过了SWL。然而，由此得出 SWL 无效或正在被替换的结论是错误的。SWL是一项成熟的技术， 继续发挥其重要作用。正确选择预期对手术反应良好的患者，以及考虑 SWL 的技术方面是其成功的关键。SWL 的非侵入性特性使其成为患者的理想选择。许多不适合 SWL 的患者愿意接受治疗SWL失败的风险（以及随后需要二次手术），因为他们知道第一次尝试不需要任何器械。
译者简介
吕建林教授的专著
