体外冲击波碎石术治疗肾结石的研究进展

余永当

(河池市第三人民医院泌尿外科，广西河池市 547000)

【提要】 肾结石是较为常见的泌尿系统疾病，发病率较高，治疗后易复发。该病的微创治疗技术主要包括体外冲击波碎石术(ESWL)、输尿管软镜碎石术及经皮肾镜取石术等。近年来，ESWL取得了可喜的进步，尤其是爆震波碎石术、组织碎石术及微泡碎石术提高了结石的清除率，降低了术后并发症的发生风险，为该病的体外微创治疗提供了新的选择。

体外冲击波碎石术(extracorporeal shock-wave lithotripsy，ESWL)在过去的30年中一直是治疗肾结石的主要方法之一[1]。新型碎石机尺寸的减小提高了冲击波治疗肾结石患者的机动性和易用性[2]。冲击波发生器的改进、结石追踪软件的进步以及结石成分的有效鉴定提高了ESWL的成功率[3]。近年来ESWL的使用率逐渐下降，主要原因为ESWL相关医疗费用的增加和较低的结石排净率[4-5]。但聚焦超声又推动了ESWL的发展[6]，这种被称为爆震波碎石术(burst wave lithotripsy，BWL)的碎石方法具有革新肾结石治疗的潜力，肾结石患者可在门诊环境中使用该技术进行治疗[7]。现对体外冲击波碎石术在肾结石中的微创治疗进展作一综述。

1 体外冲击波碎石术

ESWL是最常用的肾结石治疗方法之一[3,8]。该技术经历了数次改进，提高了ESWL治疗肾结石的成功率。美国泌尿外科协会发布的有关指南指出，对于小于20 mm的中上极肾结石应采用ESWL治疗[9-10]。ESWL治疗输尿管中上段结石患者的并发症发生率最低[9]。另外，ESWL对于取石难度比较大的马蹄肾结石也可以取得较高的结石清除率[11]。但ESWL对肾下极大于1 cm的结石或输尿管远端结石的疗效微乎其微[10]；对于较大的结石治疗后残留碎片的可能性增加[12-13]。Kanao等[12]的研究显示，对于单个5 mm结石，ESWL的结石清除率为94%，但对于2 cm或更大的多个结石，清除率降低至11%[13]。影响ESWL治疗效果的主要因素有结石成分(钙磷结石、草酸钙结石)，结石密度和患者肥胖程度[14-16]。Lee等[17]对ESWL的疗效进行多因素分析，结果显示结石密度>900 HU是ESWL失败的重要预测因素。有学者[18]创建了3D评分系统来预测ESWL的治疗效果，该系统收集包括结石密度(<600 HU)、结石尺寸(<150 mm)和皮肤到结石距离(<12 cm)，结果显示3D评分为3分的患者ESWL治疗后的结石清除率为96.1%，而评分为0的患者为21.4%。

ESWL技术中的各种创新不断涌现，其目标是提高设备的机动性，减少患者的不适感，并将肾组织损伤降至最低。然而，与最初的Dornier HM-3碎石机(Dornier MedTech)相比，新一代碎石机的结石清除率普遍降低。Zehnder等[19]在治疗多发性结石的研究中报道，新一代碎石机的再治疗率比HM-3高8%。Faragher等[20]的研究也显示，在多个结石的患者中，HM-3比新一代碎石机具有更高的结石清除率。新的碎石机疗效较低的原因主要是冲击波聚焦于病灶区域较窄，而缩小病灶区域是为了减少与手术相关的疼痛，并允许在不需要全身麻醉的情况下进行ESWL。由于病灶区域较小，在呼吸运动过程中，较少的电击波没能成功地传递到结石上，而是沉积到周围组织中。为了克服冲击波聚焦较小的状态，制造商增加了输送的能量。尽管第二代和第三代碎石机为冲击波聚焦提供了更高的峰值压力，但碎石效率提高有限[21]。Neisius等[22]在第三代电磁碎石机中通过改良的镜片和更宽的冲击波聚焦粉碎模型猪的泌尿系统结石，结果显示效果明显提高。

冲击波传输速率和冲击波功率一直是ESWL潜在的修改重点，以最大限度地提高结石破碎程度并将组织损伤降至最低[23]。如果降低了冲击波传输速率，会导致操作时间延长，从而限制了每天治疗患者的数量。Kang等[24]的一项Meta分析显示，冲击波频率较低(60～70次电击/min)时，治疗成功的比值比为2.2～2.7(95%CI：1.3～4.6)。这提示低冲击波频率的治疗成功率更高，平均电击减少约500次，手术时间减少23 min[25]。除了冲击波频率外，该研究还显示低冲击波功率对肾组织有保护作用，这与Connors等[23]的研究一致。

当前，ESWL所使用的结石成像技术大多数仍然依赖于第一代碎石机引入的原始荧光透视技术，尚未见有新的成像技术出现。荧光透视技术的优点包括熟悉性、易解性和可靠性，不受患者体型特征的影响。超声虽然可以实时提供结石成像，并且对外科医生和患者均无辐射伤害，但碎石过程中识别结石和追踪碎石碎片的技术挑战限制了超声在ESWL中的应用。然而，超声与透视的结合可以提高泌尿系结石的电击准确性。有研究[26]使用LiteMed LM-9200电磁碎石机和实时跟踪系统治疗1 332例肾结石患者，结果显示采用超声和透视成像技术3个月时的结石清除率为80%，仅有1 716次电击，平均治疗时间为23.8 min。Abid等[27]的研究结果也显示，与单纯透视相比，使用Sonolith I-sys碎石机和Visio-Tracking(VT)手持式三维超声结石锁定系统的结石清除率显著高于单纯透视组。陶荣镇等[28]在ESWL后利用专业排石床辅助治疗，2周内的结石清除率为88.6%，较未使用排石床的患者可以提高结石清除率、缩短排石时间、减轻术后疼痛等。

2 爆震波碎石术

当前，聚焦技术正逐渐应用于临床，并引起了人们对其应用于肾结石治疗的浓厚兴趣。肾结石的粉碎是冲击波产生的直接能量和在结石表面与内部施加应力的空化气泡坍塌所产生的间接能量的产物。传统的冲击波碎石术在4 μm内传递的正(高振幅压缩)和负(低振幅拉伸)能量比率为5 ∶1[29]。相比之下，BWL提供超过0.5 μm 1 ∶1比率的爆震正弦波。爆震波的振幅是标准ESWL的一小部分。对较低能量振幅的初始研究源于原始的Dornier HM-3碎石机将压力振幅相对较低的电击传递到更广泛的焦点区域，低振幅冲击被认为可以减少空化过程中产生的过多气泡[30]，通过最大限度地减少过多气泡的产生，BWL极大地提高了传递冲击波的效率，且BWL特有的单次爆发的低振幅冲击波在粉碎结石时效率更高。

Maxwell等[6]的研究显示，BWL可以对人体自然产生的尿酸结石、鸟粪结石和胱氨酸结石有作用。其中，鸟粪结石的治疗时间为4 s，胱氨酸结石为21.3 min。当结石暴露于50个振幅能量为6.5 MPa的正弦波时，其均会被粉碎，碎石所需的时间和碎石后的结石大小受结石类型的影响最大。

BWL在猪模型中主要评估肾损伤的程度，包括局灶性肾小管损伤、显微镜下出血、细胞碎裂和坏死等[30]。麻醉的仰卧猪接受剖腹手术，然后将BWL治疗探头(装有170 kHz和335 kHz换能器)直接连接到肾囊，在8个肾单位的下极区、中极区和上极区以爆震幅度为5.8～8.1 MPa行爆震波碎石，每个区域(以3个没有暴露的区域作为对照)经历了5～21 min的爆震波碎石，碎石期间用B超监测组织空化情况。在完成碎石后，将肾脏原位固定，并进行MRI检查和组织形态计量学评估。研究显示[31]，BWL治疗期间在超声上看到的组织空化可以很好地预测组织损伤。冲击波振幅为6.5 MPa的装有170 kHz换能器的探头作用5 min和17 min后，功能性组织损伤百分比最大(分别为2.5%和5.0%)。在所有其他组织损伤的情况下，功能性组织丢失不到0.1%。这比使用HM-3碎石机的功能性组织丢失低很多。

Zwaschka等[32]研究显示，BWL可以迅速粉碎人造结石，但碎片的分散往往会延迟。先前的研究已经显示，超声波可以用强烈的低幅度脉冲识别出结石[33]。该研究[32]通过335 kHz换能器，在40 Hz频率下，将与结石特征相似的人造结石暴露于峰值压力为8 MPa的20个周期的爆震波中，并通过联合超声治疗进行碎石。而在治疗5 min后，单独使用BWL，结石减至2 mm或更细小碎石的百分比最高。BWL联合超声组的结石治疗效率明显高于单独BWL组。但目前还没有迹象表明BWL将于何时投入临床应用。

3 组织碎石术

组织碎石术与BWL一样，均使用聚焦的脉冲超声能量来粉碎结石。它是通过在体外用微秒级的高强度超声脉冲产生能量微气泡来摧毁目标组织。组织碎石术在动物模型中应用于穿孔心脏组织以创建分流，并用于消融良恶性组织病变[34]。组织碎石术可被视为一种特定类型的高强度聚焦超声技术[35]。该技术需要在液体-组织界面才能有效工作。有研究[36]采用组织碎石术在质量为900 mg、最大直径为10 mm的石膏石上做实验，用750 kHz换能器发出重复频率为1 kHz的5个周期的脉冲，石膏石被粉碎的时间为5 min，粉碎后平均结石质量为(509±95)mg，减少53.4%，结石碎片平均直径为100 μm。在负压为19 MPa的条件下，组织碎石术获得的最佳结石侵蚀速率为(85±12)mg/min。尽管初步结果令人满意，但组织碎石术的侵蚀效率是有限的。残留的空化气泡在石头表面停留大约100 ms，保护了石头免受随后的超声脉冲和进一步空化的影响。Duryea等[37]尝试采用低幅度超声脉冲去除气泡，改善了体外结石侵蚀，然而该技术随后的进展缓慢，进一步的结果尚待研究。

4 微泡碎石术

微泡技术正在成为ESWL的一种潜在辅助技术。靶向微泡包含具有磷脂表面的全氟碳气中心，该磷脂表面可以被修饰以具有结合结构域。在一项微泡碎石术应用于结石疾病的研究[38]中，微泡通过对表面二棕榈酰磷脂酰胆碱进行修饰，可以与双膦酸盐结合成一个结构域，使得微泡附着在钙基结石的表面。在猪的动物模型研究[39]中，通过内窥镜植入合成羟基磷灰石和人体结石来评估微泡碎石的安全性和有效性。使用5F输尿管导管，每90 s逆行引入靶向微泡，将输出(1.2±0.2)MPa的300～1 000 kHz超声换能器置入，能够在不到30 min内将5 mm的结石粉碎成2 mm的碎片，且无肾、输尿管实质和尿路上皮组织的损伤。气泡空化是微泡技术粉碎结石的主要机制。这些新型体外碎石机的效率受到每个冲击脉冲的侵蚀效率和云空化气泡的清除率的限制。微泡技术有可能通过提高泌尿系结石的侵蚀效率来增强结石粉碎效率。此外，微泡技术通过降低外部碎石机传递的能量以提高安全性。

5 展 望

自第一台HM-3型冲击波碎石机诞生以来，体外碎石术已经有了很大的发展，逐步向体积小、结石清除率高、组织损伤小的方向发展，如焦区面积、能量和投放率的变化，以及监测结石碎裂的成像方式，均可以极大地改善疗效。体外碎石术正在向辅助设备发展，以提高治疗的安全性和碎石率，例如微泡技术、组织碎石术等。这些技术为未来临床上开展床边治疗症状性结石指明了方向。