摘要：Chen TT, Samson PC, Sorensen MD, Bailey MR. Burst wave lithotripsy and acoustic manipulation of stones. Curr Opin Urol. 2020 Mar;3
Chen TT, Samson PC, Sorensen MD, Bailey MR. Burst wave lithotripsy and acoustic manipulation of stones. Curr Opin Urol. 2020 Mar;30(2):149-156. doi: 10.1097/MOU.0000000000000727. PMID: 31905177; PMCID: PMC7009318.
肾结石的ESWL（体外冲击波碎石术）和UPT（超声波推进技术）是非侵入性新技术，能在办公室环境中单独或联合使用以碎裂和重新定位结石。本综述旨在讨论技术的最新进展、安全性和有效性评估，并探讨未来应用。研究发现，ESWL在猪模型中产生一致的小碎片，损伤最小，临床试验正在进行。UPT设计更高效，能在18名参与者中重新定位95%的结石，临床试验继续进行。声学牵引束技术具有广泛的临床应用前景。本综述旨在建立一个基于办公室的系统，用于尿路结石的成像、破碎和重新定位，以促进自然排出，并强调了在确定这些新技术的安全性、有效性和临床效益方面取得的进展。同时预测了临床试验中的挑战，并开发下一代技术以改进现有商业化技术。肾结石发病率上升，约10%的人受影响。现有治疗方法如SWL、URS和PCNL虽有进步，但再干预率仍高达26-34%。超声技术的新应用，如BWL，可能改变治疗方式。本文将探讨这些技术的最新进展、安全性和有效性测试，以及新应用的开发。
2.1. C5–2 探头此前，在超声波推进的首次人体临床可行性研究中报道了 C5-2 HDI 曲线商业探头（飞利浦超声，波塞尔，华盛顿州）。该探头以 73% 的占空比发送 50 毫秒的 2 MHz 脉冲，旨在重新定位肾结石，以缓解急性症状，并通过经皮应用聚焦超声能量促进残留结石排出。如上所述，该研究装置对 15 名人类研究参与者中的 14 名进行了重新定位，使一半以上的受试者（15 名中的 8 名）的结石移位 > 3 毫米，并促进了一半以上受试者状态下 > 30 个碎片的通过碎石术后 (4 of 6)。治疗期间的不适感很小，并且一名患者在治疗肾盂输尿管交界处 (UPJ) 结石期间经历了显着的疼痛缓解。
2.2.新型 SX-C 探头最近，定制探头 SC-X（Sonic Concepts，伍丁维尔，华盛顿州）被设计用于解决原始 C5-2 探头的一些技术限制。这些限制包括 1) 焦距短，限制临床相关深度的能量传递 2) 声束宽度窄，限制大组碎片的瞄准，3) 有限的突发持续时间和由于探头表面加热而需要的暂停 。重新设计的探头提供更宽的声束宽度、更长的焦深和脉冲持续时间，同时依靠通过水耦合接口的主动探头表面冷却。离体研究表明，无论结石成分如何，在较低深度（4.5、9.5 厘米）处排出结石的效果均有所提高，探头加热较低。此外，在猪模型的临床前安全性研究中，没有发现组织学损伤或任何血清、尿液和行为变化的证据。
2.3.使用 SX-C 探针进行的首次人体研究在一项前瞻性研究中，招募了有肾或输尿管结石的患者接受输尿管镜检查和激光碎石术。使用SC-X探头在超声和内窥镜引导下对≤7mm的碎片和结石进行靶向和重新定位。治疗中，95%的肾脏（18/19例）结石移动≥3mm，但超声视频中仅15/19例被标记。无严重不良事件，仅轻微皮肤反应。SC-X探头在结石推进方面优于C5-2探头，但需注意治疗角度和空气影响治疗效果。
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总结描述了术中使用新型 SX-C 探头超声推进 ≤ 7 毫米的结石和碎片（通过超声视频检查进行测量）。各种颜色代表运动的幅度，大小代表目标的大小，填充代表石头组与碎片和灰尘。经[ 8 ]许可采用。图 2.在新选项卡中打开
超声波将结石从肾盏中推出，如超声波和相应的输尿管镜检查所示。经[ 8 ]许可采用。
当前人体研究正在探索临床应用。急诊科中，急性症状性UPJ或UVJ结石患者接受超声推进治疗，旨在缓解梗阻。20名受试者中已有4名入组，初步结果显示2颗UPJ结石和2颗UVJ结石成功移位，无不良事件。另一随机试验研究超声推进促进术后残留碎片清除能力，目前13名患者入组治疗组，8名入组对照组，结果待报。
3.1.设计尽管碎石机技术有所进步，现有的SWL机器仍以2 Hz的低频率提供30-100 MPa的高峰值压力。而BWL作为一种新技术，通过经皮短脉冲方式提供聚焦的正弦超声脉冲。SC-X探头依靠US指南，以
3.2.安全性和有效性BWL暴露引起组织损伤，超声成像显示回声增强。回声阈值>20秒与肾损伤100%相关，可用于实时调整治疗。猪肾脏经BWL治疗后，组织学分析显示出血性损伤模式与SWL相似。21个治疗部位中10个受损，335 kHz换能器总肾损伤
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30 分钟后有代表性的石头碎片。BWL治疗。将结石植入猪输尿管，治疗后取出下面相应的碎片。经[ 16 ]许可采用。图 4.在新选项卡中打开
30 分钟后的代表性肾组织。BWL治疗。没有明显损伤的证据，但在围绕结石的直接组织中可以看到明显的点状出血。白色比例尺 = 1 厘米。经[ 16 ]许可采用。3.3.超声推进与爆裂波碎石术超声波与BWL结合使用时，可提高破碎效率。体外实验显示，交错超声推进BWL能增加人类COM和人造石模型的粉碎率，且粉碎率随超声波脉冲频率增加而提高（6脉冲/分钟与60脉冲/分钟）。可能的机制包括：1) 超声波推进释放结石碎片。2) 重新定向结石产生新裂缝。3) 防止空化气泡积累，提供屏蔽效果。4) 形成应力断裂，损害结石。研究显示BWL和超声波推进潜力巨大，技术优化和临床前研究是关键。正在开发脉冲系统，实现实时反馈调整，提高效率，降低风险。
随着 UP 和 BWL 的发展正在临床实施和研究，人们逐渐认识到某些局限性。根据UP探头的当前设计，目标物体（即肾结石或结石碎片）只能沿一个方向（远离探头）移动。然而，华盛顿大学 (UW) 的同一团队最近所做的工作重点是使用声牵引束操纵三维路径中的物体（图 5）。
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声牵引束技术的代表。5 毫米玻璃珠被引导通过上述路径。
“声学镊子”的概念——用声波操纵和移动小物体——并不新鲜。其他小组已经描述了使用声波来包围和控制空气和水中的小而轻的物体，其实用性仅限于细胞尺度和微流体环境。直到最近，还缺乏在模仿生命体的介质中操纵大型致密物体的研究。华盛顿大学的团队正在努力填补这一空白，并专门研究声学镊子在肾结石潜在无创治疗中的使用。值得注意的是，华盛顿大学团队使用的术语“声学牵引束”可能比“声学镊子”更能描述这一过程的实际机制。与其他声学镊子不同，单个源用于通过电子控制声束来捕获和操纵 3D 空间中的物体。开发了 1.5 MHz 256 元件聚焦超声阵列，该阵列被配置为产生均匀的二维声束形状，并产生限制在焦点区域的足够高的压力，在该焦点区域可以捕获大型物体（例如肾结石）并沿着该区域移动并横向于梁轴 。首先，对多元件阵列的振动进行表征和测量，以确定生成能够操纵物体的涡旋光束所需的特定力。这是第一次能够以这种方式量化大型物体上的横向声力并与理论模型进行比较。三维陷阱被合成，毫米大小的玻璃球能够在水中悬浮和操纵。最终，在超声成像下成功地在活猪膀胱内的 3D 路径中操纵了 3 毫米球形玻璃珠（模仿肾结石），并通过内窥镜视图进行了确认（图 6）。
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仍然拍摄了猪膀胱内 3 毫米玻璃珠位置的一系列图像，这些图像是由通过尿道插入膀胱的管道镜拍摄的。每个位置的质心都被标记，并且在该位置时具有与珠子边界相同的颜色。白色虚线仅显示所需圆周运动的大致方向。声学捕获对于肾结石疾病以及更广泛的应用具有很大的潜力。与 BWL 相结合，声牵引束可以成为肾结石完整无创治疗中缺失的环节，并且具有不使用电离辐射的额外优势。此外，理论上它可以用于其他非侵入性医疗应用（例如去除异物、治疗血栓或靶向药物输送），但该系统尚未准备好商业化或临床应用。
超声波推进和 BWL 是安全有效的经皮治疗泌尿生殖系统结石的技术。我们的目标是建立一个基于办公室的系统，可以对目标石块进行成像、重新定位、破碎和排出。这些技术已顺利进入临床试验，以期将其推向临床应用，并继续产生有希望的结果。华盛顿大学团队继续改进技术，确定未来的方向，包括新的治疗应用。
一种新颖、更新的 SC-X 探头解决了先前探头的一些技术限制，在超声波推进方面具有卓越的功效，但在人体临床试验中仍然保持无创、安全和良好的耐受性突发波碎石术是一种新颖的碎石方式，与超声波推进相结合的应用可能有助于推动未来肾结石治疗的范式转变声学牵引束是一项不断发展的技术，可以实现对石头等宏观物体的操纵和完全捕获，成为未来传统治疗方式的潜在辅助手段。最终目标是建立一个基于办公室的系统，可以对目标石块进行成像、重新定位、破碎和排出。来源：科学零角度
