摘要：图 1：用于超声引导肾结石重新定位的手持式探头的示意图：(A) 耦合支座，(B) 聚焦环形阵列换能器，以及 (C) 超声扫描头。探头的同轴布置将聚焦超声波束置于图像平面内。
一、2010年 Shah A研究
图 1：用于超声引导肾结石重新定位的手持式探头的示意图：(A) 耦合支座，(B) 聚焦环形阵列换能器，以及 (C) 超声扫描头。探头的同轴布置将聚焦超声波束置于图像平面内。
图 2：模拟聚焦超声波束，从环形阵列从左向右传播，编程焦点深度为 6.5 厘米。在-6 dB 和-20 dB 时波束宽度分别为0.6 cm 和1.1 cm。以 dB 为单位的刻度
图 1显示了用于超声引导结石重新定位的手持式探头的示意图。它包括两个超声探头：一个商用成像探头（HDI P4-2，Philips Healthcare，Andover，MA）和一个聚焦超声探头 HDI 5000（飞利浦医疗保健公司，安多佛，马萨诸塞州）。生成超声波图像，用于可视化和瞄准结石。聚焦探头由 8 元件环形阵列组成，标称频率为 2.0 MHz。活动区域的直径为 63 毫米，内部成像孔径的直径为 20 毫米。阵列元件由单独的放大器驱动，并且通过调整相位延迟，焦深可在 4.5 cm 至 8.5 cm 的范围内进行相控。图2显示了聚焦声束的数值模拟，并且是可以传递结石重新定位超声波的空间精度的典范。超声波通过充满水的支架耦合到组织模型。
尽管这是一项评估可行性的体外研究，但可以通过将声强度与 FDA 确定的超声诊断成像限值进行比较来评估体内组织损伤的低可能性：
I SPPA≤ 190 W/cm 2以防止空化损伤
I SPTA≤ 720 mW/cm2以防止热损伤[ 10 ]。
（1）焦点强度可以估计为换能器在焦点波束宽度的每个横截面积上传递的总声功率。
10 W 的总功率足以举起研究中最大的石头，与 10 W/π0.32的聚焦强度相关，或大约 30 W/cm2。这是空间平均脉冲平均强度 ISAPA，必须乘以 1.6 [ 11 ] 才能获得空间峰值脉冲平均强度 ISPPA 2空间峰值时间平均强度 I SPTA是 I SPPA乘以时间占空比 50%，即 23 W/cm2然而，由于重新定位结石的暴露时间为 2 秒至 5 秒，而诊断超声则需要数十分钟，因此热损伤的风险较低。作为另一个比较点，强度高 2 至 3 个数量级，I SPTA为 1500 - 15,000 W/cm 2，例如用于高强度聚焦超声（HIFU），对于在相似的暴露时间内诱导组织坏死是必要的[ 12 ]。10.Information for Manufacturers Seeking Marketing Clearance for Diagnostic Ultrasound Systems and Transducers. U.S. Food and Drug Administration; 2008.
（2）换能器
6 cm 环形探头，8 个元件，2 MHz，4.5-8.5 cm 焦深
成像：Philips 5000 HDI 成像系统，P4-2 传感器
治疗参数：5瓦至40瓦；2-5秒脉冲持续时间；50% 占空比
二、2012年 Shah A研究
（ H-106 型设备（Sonic Concepts，博塞尔）
新的实验超声系统。成像探头放置在治疗探头中心孔径 ( A) 中。探头固定在充满水的耦合锥体中，耦合锥体带有透声窗，与皮肤接触。具有较长耦合锥体的电子设备和探头 (B)。
1. H-106 型设备由直径 6 厘米、频率 2 MHz、 6 厘米自然焦深的 8 环形阵列组成。这 8 个元件由 SC-200 射频合成器 (Sonic Concepts) 的 8 个信号同步输出激发，并由 8个100 W IC-706MKIIG 放大器 (Icom®) 放大。笔记本电脑控制每个元件的激发时间，从而允许焦深在 4.5 到 8.5 厘米之间变化。
6 cm 环形探头，8 个阵元件，2 MHz，4.5-8.5 cm 焦深
成像：Philips 5000 HDI 成像系统，P4-2 传感器
平均治疗曝光量325W/cm 2 ；1-4秒脉冲持续时间；50% 占空比
声束呈沙漏状，在狭窄的焦点区域具有最大的能量集中度和最高的压力。压力处于半峰值压力范围内的区域仅长1厘米，宽约1毫米。在水中测量的时间平均声强度和在组织中降低至6.5cm穿透深度的时间平均声强度分别为225、450和900W/cm 2。
I分别为225、450和900W/cm其他区域以 50% 占空比、时间平均强度分别为 325 和 1,900 W/cm2接受 2 分钟总暴露。325W/cm2暴露代表平均治疗暴露。1,900 W/cm2暴露量是最大治疗暴露量的两倍以上，作为阳性对照。三、2014年Harper研究
A，第一代设备，配备 HDI5000 诊断超声、冷却系统、换能器（箭头）和声学推进硬件以及笔记本电脑。B，第二代设备，配备 Verasonics 超声引擎、台式电脑和 Philips/ATL 换能器（插图）0-1 秒推送突发持续时间（每 1 秒突发 250 个持续时间为 0.1 毫秒的脉冲）；3% 占空比
当前碎石机原型峰值压力（MPa）37–11520峰值脉冲强度降额至 7 cm (W/cm 2)超过20,0002,400n × E eff(12 mm)时的能量剂量(J)100–200（2,000–4,000 个脉冲）30–47（23–36 连发正常工作周期下的阈值强度阈值强度（如果连续打开）最大原型强度下对占空比的敏感性3.3% 占空比100 %占空比I SPPA.3 = 9, 320 W/cm 2I SPPA.3 (W/cm 2 )样品I SPPA.3 (W/cm 2 )样品占空比（%）样品029013013930124703272,530149306654,090102,53071086,030104,09082539,320126,030550512,230119,3204100416,6201421,0001126,13010治疗爆发示意图。3.3% 的占空比由 100 μs 长的脉冲串组成，在 10 分钟的治疗持续时间内每 3 ms 重复一次。
本文中的强度值 代表空间峰值脉冲平均值。根据为非线性高强度聚焦超声 (HIFU) 波开发的方法 使用 FDA 认可的 0.3 dB/cm/MHz 降额因子来降额强度 。研究发现，该研究装置在水中可实现的最大空间峰值脉冲平均强度（ISPPA）为 30,000 W/cm2，相应的峰值正压为 96 MPa，峰值负压为 16 MPa（图 2））。这对应于降额ISPPA.2。图2中提供了显示在水中测量的处理强度范围的压力波形 以进行比较。研究设备产生的典型波形。在水中进行的测量显示了可达到的最大值（实线）、最小值（虚线）以及近似临床原型产生的峰值正压和负压的波形（虚线）
在3.3%占空比下，10分钟内的受伤阈值为16,620 W/cm²。临床模拟显示，使用相同占空比可有效移动结石，仅需26个脉冲突发，每个持续1秒，强度降至2,400 W/cm²（穿透7厘米组织）。这表明即使需要更大力量分离或破碎结石，也可安全增加强度而不会损伤组织。表3比较了尿石症声暴露与损伤阈值。
研究显示，要使受伤概率超过0.3，占空比需大于20%，且空间峰值强度需达到9,320 W/cm²。这一强度接近临床原型无组织衰减时的最大值，是移动猪体内结石所需强度的四倍。在稳定工作周期和焦点位置下，10分钟的超声脉冲数远超临床使用量，因操作员需时间重新定位。平均手术时间为14分钟，两次突发间平均延迟41秒。
1.Shah A, Owen NR, Lu W, Cunitz BW, Kaczkowski PJ, Harper JD, Bailey MR, Crum LA. Novel ultrasound method to reposition kidney stones. Urol Res. 2010 Dec;38(6):491-5. doi: 10.1007/s00240-010-0319-9. Epub 2010 Oct 22. PMID: 20967437; PMCID: PMC3087440.
2.Shah A, Harper JD, Cunitz BW, et al. Focused ultrasound to expel calculi from the kidney. J Urol 2012;187(2):739–7433.Harper JD, Sorensen MD, Cunitz BW, Wang YN, Simon JC, Starr F, Paun M, Dunmire B, Liggitt HD, Evan AP, McAteer JA, Hsi RS, Bailey MR. Focused ultrasound to expel calculi from the kidney: safety and efficacy of a clinical prototype device. J Urol. 2013 Sep;190(3):1090-5. doi: 10.1016/j.juro.2013.03.120. Epub 2013 Apr 9. PMID: 23583535; PMCID: PMC4414252.
4.Wang YN, Simon JC, Cunitz BW, Starr FL, Paun M, Liggitt DH, Evan AP, McAteer JA, Liu Z, Dunmire B, Bailey MR. Focused ultrasound to displace renal calculi: threshold for tissue injury. J Ther Ultrasound. 2014 Mar 31;2:5. doi: 10.1186/2050-5736-2-5. PMID: 24921046; PMCID: PMC4036593.
来源：医学镜界一点号
