本文内容选自《体外冲击波碎石术》主编 谷现恩 吴非
体外冲击波碎石机的关键部件是影像诊断定位系统，精准找到诊断明确的结石位置，实现冲击波焦斑与结石的高度聚焦，以达到有效碎石的目的。目前，冲击波碎石机的定位方式主要有3种：X线诊断定位、超声诊断定位和X线以及超声诊断双定位。
1、X线的成像原理
人体组织是由不同元素组成的，依各种组织单位体积内各元素量总和的大小而有不同的密度。人体组织结构的密度可归纳为3类：高密度，包括骨组织和钙化灶等；中等密度，包括软骨、肌肉、神经、实质器官、结缔组织以及体内液体等；低密度，包括脂肪组织以及存在于呼吸道、胃肠道 、鼻窦和乳突内的气体等。当强度均匀的X线穿透厚度相等的不同密度组织结构时，由于吸收程度不同，在X线片上或荧屏上显出具有黑白灰(或明暗)对比、层次差异的X线影像。X线穿透低密度组织时被吸收少，剩余X线多，使X线胶片感光多，经光化学反应还原的金属银也多，故X线胶片呈黑影；使荧光屏所生荧光多，故荧光屏上也就明亮，高密度组织则恰相反。
人体不同密度组织与X线成像的关系
人体组织结构和器官形态不同，厚度也不一致。其厚与薄的部分，或分界明确，或逐渐移行。厚的部分吸收的X线多，透过的X线少，薄的部分则相反。在X线片和荧屏上显示出的黑白对比和明暗差别以及由黑到白和由明到暗，其界线呈比较分明或渐次移行，都是与它们厚度间的差异相关的。
有差别的剩余X线仍是不可见的，还必须经过显像这一过程，例如经X线片、荧屏或电视屏显示才能获得具有黑白对比、层次差异的X线影像。
2、X线定位的原理
X线定位分为双束X线交叉定位和旋转式C臂单束X线交叉定位两种形式。目前基本少用双束x线交叉定位，这里主要介绍旋转式C臂单束X线交叉定位。
旋转式C形臂单束X线交叉定位是指：C形臂两端分别固定一个X线球管和影像增强器，C形臂可作以冲击波焦点为圆心的平面转动或球面运动，X线投影中心经过焦点，把C形臂任意转动两个角度就可以进行定位。此种定位系统定位清晰、准确、快捷，同时，当C形臂处于正投影位置时可以得到与 KUB平片相同的图像，便于寻找结石，它还可以从多个角度观察结石在碎石过程中的形态变化。
旋转式C臂X光交叉定位原理
超声定位系统包括超声机、超声探头和探头支架。探头支架除极少数使用机械手外，大部分都是安装在冲击波源旁边，尽管各厂家生产的超声定位系统的定位方式有差异，但总的原理是一致的，就是使超声探头的中心延长线经过焦点F(超声中轴线与冲击波中轴线的交点），并使探头沿着这一轴线伸缩运动,根据已知的探头至焦点的距离再利用超声的测距功能，就能把结石准确地定位在焦点F上。
超声定位的结构有2种：一种是4轴运动，即前后、左右、上下、摇摆运动，这种结构使定位只能逐次逼近；另一种是5轴运动，比4轴运动多了1个反射杯的伸缩运动，反射杯第二焦点沿着超声探头的中心线移动，一旦在超声探头的中心线上找到结石，探头无须运动，仅靠反射杯的伸缩就可使第二焦点与结石重合。
B超定位原理
X线与超声双定位系统是把X线定位系统和B超定位装置安装在同一台机器上，以X线定位为主、超声定位为辅，充分发挥X线定位和超声定位的优点，可以实现全尿路各种结石的治疗。但操作者要同时掌握两种定位技巧，要求更高，而且机器造价也高。
X线与超声定位系统的比较
1、超声自动定位系统
根据扫描到的结石，通过计算机将其位置进行锁定计算出结石与冲击波波源焦点空间坐标的距离，然后,计算机驱动动力装置将结石移动至冲击波波源的焦点上。相较于现有技术，该发明可快速、准确地将结石自动定位到冲击波源杯内的波源焦点，减少医师使用体外冲击波碎石机的操作难度,其特征包括如下步骤。
(1） 用超声探头对人体进行扫描,采集超声探头的切面探测影像数据，并将该影像呈现在显示单元上。
(2） 当扫描到人体的结石显示在显示单元上的某一位置时，通过输入单元将结石在扫描切面上的位置信息输入给中央处理单元进行锁定。
(3）中央处理单元根据人体的结石在扫描切面上的位置信息和碎石机的波源焦点位置信息。计算出二者之间的空间距离和运动重合轨迹。
(4）根据人体的结石与碎石机的波源焦点之间的空间距离和运动重合轨迹,中央处理单元驱动动力装置对上述二者按照运动重合轨迹做相对运动，最后使人体结石处于碎石机波源的焦点位置上。
2、导航控制软件
体外冲击波碎石作为医疗泌尿领域治疗尿石症的首选方案，历经二十几年的发展，硬件的完善程度和普及程度已经相当成熟。冲击波碎石机治疗肾结石，精准定位并不等于精准碎石，在治疗结石的过程中病灶通常会发生运动，想要达到100%的命中率是不可能的，从而明显影响了碎石效率。
影响碎石效率有很多因素，结石运动是主要的制约因素。病灶运动分别为身体移动导致的结石运动与呼吸导致的结石运动2种情况：一种情况是身体移动导致的结石运动，通常情况下，医师停止碎石，帮助患者重新定位后继续碎石;另外一种情况是，操作者初始定位后，如患者没有明显的身体位移而是因呼吸导致的结石运动,操作者和设备无法有效解决精准碎石问题。
随着精准医疗的发展趋势和政策支持，基于视频图像分析的智能导航类产品能够实时监测患者的呼吸运动，实现精准打击，必将成为未来的发展趋势。2013年，随着深度学习算法在语音和视觉识别上取得成功，人工智能进人感知智能时代，越来越多的人工智能技术将会应用于临床工作中。