Шведские ученые изучили механизм фрагментации камней при ударно-волновой литотрипсии
Разрушение камней при ударно-волновой литотрипсии происходит за счет возникновения эффекта Хопкинсона («расщепление» камня), компрессии конкрементов волной давления извне и кавитационного воздействия. Эти механизмы объясняют как грубую, так и тонкую фрагментацию камней, сообщается в исследовании швейцарской компании.
Дистанционная ударно-волновая литотрипсия (ДУВЛ) — единственный неинвазивный метод удаления почечных камней, который применяется с 1980 г. В его основе лежит простой принцип: короткие акустические волны проходят сквозь тело и фокусируются на камне.
Сегодня выпускается множество аппаратов для ДУВЛ, в которых применяются различные системы генерации ударных волн с разными параметрами акустических полей. Но механизмы фрагментации камней все еще обсуждаются. Сообщается о нескольких механизмах разрушения, таких как силы разрыва и сдвига, расщепление, квазистатическое, динамическое сжатие и кавитация. Прочность камней снижается при многократном воздействии ударных волн.
Детальное знание процесса фрагментации необходимо для повышения безопасности и эффективности процедуры.
Обычно механизмы разрушения изучают в лабораторных условиях на искусственных моделях камней. Оценивая «поведение» камней разных форм и размеров, исследователи сравнивают эффективность различных параметров ударной волны. Для имитации условий нахождения камня в почке применяются небольшие корзины или латексные мешочки, в которых камни могут плавать и перемещаться на несколько миллиметров.
Однако в большинстве экспериментов оценивается воздействие одной ударной волны на модель камня. Тогда как в реальности для разрушения конкремента требуется несколько акустических ударов.
Специалисты использовали в своем исследовании бифилярную подвеску, которая позволила наблюдать горизонтальные перемещения модельных камней, их возврат в исходное положение и изменения, происходящие при многократном воздействии одинаковых акустических ударов. Для изучения параметров ударных волн в созданной модели почки применялись Шлирен-метод и фотоупругий модулятор света.
Измерения, проведенные на камнях в водной среде, позволили установить, что акустические волны воздействуют на камень с силой до 370 Н, ускорение камня при ударе достигает 100 000-200 000 м/с2, полученный импульс составляет 3.7 × 10- 4 кг м/с. Авторы подчеркнули, что эти параметры достаточны для разрушения большинства почечных конкрементов у людей.
Картина разрушения камней при многократном воздействии ударных волн демонстрировала типичные признаки, характерные для эффекта Хопкинса и механизма передачи импульсов.
Визуализация с помощью Шлирен-метода и фотоупругого модулятора позволила детально проследить нарастание напряжения внутри акрилового образца камня, а также формирование вокруг него зрелых и коллапсирующих, излучающих вторичные ударные волны, кавитационных пузырьков.
Цветные «разводы» иллюстрируют разницу напряжений в разных участках камня
Работа была опубликована в научном журнале Urolithiasis.
Источник: Urolithiasis. 2018 Dec 6. doi: 10.1007/s00240-018-1102-6. [Epub ahead of print]