«Я потратил более 20 лет на изучение физических и технических аспектов литотрипсии ударными волнами», — сказал Пей Чжун, профессор машиностроения и материаловедения Андерсон-Руппа в Университете Дьюка. «И теперь, благодаря готовности Siemens (ведущего производителя литотриптеров) к сотрудничеству, мы разработали простое, экономичное и надежное решение, которое можно быстро внедрить на их машинах."
Исследование появится в Интернете 17 марта 2014 г. в Трудах Национальной академии наук.
Заболеваемость камнями в почках в Соединенных Штатах более чем удвоилась за последние два десятилетия, по крайней мере, частично из-за увеличения талии их граждан. Состояние также было связано с жарким влажным климатом и высоким уровнем стресса — сочетание условий жизни, которое, по-видимому, привело к увеличению количества камней в почках у ветеранов, возвращающихся домой из Ирака и Афганистана.
За последние два десятилетия производители литотриптеров внесли множество изменений в свои машины. Вместо того, чтобы погружать пациентов в ванну с теплой водой, в новых машинах используется наполненный водой мешочек, который передает ударную волну в плоть.
Электрогидравлический генератор ударных волн, использовавшийся в прошлом, был заменен электромагнитной моделью, которая стала более мощной, надежной и последовательной.
Новые конструкции сделали аппараты более удобными и комфортными в использовании, но снизили эффективность лечения. После многих лет исследований Чжун и его коллеги определили, почему.
Повышенная мощность некоторых ударно-волновых литотриптеров третьего поколения сузила фокусную ширину волны, чтобы уменьшить повреждение окружающих тканей. Но этот скачок мощности также сместил фокус ударной волны на 20 миллиметров в сторону устройства, по иронии судьбы способствуя потере эффективности и повышая вероятность повреждения тканей. Новые генераторы электромагнитных ударных волн также создавали вторичную волну сжатия, которая разрушала один из основных механизмов дробления камней — кавитационные пузыри.
«Перед нами стояла задача разработать проектное решение, которое позволило бы устранить эти недостатки, но при этом не было бы слишком дорогостоящим», — сказал Чжун. "Это должно было быть что-то эффективное и надежное, но также то, что производитель был готов принять.
Поэтому мы решили сосредоточиться на новом дизайне линз, сохранив при этом все остальное в их системе."
Решением было вырезать бороздку по периметру задней стороны линзы и изменить ее геометрию.
Это перестроило фокус устройства и оптимизировало распределение давления с широкой фокусной шириной и более низким пиковым давлением. Это также позволило образоваться большему количеству кавитационных пузырьков вокруг целевого камня, а не в окружающей ткани.
В лабораторных испытаниях исследователи послали ударные волны через резервуар с водой и использовали оптоволоконный датчик давления, чтобы убедиться, что ударная волна фокусируется на цели.
Они разбили синтетические камни в модельной почке человека и у мертвых свиней и использовали высокоскоростную камеру, чтобы наблюдать за распределением формирующихся и схлопывающихся кавитационных пузырьков — процесса, который происходит слишком быстро, чтобы человеческий глаз мог его увидеть.
Результаты показали, что в то время как текущая коммерческая версия уменьшила 54 процента камней на фрагменты диаметром менее двух миллиметров, новая версия измельчила 89 процентов камней, а также уменьшила степень повреждения окружающих тканей.
Более мелкие фрагменты легче выводятся из тела и с меньшей вероятностью повторяются.
«Мы чувствуем, что превзошли ожидания в нашей оценке этой новой конструкции линз, основанной на твердых физических и инженерных принципах», — сказал Чжун, который ожидает, что этим летом новая линза будет проходить клинические испытания в Германии.
«Я надеюсь, что это станет переломным моментом, демонстрирующим, что эффективное интерактивное сотрудничество между научными кругами и промышленностью может действительно улучшить конструкцию литотриптеров, что принесет пользу миллионам пациентов с камнями во всем мире, страдающим этой болезненной болезнью», — сказал Чжун. «Наша конструкция, в принципе, может быть адаптирована другими производителями для улучшения своих машин. Я хотел бы, чтобы все аппараты для литотрипсии были улучшены, чтобы урологи могли более эффективно лечить камни, а пациенты могли получать лучшее лечение и чувствовать себя более комфортно во время процедуры."