May PC, Bailey MR, Harper JD. Ultrasonic propulsion of kidney stones. Curr Opin Urol. 2016 May;26(3):264-70. doi: 10.1097/MOU.0000000000000276. PMID: 26845428; PMCID: PMC4821680.

超聲波推進(jìn)是一種新技術(shù),，它使用短脈沖聚焦超聲波脈沖經(jīng)皮將結(jié)石重新定位在腎集合系統(tǒng)和輸尿管內(nèi)。本綜述的目的是討論有效性和安全性的初步測(cè)試,、技術(shù)和工藝的完善方向以及臨床應(yīng)用的意見,。

最近的發(fā)現(xiàn)

對(duì)一系列探頭、接口和輸出進(jìn)行的臨床前研究已經(jīng)證明了超聲波推進(jìn)的可行性和一致的安全性,，并有增加輸出和針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行改進(jìn)的空間,。在 15 名人類研究參與者中，有 14 名參與者使用超聲波推進(jìn)無(wú)痛且無(wú)不良事件地重新定位結(jié)石,，且患者體型,、結(jié)石大小或結(jié)石位置不受限制。最初的可行性研究顯示了其在一系列臨床相關(guān)情況下的適用性,，包括促進(jìn)輸尿管鏡檢查或沖擊波碎石術(shù)后殘留碎片的通過(guò),、移動(dòng) UPJ 處的大結(jié)石以緩解疼痛，以及區(qū)分大結(jié)石和小碎片集合,。

超聲波推進(jìn)顯示出作為經(jīng)皮重新定位腎結(jié)石的辦公室系統(tǒng)的前景,。潛在的應(yīng)用包括促進(jìn)輸尿管鏡檢查或沖擊波碎石術(shù)后殘留碎片的排出、治療前重新定位結(jié)石,，以及將阻塞的 UPJ 結(jié)石重新定位到腎臟中以減輕急性腎絞痛,。

介紹

    約10%的美國(guó)人會(huì)患尿路結(jié)石，且發(fā)病率上升[1],。50%患者在5年內(nèi)復(fù)發(fā)[2],。腎結(jié)石因復(fù)發(fā)性和嚴(yán)重性，成為最昂貴的良性泌尿疾病[3,4],。手術(shù)方法包括SWL,、URS和經(jīng)皮腎鏡取石術(shù)，技術(shù)進(jìn)步下,，新SWL機(jī)器效果不如Dornier HM-3[5-7],。超聲波推進(jìn)技術(shù)通過(guò)短脈沖超聲波重新定位腎結(jié)石,，用戶可實(shí)時(shí)控制超聲圖像引導(dǎo)超聲波移動(dòng)結(jié)石。腎結(jié)石手術(shù)面臨未解決的問(wèn)題,，如殘留碎片,。50%的結(jié)石可能需再次手術(shù)[8-11]。下極區(qū)域清除殘留碎片尤為困難[12],。激光技術(shù)和石粉除塵技術(shù)的發(fā)展使殘留碎片管理變得重要[13],。超聲波推進(jìn)技術(shù)在動(dòng)物和人體模型中顯示出排出小碎片的潛力，是一種潛在有用的技術(shù),。

超聲波越來(lái)越多地被各種醫(yī)學(xué)專家以現(xiàn)場(chǎng)護(hù)理方式使用[ 14 ],。最近的一項(xiàng)研究支持在急診室使用床旁超聲進(jìn)行結(jié)石的一線診斷[ 15 ]。將超聲推進(jìn)能力與現(xiàn)場(chǎng)超聲相結(jié)合,，可以重新定位阻塞的 UPJ 結(jié)石,，以緩解急性腎絞痛。除了清除殘余結(jié)石碎片和重新定位阻塞性結(jié)石外,，超聲推進(jìn)還有其他潛在用途,，包括排出無(wú)癥狀的小新生結(jié)石和在手術(shù)前重新定位結(jié)石以提高無(wú)結(jié)石率。本文報(bào)告了超聲波推進(jìn)的功能和安全性,，對(duì)改進(jìn)和完善的潛力進(jìn)行了評(píng)論,，并對(duì)其臨床應(yīng)用提供了意見。

超聲波推進(jìn)的發(fā)展

超聲波推進(jìn)已在 NIH 和 NASA/NSBRI 的資助下在華盛頓大學(xué)進(jìn)行了開發(fā)和測(cè)試,，并于 2010 年首次被描述,。Shah等人 [ 16 ]描述了一種原型設(shè)備的開發(fā)，該設(shè)備利用超聲波力在組織模型內(nèi)移動(dòng)結(jié)石,。該設(shè)備由一個(gè)圍繞獨(dú)立成像探頭的大型 2 MHz 8 cm 環(huán)形探頭組成,。最大 8 毫米的玻璃珠和結(jié)石已成功重新定位在人工收集系統(tǒng)內(nèi)。治療參數(shù)為瞬時(shí)聲功率 5-40 W,、占空比 50%,、脈沖持續(xù)時(shí)間 2-5 秒。

在 Shah等人的研究中,。2012 年，使用先前描述的系統(tǒng)在體內(nèi)測(cè)試了超聲波推進(jìn),。所有六頭豬的結(jié)石或珠子均從腎盞移至腎盂和腎盂腎盂,。移動(dòng)不同成分的石頭的能力沒有差異。暴露于 325 W/cm 2 的區(qū)域沒有組織學(xué)損傷的證據(jù),；暴露于 1900 W/cm 2的區(qū)域在七個(gè)樣品中有六個(gè)的最大尺寸有 1 cm 的熱損傷,。

    哈珀等人介紹了第二代單探頭成像治療設(shè)備，其脈沖長(zhǎng),、電子聚焦,、可定位于B模式圖像任意位置,。相較于臨床前研究，該設(shè)備使用更低的聲能和壓力（峰值20 MPa,，商用為37-115 MPa）,，時(shí)間平均強(qiáng)度較低（短脈沖分布在1秒突發(fā)中，占空比3%）,。在8頭豬體內(nèi)植入2-8毫米結(jié)石的實(shí)驗(yàn)中,，65%結(jié)石成功移至腎盂、UPJ或輸尿管,，平均位移6厘米,。雖有7顆結(jié)石未成功移至腎盂，但在腎盞內(nèi)移動(dòng),。11毫米結(jié)石可被移動(dòng),，無(wú)并發(fā)癥或組織損傷。2014年研究改進(jìn)輸出為50ms集中脈沖,，2-5毫米草酸鈣結(jié)石實(shí)驗(yàn)全部成功移位,，平均手術(shù)時(shí)間14分鐘，使用13次脈沖,。7天生存研究顯示無(wú)并發(fā)癥或損傷證據(jù),。合作研究表明，超聲波推進(jìn)對(duì)大皮膚與結(jié)石距離和新生結(jié)石有效,，小于3毫米草酸鈣結(jié)石在10±1厘米深度內(nèi)成功重新定位,，平均治療時(shí)間20分鐘。

    超聲波推進(jìn)要求提供者熟悉超聲波成像的原理以及超聲波觀察到的腎臟解剖結(jié)構(gòu)的特征,。希等人 試行了關(guān)于腎臟超聲和超聲推進(jìn)基礎(chǔ)知識(shí)的培訓(xùn)課程,，并招收了 10 名經(jīng)過(guò)委員會(huì)認(rèn)證的泌尿科醫(yī)師?？偣?90% 的參與者在研究前沒有進(jìn)行腎臟超聲檢查,。90 分鐘的課程結(jié)束后，所有參與者都能夠在腎組織模型內(nèi)移動(dòng)下極結(jié)石,，并且 90% 的結(jié)石成功地重新定位到腎盂中,，平均時(shí)間為 4.6 ± 2.2 分鐘。這項(xiàng)研究進(jìn)一步證明了該技術(shù)的臨床適用性,，其目標(biāo)是建立一個(gè)臨床系統(tǒng),，供執(zhí)業(yè)泌尿科醫(yī)生使用來(lái)重新定位結(jié)石。

臨床前安全性研究

      研究已確定超聲損傷閾值,，重點(diǎn)關(guān)注超聲推進(jìn)對(duì)腎實(shí)質(zhì)和功能體積的影響及圍手術(shù)期風(fēng)險(xiǎn),。多項(xiàng)研究表明超聲推進(jìn)在廣泛暴露下風(fēng)險(xiǎn)低?？导{斯等研究了超聲推進(jìn)和SWL相關(guān)的腎損傷,，發(fā)現(xiàn)在高劑量下無(wú)明顯病變,，僅極端劑量直接作用于腎臟時(shí)產(chǎn)生小出血性病變（0.46%），遠(yuǎn)小于SWL治療腎臟的病變（1.56%）,，與超聲生物效應(yīng)研究相符,。

Wang等人進(jìn)一步研究了腎損傷的閾值。在 3.3% 的占空比（臨床結(jié)石推進(jìn)的預(yù)期參數(shù)）下,，需要16 620 W/cm 2的空間峰值強(qiáng)度來(lái)證明明顯的損傷,。該強(qiáng)度大約是臨床原型設(shè)備最大功率輸出的七倍，是平均脈沖強(qiáng)度的 200 多倍,。

盡管不適當(dāng)?shù)母咧委焻?shù)或設(shè)備故障可能存在腎損傷的可能性,，但使用臨床治療參數(shù)的超聲推進(jìn)不會(huì)產(chǎn)生可識(shí)別的腎損傷，并且看起來(lái)比 SWL 的傷害相對(duì)較小,。使用臨床治療設(shè)置持續(xù)產(chǎn)生腎損傷所需的閾值超出了當(dāng)前臨床原型設(shè)備的功率輸出能力,。

人體研究參與者試驗(yàn)

哈珀等人 報(bào)告了超聲波推進(jìn)的首次人體研究試驗(yàn)的結(jié)果，用于排出小結(jié)石和移出大塊阻塞結(jié)石,。這是美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)的一項(xiàng)可行性研究,，旨在評(píng)估是否可以在人類研究參與者中重新定位腎結(jié)石。對(duì)結(jié)石大小,、位置或患者體重指數(shù)沒有限制,。最初的可行性研究招募人數(shù)僅限于 15 名研究參與者。

所有研究參與者均在臨床上不使用鎮(zhèn)靜劑的情況下接受超聲波推進(jìn),，或在 URS 期間在全身麻醉下接受超聲波推進(jìn),。在推進(jìn)之前、期間和之后完成了超聲成像和疼痛調(diào)查問(wèn)卷,。主要成果是在收集系統(tǒng)內(nèi)重新定位結(jié)石,。次要結(jié)果包括安全性、結(jié)石的可控移動(dòng)以及結(jié)石移動(dòng)小于 5 毫米和至少 5 毫米,。每周評(píng)估不良事件,，持續(xù)三周。

15 名研究參與者中有 14 人的腎結(jié)石成功重新定位,。圖1顯示了超聲推進(jìn)的輸尿管鏡和B型超聲圖像,。在 43 個(gè)目標(biāo)中，28 個(gè)（65%）顯示出一定程度的移動(dòng),，而 13 個(gè)（30%）則位移到新位置超過(guò) 3 毫米,。參見表1和圖2了解石頭推進(jìn)和通過(guò)的詳細(xì)信息。沒有與治療相關(guān)的不良事件,。手術(shù)過(guò)程中的不適很少見、輕微,、短暫且具有自限性,。六名研究參與者中的四名參與者按照受控方向移動(dòng)了 30 多個(gè)碎片,，他們?cè)?SWL 或 URS 幾周后保留了碎片。一名患者在 UPJ 治療大石頭時(shí)感到疼痛緩解,。成功移動(dòng)的最大石頭為10毫米,。在四名研究參與者中，一塊看似大的石頭在經(jīng)過(guò)超聲波推進(jìn)處理后被確定為一簇較小的,、可通過(guò)的石頭,。

圖 1

人體研究參與者體內(nèi)超聲波推進(jìn)石頭。(a) 在術(shù)中超聲推進(jìn)的一次推力爆發(fā)之前的輸尿管鏡圖像,，其中重新定位的結(jié)石區(qū)域?yàn)榧t色,。(b) 術(shù)中超聲推進(jìn)一次推力后立即的輸尿管鏡圖像，重新定位的結(jié)石區(qū)域呈紅色,。(c) 人類研究參與者在超聲波推進(jìn)之前,，B 型超聲波上出現(xiàn)一簇結(jié)石（用紅色圈出）。(d) 成功重新定位紅色標(biāo)記的片段,。

圖 2

碎石術(shù)后殘留碎片的超聲推進(jìn),。URS 或 SWL 后殘留的殘留片段促進(jìn)通過(guò)的結(jié)果總結(jié)。綠色代表結(jié)石移動(dòng),，綠色箭頭突出顯示報(bào)告通過(guò)結(jié)石的研究參與者,。每個(gè)目標(biāo)旁邊的數(shù)字表示研究參與者的編號(hào)。不同大小的圓圈代表石頭目標(biāo)的大小,。哈希標(biāo)記對(duì)應(yīng)的目標(biāo)在臨床成像中被識(shí)別為單個(gè)大石頭,，但通過(guò)超聲波推進(jìn)確定為一群小石頭。改編自[ 30? ],。

臨床使用意見

該臨床試驗(yàn)結(jié)合豬模型中安全性和有效性的廣泛體內(nèi)證據(jù),，表明超聲推進(jìn)可以成為治療腎結(jié)石的成功策略。這項(xiàng)工作的最終目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)基于超聲的系統(tǒng),，該系統(tǒng)集成了超聲推進(jìn),、突發(fā)波碎石術(shù) (BWL) 和結(jié)石特異性成像算法，旨在改善結(jié)石檢測(cè)和尺寸確定,。BWL 使用短的,、廣泛聚焦的超聲波來(lái)破碎結(jié)石 。該技術(shù)已被證明可以在體外破碎結(jié)石壓力低于 SWL,。利用旨在提高結(jié)石與軟組織分辨率的結(jié)石特定算法來(lái)提高 B 型超聲的靈敏度,、特異性和結(jié)石尺寸準(zhǔn)確性的研究正在進(jìn)行中 [ 32 ]。下面概述了使用超聲波推進(jìn)的潛在臨床場(chǎng)景,。

碎石術(shù)后碎片的排出

SWL,、URS 和經(jīng)皮腎鏡取石術(shù)可能會(huì)留下殘留的結(jié)石碎片，并且在高達(dá) 50% 的病例中,，這些碎片會(huì)出現(xiàn)癥狀或需要重復(fù)干預(yù) [ 8 – 11],。這些治療方式中的任何一種都可以采用超聲波推進(jìn)來(lái)促進(jìn)更高的無(wú)結(jié)石率,。在臨床試驗(yàn)中，有 6 名患有碎石術(shù)后碎片的研究參與者中,，有 4 名參與者報(bào)告在手術(shù)后排出了超過(guò) 30 顆結(jié)石,，而在超聲推進(jìn)前的幾周內(nèi)沒有結(jié)石自發(fā)排出。盡管研究參與者的總數(shù)很少,，但個(gè)別案例卻引人注目,。一名研究參與者在治療開始后一小時(shí)內(nèi)注意到兩塊小石頭通過(guò)，而另一名行動(dòng)不便的研究參與者在推進(jìn)后通過(guò)了估計(jì) 10 個(gè)碎片,，而之前沒有看到碎片,。

盡管取得了成功，但對(duì)大量較小結(jié)石的治療受到狹窄超聲焦點(diǎn)的限制,。這些藏品的處理更加耗時(shí),，因?yàn)樾∈^需要單獨(dú)定位和重新定位。如圖 3所示,，一種具有更寬和更長(zhǎng)焦點(diǎn)的新探針正在開發(fā)中,，以提高排出這些碎片集合的效率。

圖 3,。

聲束寬度的數(shù)值模擬,。臨床系統(tǒng)的聲束寬度（左）與新的、更寬的聲束設(shè)計(jì)（中,、右）相比,。這種更寬的光束的目標(biāo)是在一次推動(dòng)中移動(dòng)整個(gè)石頭碎片簇，并對(duì)大石頭施加更大的力 [,。

解除阻塞

三名研究參與者的腎盂中有大結(jié)石,。一名研究參與者在治療前的疼痛程度為 5 級(jí)，在超聲波推進(jìn)后降至 3 級(jí),。隨著功率輸出的增加（由于前面描述的原因,，感覺是安全的），這些大的,、阻塞性的近端結(jié)石可能會(huì)被重新定位到腎臟中,，以減輕腎絞痛?；趯?duì)床旁超聲和急性結(jié)石事件管理的熟悉,，用于重新定位近端結(jié)石的超聲推進(jìn)在急診科環(huán)境中特別有吸引力[ 15 ? ]。目前正在對(duì)該應(yīng)用進(jìn)行試驗(yàn),。

結(jié)石診斷和表征

在四名研究參與者中,，觀察到在 B 型超聲波上顯示為單個(gè)大石頭的物體在超聲波推進(jìn)后是碎片的集合。該技術(shù)的潛在診斷價(jià)值與其介入價(jià)值一樣獨(dú)特，可用于提高超聲診斷腎結(jié)石的準(zhǔn)確性,，并有助于更準(zhǔn)確地表征結(jié)石負(fù)荷以制定手術(shù)計(jì)劃,，或幫助確定腎結(jié)石的治療方案。SWL 的終點(diǎn),。

特殊人群

超聲波推進(jìn)技術(shù)對(duì)兒童、孕婦及高風(fēng)險(xiǎn)職業(yè)人群（如飛行員和宇航員）特別有益,，因其無(wú)電離輻射,。對(duì)于尿路結(jié)石患者，該技術(shù)可幫助排出小結(jié)石,，減少急性腎絞痛風(fēng)險(xiǎn),。宇航員因太空環(huán)境易患結(jié)石，NASA/NSBRI資助相關(guān)研究以集成超聲波技術(shù),。士兵也常因腎絞痛撤離戰(zhàn)區(qū),，超聲波推進(jìn)技術(shù)便攜、易用,，無(wú)需麻醉,，可減輕其負(fù)擔(dān)。

其他潛在用途

超聲技術(shù)在臨床應(yīng)用中不斷擴(kuò)展,，預(yù)計(jì)將增加適應(yīng)癥,。其能力將有助于預(yù)測(cè)結(jié)石排出時(shí)間，減輕患者焦慮,。盡管推動(dòng)新形成的小結(jié)石存在挑戰(zhàn),，但隨著技術(shù)進(jìn)步和更高輸出水平的應(yīng)用，結(jié)石的移動(dòng)和排出將成為可能,。此外,，超聲技術(shù)還可用于手術(shù)前或手術(shù)中重新定位結(jié)石，以提高無(wú)結(jié)石率,。

結(jié)論

超聲推進(jìn)腎結(jié)石是一種安全,、有效的經(jīng)皮腎內(nèi)結(jié)石重新定位技術(shù)，易于學(xué)習(xí),。未來(lái)發(fā)展方向包括與BWL和專用超聲成像算法的整合,。該技術(shù)在腎結(jié)石治療和分期中具有明確的臨床應(yīng)用價(jià)值，既可作為獨(dú)立技術(shù),，也可輔助現(xiàn)有療法,。

要點(diǎn)

臨床前研究表明超聲波推進(jìn)在結(jié)石治療中的安全性和有效性。在15名人類參與者中,，14人無(wú)痛且無(wú)不良事件地成功重新定位結(jié)石,，不受患者體型、結(jié)石大小或位置影響。超聲波推進(jìn)腎結(jié)石治療前景廣闊,，可用于促進(jìn)URS或SWL后殘余碎片排出,、重新定位難以接近的下極結(jié)石和阻塞的UPJ結(jié)石以緩解急性腎絞痛。未來(lái)研究方向包括擴(kuò)大波束寬度,、增強(qiáng)系統(tǒng)能力,、進(jìn)行臨床終點(diǎn)試驗(yàn)以及與BWL等超聲技術(shù)集成。

致謝

這項(xiàng)工作和審查是大型協(xié)作工作的一部分,，我們感謝威斯康星大學(xué)工業(yè)和醫(yī)學(xué)超聲中心,、威斯康星大學(xué)泌尿科以及 NIDDK 項(xiàng)目 DK043881 的許多合作者的幫助。

資金由國(guó)家空間生物醫(yī)學(xué)研究所 (NSBRI) 通過(guò) NASA NCC 9-58 提供,，國(guó)家糖尿病,、消化和腎臟疾病研究所 (DK043881 和 DK092197)、華盛頓大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室,、華盛頓大學(xué)泌尿外科,、CoMotion 提供資助華盛頓大學(xué)、華萊士·H·庫(kù)爾特基金會(huì)和華盛頓大學(xué)轉(zhuǎn)化健康科學(xué)研究所,。