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Chen TT, Samson PC, Sorensen MD, Bailey MR. Burst wave lithotripsy and acoustic manipulation of stones. Curr Opin Urol. 2020 Mar;30(2):149-156. doi: 10.1097/MOU.0000000000000727. PMID: 31905177; PMCID: PMC7009318. 腎結(jié)石的ESWL（體外沖擊波碎石術(shù)）和UPT（超聲波推進技術(shù)）是非侵入性新技術(shù),，能在辦公室環(huán)境中單獨或聯(lián)合使用以碎裂和重新定位結(jié)石。本綜述旨在討論技術(shù)的最新進展,、安全性和有效性評估,，并探討未來應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn),，ESWL在豬模型中產(chǎn)生一致的小碎片,，損傷最小,，臨床試驗正在進行。UPT設(shè)計更高效,，能在18名參與者中重新定位95%的結(jié)石,，臨床試驗繼續(xù)進行。聲學(xué)牽引束技術(shù)具有廣泛的臨床應(yīng)用前景,。本綜述旨在建立一個基于辦公室的系統(tǒng),，用于尿路結(jié)石的成像、破碎和重新定位,，以促進自然排出,，并強調(diào)了在確定這些新技術(shù)的安全性、有效性和臨床效益方面取得的進展,。同時預(yù)測了臨床試驗中的挑戰(zhàn),，并開發(fā)下一代技術(shù)以改進現(xiàn)有商業(yè)化技術(shù)。腎結(jié)石發(fā)病率上升,，約10%的人受影響?，F(xiàn)有治療方法如SWL、URS和PCNL雖有進步,，但再干預(yù)率仍高達26-34%,。超聲技術(shù)的新應(yīng)用，如BWL,，可能改變治療方式,。本文將探討這些技術(shù)的最新進展、安全性和有效性測試,，以及新應(yīng)用的開發(fā),。 2. 超聲波推進2.1. C5–2 探頭此前，在超聲波推進的首次人體臨床可行性研究中報道了 C5-2 HDI 曲線商業(yè)探頭（飛利浦超聲,，波塞爾,，華盛頓州）。該探頭以 73% 的占空比發(fā)送 50 毫秒的 2 MHz 脈沖,，旨在重新定位腎結(jié)石,，以緩解急性癥狀，并通過經(jīng)皮應(yīng)用聚焦超聲能量促進殘留結(jié)石排出,。如上所述,，該研究裝置對 15 名人類研究參與者中的 14 名進行了重新定位，使一半以上的受試者（15 名中的 8 名）的結(jié)石移位 > 3 毫米,，并促進了一半以上受試者狀態(tài)下 > 30 個碎片的通過碎石術(shù)后 (4 of 6),。治療期間的不適感很小，并且一名患者在治療腎盂輸尿管交界處 (UPJ) 結(jié)石期間經(jīng)歷了顯著的疼痛緩解。 2.2.新型 SX-C 探頭最近,，定制探頭 SC-X（Sonic Concepts,，伍丁維爾，華盛頓州）被設(shè)計用于解決原始 C5-2 探頭的一些技術(shù)限制,。這些限制包括 1) 焦距短,，限制臨床相關(guān)深度的能量傳遞 2) 聲束寬度窄，限制大組碎片的瞄準,，3) 有限的突發(fā)持續(xù)時間和由于探頭表面加熱而需要的暫停 ,。重新設(shè)計的探頭提供更寬的聲束寬度、更長的焦深和脈沖持續(xù)時間,，同時依靠通過水耦合接口的主動探頭表面冷卻,。離體研究表明，無論結(jié)石成分如何,，在較低深度（4.5,、9.5 厘米）處排出結(jié)石的效果均有所提高，探頭加熱較低,。此外，在豬模型的臨床前安全性研究中,，沒有發(fā)現(xiàn)組織學(xué)損傷或任何血清,、尿液和行為變化的證據(jù)。 2.3.使用 SX-C 探針進行的首次人體研究在一項前瞻性研究中,，招募了有腎或輸尿管結(jié)石的患者接受輸尿管鏡檢查和激光碎石術(shù),。使用SC-X探頭在超聲和內(nèi)窺鏡引導(dǎo)下對≤7mm的碎片和結(jié)石進行靶向和重新定位。治療中,，95%的腎臟（18/19例）結(jié)石移動≥3mm,，但超聲視頻中僅15/19例被標記。無嚴重不良事件,，僅輕微皮膚反應(yīng),。SC-X探頭在結(jié)石推進方面優(yōu)于C5-2探頭，但需注意治療角度和空氣影響治療效果,。 圖 1.
在新選項卡中打開 總結(jié)描述了術(shù)中使用新型 SX-C 探頭超聲推進 ≤ 7 毫米的結(jié)石和碎片（通過超聲視頻檢查進行測量）,。各種顏色代表運動的幅度，大小代表目標的大小,，填充代表石頭組與碎片和灰塵,。經(jīng)[ 8 ]許可采用。 圖 2.
在新選項卡中打開 超聲波將結(jié)石從腎盞中推出,，如超聲波和相應(yīng)的輸尿管鏡檢查所示,。經(jīng)[ 8 ]許可采用。 當前人體研究正在探索臨床應(yīng)用,。急診科中,，急性癥狀性UPJ或UVJ結(jié)石患者接受超聲推進治療,，旨在緩解梗阻。20名受試者中已有4名入組,，初步結(jié)果顯示2顆UPJ結(jié)石和2顆UVJ結(jié)石成功移位,，無不良事件。另一隨機試驗研究超聲推進促進術(shù)后殘留碎片清除能力,，目前13名患者入組治療組,，8名入組對照組，結(jié)果待報,。 3. 爆裂波碎石術(shù)3.1.設(shè)計盡管碎石機技術(shù)有所進步,，現(xiàn)有的SWL機器仍以2 Hz的低頻率提供30-100 MPa的高峰值壓力。而BWL作為一種新技術(shù),，通過經(jīng)皮短脈沖方式提供聚焦的正弦超聲脈沖,。SC-X探頭依靠US指南，以<200 Hz的高速率提供<12 MPa的低峰值壓力,，旨在滿足臨床需求：1) 減少空化氣泡形成,，提高破碎效率；2) 提供安全,、可耐受,、非侵入性照射；3) 減少輻射暴露,。體外實驗顯示BWL能有效破碎尿酸,、鳥糞石、COM,、胱氨酸等結(jié)石,。工程進步使BWL系統(tǒng)波束寬度增大，能針對更大的結(jié)石,，初步研究顯示能高效破碎最大12毫米的結(jié)石,，效率是現(xiàn)有系統(tǒng)的2.8倍。 3.2.安全性和有效性BWL暴露引起組織損傷,，超聲成像顯示回聲增強,。回聲閾值>20秒與腎損傷100%相關(guān),，可用于實時調(diào)整治療,。豬腎臟經(jīng)BWL治療后，組織學(xué)分析顯示出血性損傷模式與SWL相似,。21個治療部位中10個受損,，335 kHz換能器總腎損傷<0.1%，170 kHz換能器<5.2%。損傷機制可能與BWL脈沖期間空化氣泡快速形成破裂有關(guān),。7天生存安全性研究中,，10只豬接受BWL治療后無顯著組織學(xué)變化，血液化學(xué),、尿液值或行為無變化,。急性安全性研究中，植入人類COM結(jié)石的豬經(jīng)BWL處理后87%結(jié)石分解為<2毫米碎片,，MRI,、組織學(xué)和大體檢查顯示腎實質(zhì)無損傷。這些結(jié)果有助于確定有效且最小化組織損傷的BWL參數(shù),。BWL人體臨床試驗已獲FDA批準并進行中,。 圖 3.
在新選項卡中打開 30 分鐘后有代表性的石頭碎片。BWL治療,。將結(jié)石植入豬輸尿管,，治療后取出下面相應(yīng)的碎片。經(jīng)[ 16 ]許可采用,。 圖 4.
在新選項卡中打開 30 分鐘后的代表性腎組織,。BWL治療。沒有明顯損傷的證據(jù),，但在圍繞結(jié)石的直接組織中可以看到明顯的點狀出血,。白色比例尺 = 1 厘米。經(jīng)[ 16 ]許可采用,。 3.3.超聲推進與爆裂波碎石術(shù)超聲波與BWL結(jié)合使用時，可提高破碎效率,。體外實驗顯示,，交錯超聲推進BWL能增加人類COM和人造石模型的粉碎率，且粉碎率隨超聲波脈沖頻率增加而提高（6脈沖/分鐘與60脈沖/分鐘）,?？赡艿臋C制包括：1) 超聲波推進釋放結(jié)石碎片。2) 重新定向結(jié)石產(chǎn)生新裂縫,。3) 防止空化氣泡積累,，提供屏蔽效果。4) 形成應(yīng)力斷裂,，損害結(jié)石,。研究顯示BWL和超聲波推進潛力巨大，技術(shù)優(yōu)化和臨床前研究是關(guān)鍵,。正在開發(fā)脈沖系統(tǒng),，實現(xiàn)實時反饋調(diào)整，提高效率，降低風(fēng)險,。 4. 聲學(xué)牽引束隨著 UP 和 BWL 的發(fā)展正在臨床實施和研究,，人們逐漸認識到某些局限性。根據(jù)UP探頭的當前設(shè)計,，目標物體（即腎結(jié)石或結(jié)石碎片）只能沿一個方向（遠離探頭）移動,。然而，華盛頓大學(xué) (UW) 的同一團隊最近所做的工作重點是使用聲牽引束操縱三維路徑中的物體（圖 5）,。 圖 5.
在新選項卡中打開 聲牽引束技術(shù)的代表,。5 毫米玻璃珠被引導(dǎo)通過上述路徑。 “聲學(xué)鑷子”的概念——用聲波操縱和移動小物體——并不新鮮,。其他小組已經(jīng)描述了使用聲波來包圍和控制空氣和水中的小而輕的物體,，其實用性僅限于細胞尺度和微流體環(huán)境。直到最近,，還缺乏在模仿生命體的介質(zhì)中操縱大型致密物體的研究,。華盛頓大學(xué)的團隊正在努力填補這一空白，并專門研究聲學(xué)鑷子在腎結(jié)石潛在無創(chuàng)治療中的使用,。值得注意的是,，華盛頓大學(xué)團隊使用的術(shù)語“聲學(xué)牽引束”可能比“聲學(xué)鑷子”更能描述這一過程的實際機制。與其他聲學(xué)鑷子不同,，單個源用于通過電子控制聲束來捕獲和操縱 3D 空間中的物體,。開發(fā)了 1.5 MHz 256 元件聚焦超聲陣列，該陣列被配置為產(chǎn)生均勻的二維聲束形狀,，并產(chǎn)生限制在焦點區(qū)域的足夠高的壓力,，在該焦點區(qū)域可以捕獲大型物體（例如腎結(jié)石）并沿著該區(qū)域移動并橫向于梁軸 。首先,，對多元件陣列的振動進行表征和測量,，以確定生成能夠操縱物體的渦旋光束所需的特定力。這是第一次能夠以這種方式量化大型物體上的橫向聲力并與理論模型進行比較,。三維陷阱被合成,，毫米大小的玻璃球能夠在水中懸浮和操縱。最終,，在超聲成像下成功地在活豬膀胱內(nèi)的 3D 路徑中操縱了 3 毫米球形玻璃珠（模仿腎結(jié)石）,，并通過內(nèi)窺鏡視圖進行了確認（圖 6）。 圖 6.
在新選項卡中打開 仍然拍攝了豬膀胱內(nèi) 3 毫米玻璃珠位置的一系列圖像,，這些圖像是由通過尿道插入膀胱的管道鏡拍攝的,。每個位置的質(zhì)心都被標記，并且在該位置時具有與珠子邊界相同的顏色,。白色虛線僅顯示所需圓周運動的大致方向,。 聲學(xué)捕獲對于腎結(jié)石疾病以及更廣泛的應(yīng)用具有很大的潛力,。與 BWL 相結(jié)合，聲牽引束可以成為腎結(jié)石完整無創(chuàng)治療中缺失的環(huán)節(jié),，并且具有不使用電離輻射的額外優(yōu)勢,。此外，理論上它可以用于其他非侵入性醫(yī)療應(yīng)用（例如去除異物,、治療血栓或靶向藥物輸送）,，但該系統(tǒng)尚未準備好商業(yè)化或臨床應(yīng)用。 5. 結(jié)論和未來方向超聲波推進和 BWL 是安全有效的經(jīng)皮治療泌尿生殖系統(tǒng)結(jié)石的技術(shù),。我們的目標是建立一個基于辦公室的系統(tǒng),，可以對目標石塊進行成像、重新定位,、破碎和排出,。這些技術(shù)已順利進入臨床試驗，以期將其推向臨床應(yīng)用,，并繼續(xù)產(chǎn)生有希望的結(jié)果,。華盛頓大學(xué)團隊繼續(xù)改進技術(shù)，確定未來的方向,，包括新的治療應(yīng)用,。 要點。
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