Сравнительное исследование эффективности электроимпульсного и лазерного литотрипторов in vitro

В работе представлено сравнительное исследование наносекундного электроимпульсного и гольмиевого лазерного литотрипторов in vitro. Применялись образцы двух типов, симулирующие “твердые” и “мягкие” мочевые камни, для приготовления которых использовался стоматологический сверхпрочный гипс BegoStone. Для проведения испытаний были изготовлены четыре типоразмера образцов камней в форме прямоугольного параллелепипеда. При этом размеры зондов и камней в определенной степени симулировали реальную клиническую ситуацию. В экспериментах для Ho:YAG лазерного литотриптора (ЛЛ) использовали зонды трех типоразмеров: 230, 365 и 600 мкм, для электроимпульсного литотриптора (ЭИЛ) – зонды 2,7, 3,6, 4,5 и 6 Fr. Сравнение эффективности литотрипторов в экспериментах было выполнено для пар зондов, которым соответствовал определенный размер камня. Сравнительные исследования проведены в водной среде при комнатной температуре. “Камни” указанного размера для каждого типа зонда литотрипторов помещались на сетку из нержавеющей стали с размерами ячеек 2x2 мм, погруженную в воду. Дистальную часть зонда (кончик) располагали под углом 90° к горизонтальной поверхности “камня” и приводили в контакт с образцом. Эксперимент прекращали, когда на поверхности сетки не оставалось частичек разрушенного “камня”. Каждый эксперимент с заданным типом и размером “камня” и зонда повторяли не менее 5 раз. Результаты исследований показали, что для разрушения всех типов образцов "камней" наносекундный ЭИЛ требует гораздо более низких, чем ЛЛ, энергетических и временных затрат, т. е. по физическим параметрам более эффективен. Для разрушения “мягких камней” ЭИЛ всегда требовал заметно меньше энергии, чем для разрушения “твердых камней”. В то же время при работе с ЛЛ часто затрачивалась примерно та же энергия, а иногда даже и больше, чем для разрушения “твердого камня”. Различные зависимости от энергии импульса и свойства “камней” при их разрушении для двух рассматриваемых методов контактной литотрипсии подтверждены экспериментально.

Введение. Мочекаменная болезнь является распространенным заболеванием и составляет в разных
странах более 30% всех урологических заболеваний [1]. При этом для лечения наиболее сложных
форм нефроуретеролитиаза (крупные, множественные и коралловидные камни почки, “вколоченные”
и крупные камни мочеточника и др.) все чаще применяют эндоурологические методы, в частности
перкутанную и трансуретральную контактную литотрипсию, которая позволяет снижать периоперационные риски дистанционной ударно-волновой литотрипсии и открытой литотомии, а также сокращать продолжительность стационарного и амбулаторного лечения [2].

В области контактной литотрипсии в настоящее время используется несколько основных методов:
ультразвуковой, пневматический, электрокинетический, лазерный и электрогидравлический. Каждый
литотриптор имеет свои преимущества и недостатки. Для ультразвуковой литотрипсии используются только ригидные зонды и ригидные эндоскопы, а сфера ее применения в настоящее время ограничивается в основном "камнями" почки. Ударная литотрипсия (пневматический или электрокинетический методы) считается одним из наиболее эффективных и безопасных способов контактного разрушения "камней". Однако использование таких литотрипторов также ограничено возможностями ригидных эндоскопов, а ретроградная пропульсия "камня" при трансуретральной уретеролитотрипсии считается недостатком метода. Электрогидравлический и лазерный методы литотрипсии, являясь эффективным способом контактного дробления, могут быть применены как с
ригидными, так и с гибкими эндоскопами, что значительно расширяет сферу их использования в современной урологии. Однако электрогидравлическое дробление сопровождается большей частотой осложнений по сравнению с другими методами, так как электрический разряд, в результате которого возникает ударная волна, вызывает повреждение ткани, когда он происходит слишком близко от стенок мочевого тракта. Лазерное дробление безопаснее, но требует больше времени и более дорогостоящего оборудования. Кроме того, частое повреждение гибкого уретропиелоскопа за счет
поломки лазерного волокна в изогнутом эндоскопе является большим недостатком данного метода [3–7].

Как альтернативу существующим методам литотрипсии компания “Lithtech Medical Ltd.” (Израиль) разработала новый метод и контактный литотриптор, позволяющий безопасно осуществлять разрушение "камней" во всех частях мочевой системы человека, имеющий зонды различных диаметров, которыми можно работать как с жесткими, так и с гибкими эндоскопами. Этот метод литотрипсии существенно отличается от существующих по своему принципу действия и использует для разрушения "камней" короткие наносекундные электрические импульсы [8–11].

Новая технология разрушения твердых биологических конкрементов основана на следующем
явлении: при подаче очень коротких электрических импульсов определенного напряжения на твердое
тело, находящееся в жидкой среде, твердый диэлектрик имеет более низкое, чем жидкая среда, напряжение пробоя. Когда наносекундный импульс высокого напряжения воздействует на мочевой камень, в основе являющийся твердым неорганическим диэлектриком, происходит его пробой и электрический ток протекает через плазменные каналы, образующиеся в объеме диэлектрика. При этом в "камне" возникают растягивающие термомеханические напряжения, которые приводят к его растрескиванию и в конечном итоге – к разрушению [8]. При электроимпульсном методе разрушения “камней”, в отличие от электрогидравлического, энергия электрического импульса выделяется непосредственно в объеме разрушаемого тела, что требует значительно меньших энергий для его дезинтеграции.

На рис. 1 схематично сопоставлены вольт-секундные характеристики пробоя при одинаковом разрядном промежутке для твердого тела и жидкой среды. Точка пересечения вольт-секундных характеристик Ak соответствует равенству прочностей и вероятности электрического пробоя сравниваемых сред. При экспозиции импульсного напряжения менее 2–3×10-7 твердое тело становится электрически слабее такого жидкого диэлектрика, как техническая вода, и в области диаграммы левее Ak преобладает электрический пробой твердого тела.

Рисунок 2. Последовательность процессов пробоя и разрушения твердого тела в системе с одной свободной поверхностью.

Реализация отмеченного эффекта инверсии электрической прочности диэлектриков применительно
к разрушению твердого тела поясняется на рис. 2. К электродам, установленным на поверхность твер-
дого тела, прикладывается импульс напряжения U (t) с параметрами, соответствующими левой части
графика, от точки, равной вероятности (рис. 2, а). Пробой в промежутке с вероятностью более чем
50% происходит вн...

А.Г. Мартов, В.М. Диамант, А.В. Борисик, А.С. Андронов, Д.А. Джалилов.