Литотриптер. Основные принципы работы аппарата

Как известно, звук распространяется в форме волны, которая образуется при чередования разрежения и сжатия. Движение волны образует ударный фронт с определенной длительностью и амплитудой.

Распространяясь в мягких тканях, акустическая волна теряет свою энергию за счет процессов отражения и поглощения. Поглощение – это превращение механической энергии волны в тепловую в среде распространения. Поглощение в мягких тканях выше, чем в воде. Процесс отражения происходит при изменении акустического импеданса, который равен произведению плотности и скорости звука. Разница показателей импеданса на границах двух сред определяет долю отраженной энергии. Кроме того, на границах двух сред акустическая волна может изменить направление и требует фокусировки.

Вода является самым лучшим проводником для акустической волны. Литриптер имеет разрядник с водой в качестве проводника. Температура воды должна быть около 37 °С для создания комфортных условий для пациента. При этом вода имеет акустический импеданс равный сопротивлению мягких тканей. Это дает возможность использовать воду в качестве контактной среды для передачи ударных волн от генератора литотриптера к ткани. В связи с этим воздух удаляется из систем экстракорпоральной ударно-волновой литотрипсии с помощью дегазации. Это дает дает свести потери энергии к минимуму.

Разрывное давление снижается по мере уменьшение плотности среды. Отражение ударного фронта от границ в мягких тканях приводит к преобразованию импульс давления-сжатия в разрывной и наоборот. Давление разрыва возможно создать генератором ударных волн. Большая сила разрыва позволяет превзойти прочность среды в призвольной точке. В жидкости, это приводит к разрыву и образовани пузырька (кавитация). В твердых средах силы разрыва концентрируется имеющихся микротрещин или на границах раздела в составе твердого тела. Склонность твердых веществ к деформации создает усилия разрыва, в результате чего наступает раскалывание.

Скорость и плотность звука в камне отличаются от показателей в мягких тканях. Определенное количество отраженной энергии после столкновения с поверхностью камня создает усилие сжатия на передней поверхности. На боковых поверхностях создается напряжение, которое связано с более быстрым проходом импульса сжатия, чем его первоначальный ударный фронт. На задней поверхности камня создается импульс разрыва с возращением через камень. Действуя на неоднородную структуру камня, сложные поля напряжения вызывают появление трещин, а за счет кавитации происходит разрушение его поверхности.

Форма сигнала давления литотриптера зависит от ряда факторов, в том числе от мощности излучателя и расстояния до камня. У большинства аппаратов ударно-волновой терапии основная частота акустической волны равняется около 0,5 МГц.

Для экстракорпоральной ударноволновой литотрипсии наиболее часто используются модель на электро-гидравлическом принципе генерации волн, литотриптор с электро-магнитным методом генерации волн, литотриптор с пьезо-элекрическим принципом генерации ударных волн.

Аппараты экстракорпоральной литотрипсии различаются по следующим параметрам:

• источником энергии: электрический розрядник, пьезоэлектрическая система разряда, электромагнитный разрядник
• система фокусирования: эллипсоидный отражатель, профильная система, линза.
• система локализации камней – рентген оборудование и УЗИ система

Электрический разрядник представлен двумя подводными металлическими электродами, соединенными последовательно с конденсатором, который заряжается до высокого напряжения. При разряжении конденсатора в воду резко повышается температура воды, что приводит к образованию плазмы и генерации импульса давления сжатия. Эффективность разряда зависти от величины зазора и напряжения. Электроды имеет ограниченный срок службы, поскольку высокая температура приводит к усиленной корозии металла.

Пьезоэлектрический разрядник. Поляризация пьезокерамики и приложения к напряжения приводит к ее расширению в пропорциональных размерах. В сферической чаще размещают определнное количество пьезоэлементов, которое достаточно для создания волны давления. Ударная волна в пьезосистеме работает как долото, отбивая мелкие частицы при каждом ударе, благодаря тому, что при этом малая энергия создает импульсы высокого давления. Срок службы электрода пьезоэлектрического разрядника зависитот электрических пробоев в изоляции кристаллов.

Электромагнитный разрядник. Используется электромагнитное поле, которое образуетеся при прохождении электрического тока по проводнику. Притягиваясь или отталкиваясь от электромагнитного поля, магнитные материалы формируют электрическую энергию в механическую и акустическую.

Фокусировка осуществляется в форме:

• самонаведения
• с помощью акустической линзы
• отражательная фокусировка

Источник: О.Л. Тиктинскии В. П. Александров «Мочекаменная болезнь», 2000