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体外碎石的重大新闻:首次体内爆裂波碎石术 (BWL) 粉碎尿结石成功

 医学镜界 2021-06-07

       首次体内爆裂波碎石术 (BWL) 粉碎尿结石成功,意味着体外碎石的根本性变革就要来临,尿结石的主要治疗方法将是BWL的时代,这将符合结石治疗的潮流,既从有创到微创到无创的发展潮流,非侵入性BWL碎石术也将是尿结石的主流治疗方法,输尿管镜术将退至结石的二线治疗。爆裂波碎石术简单、安全,三维一体,就依靠手持式超声探头就能完成现在的超声定位、碎石与排石的功效,可谓神奇的BWL,结石治疗的阿拉丁神灯

首次人体爆裂波碎石术 (BWL)粉碎肾结石:2 个病例研究

First In-Human Burst Wave Lithotripsy (BWL) for Kidney Stone Comminution: Initial 2 case studies[J]. Journal of endourology / Endourological Society, 2020.


前言

     对尿结石无创手术管理的愿景是基于在诊室内手持式超声设备,用于定位、破碎、移出和排出上尿路结石和结石碎片。爆破波碎石术 (BWL) 是一种新型的超声技术,在华盛顿大学 (UW) 的 NIH 计划项目拨款中开发。对结石进行一致且有效的碎石术(图 1),同时最大限度地减少疼痛和组织损伤的影响。来自同一探头的超声波即定位,又推动排石,又碎石,提高清石率。BWL 的临床应用可能会开辟一个全新的领域,也成为医学无创治疗的范例。在这里,我们展示了这项新技术的首次人体测试:首先,粉碎测试,其次,测试清醒对象的耐受性。

图 1. 冲击波碎石术 (SWL) 和BWL 被认为会破碎结石,然后可以通过以下方式将其重新定位到输尿管超声波推进。 传统的 SWL(上图序列)碎石非通过连续冲击波侵入性地产生局部压力,导致初级石头内的断裂点。通常,经过 SWL 处理的结石会从较大的用重复的冲击波将碎片按比例分成较小的碎片,类似于激光碎石术中的“碎片化”策略。 相比之下,BWL 粉碎结石(下部图像序列)通过小块从一块大石头上脱落而发生,更类似于激光碎石术中的“除尘”策略。这个动作是使用超声波的聚焦正弦脉冲重复强调多个区域石头内。BWL 的较低压力幅度避免了可以屏蔽的空化云来自超声能量的结石并可能导致组织损伤。  临床上,BWL 是优势在于与 SWL 相比可以使用更高的速率(10-100 Hz 与 1-2 Hz)再次是因为振幅较低,可以更快地传递能量。  

(图片由应用物理实验室的 Kim Reading 提供。由墨尔本大学下载)


材料和方法

       两项研究都使用了研究性 BWL 超声碎石和推进系统称为Propulse 1,由 SC-60 治疗换能器组成(图 2a;Sonic Concepts,Bothell, WA),由高压放大器驱动(ENI AP400B,电子导航系统),由函数发生器 (Agilent 33250, Santa Clara, CA) 控制和与由研究控制的成像探头(P4一2,ATL/Philips,Bothell,WA)集成超声成像平台(VDAS一1;VerasonicsInc, Redmond, WA)下共同组合。探头允许同时可视化和粉碎或推进肾脏结石。与皮肤的耦合是通过一个充满水的手持扫描探头完成,使用偶联凝胶。治疗区由聚焦光束和固定焦点确定(图2b)。在 390 kHz 的频率下传输,波长为 51µs。超声波推动力应用是在最大高峰压力为 2.4 兆帕,持续时间为3 秒。我们的研究有获得美国食品和药物管理局和 UW机构审查委员会 (IRB)的批准,经过一系列临床前两种技术的临床试验。

图 2.a。定制手持式 BWL 和超声波推进探头,带有水-循环耦合头。治疗探头(黑色/银色,外围)是单个元件支持 P4-2 成像探头同轴对准的环(红色,中央) 整体探头直径 (SC-60) 为 6.5 厘米。 演示实时成像的用户界面。这右上面板显示 B 模式图像。红色椭圆代表治疗重点,必须对齐结石才能使治疗有效。左上面板显示定制的“S 模式”图像,  利用彩流多普勒使结石呈绿色。底部面板包括系统设置和系统反馈用于监控操作的参数。脉冲由脚踏开关触发。

      参与者A同意并参加临床试验NCT03873259,是第一个曾经经历过BWL。虽然最终目标是在门诊诊疗室完成,但参与者A根据协议,在BWL 治疗之前,接受了麻醉,并给予了插入导管,用于后续的输尿管镜检查。BWL处理结石(图 3)共9分钟,包括 7 MPa 峰值负压压力,8.5 分钟和 10 Hz 重复率,以及 6 MPa 和 17 Hz处理结石 30 秒。30 秒处理时间可以再次重复进行。在超声目标区域内寻找到结石超声图像,按呼吸周期,操作员触发 BWL 脉冲。治疗9分钟后,进行输尿管镜检查。通过输尿管镜视频确定残留结石的尺寸,自定义 Matlab 程序(Stonesizer 1.0 版),三位盲审员使用 273 µm 激光测量碎片大小

 3  目标结石和皮肤对结石的计算机断层扫描 (CT) 图像距离(SSD)。顶行中显示的每个对象的轴向图像。冠状面观参与者 A(左下)和参与者 B(右下)的矢状视图。

      参与者 A 接受了肾脏超声检查(US)检查作为输尿管镜检查程序的临床随访。

同一天,参与者 B 被招募到急诊科,患有输尿管结石。临床保守治疗五天后,参与者B同意并入组试验(NCT02028559 )并成为第一个接受 BWL 的清醒参与者。他被要求仰卧位于平板床上,他穿着便装,衬衫高高举起。BWL 探头被放置在

他的腹部。我们的目标是在 30 秒的时间内,应用 BWL超声推进以去除和重新定位阻塞的输尿管结石。峰值负压被限制在 6 兆帕而不是 7 兆帕。目标使有症状的清醒参与者对治疗有很好的耐受性,同时时有利结石的排出。基于视觉模拟评分的疼痛评分为 0-10

在治疗前、治疗抹不开始 3 次冲击后以及治疗完成后都进行了评估。两名参与者每周都会收到一次后续电话,为期 3 周,并且6周后行超声检查。在这项研究中,参与者是从急诊科经常使用随后的 US 来确认是否有输尿管结石排出或,肾积水已经消除。


结果

参与者A

     BWL 9分钟后,立即插入输尿管镜并进行目测确认7毫米的结石碎裂情况(图4)。在下极,有许多小的结石碎片。肾盏里有少量的血,附近漏斗部的尿路上皮粘膜有少量变红。全部碎片被测量到小于2毫米。三位盲审员评价者之间结石碎片尺寸测量偏差的最大片段为11%(1.85)± 0.2毫米)和第3大结石碎片为为3%(1.3± 0.03毫米)。利用超声波推进技术和超声波技术实时超声成像对结石的破碎进行了研究。在图5中,可以见图4中的结石碎片已在单个超声推进脉冲作用下,从肾盏中移出。然后用激光将结石进一步碎裂至<1mm,并置入输尿管支架。手术结束时,没有明显的瘀伤或瘀点覆盖在治疗侧的皮肤。病人醒来时疼痛很轻。标准的输尿管镜检查后药物应用包括非甾体类炎症药,坦索罗辛和口服麻醉止痛药(如需要)。

图 4. 参与者 A – 9 分钟后 7 毫米结石碎片的初始视图,BWL(左)和使用激光光纤作为刻度在视频上测量的尺寸(右)。四个图像中最大的碎片是(1.9、1.6、1.4 和 1.4 毫米)。小的出血,凝血,并且可以观察到组织的变色。

图 5. BWL 后结石碎片的超声推进,用超声推进 1 系统(上)和输尿管镜检查(下)。时间(0、0.5 和 1 秒)显示 1 秒超声波推进之前、中间和结束时的帧脉冲,它在超声帧中向下传播并在输尿管镜架。框内的红x和红线表示焦点和焦点Propulse 1 显示屏上的区域,并在后期处理中添加了黄色箭头以

显示在 0 s 时在帧中传播和向下移动的一组片段在 0.5 秒和 1 秒。这个运动和美国成像向操作员显示石头是不再是完整的结石,而是在体外观察到的许多碎片。1观察到超声波推进脉冲将碎片从肾盏中移出,并在最终临床使用时,许多脉冲可能会将结石从收集系统中移出。包括补充视频(补充视频 1 和 2)

参与者B

      参与者B报告,治疗10分中内出现间歇性左侧疼痛疼痛,评分为2分。用研究装置鉴定出7.5mm输尿管结石。大约九分钟BWL(6 MPa和17 Hz)和1至3个超声波推进脉冲每两分钟一次,共治疗10分钟。参与者报告没有感觉BWL爆发,轻微感觉“结石移动”与一些推进装置冲击,之后无疼痛。观察到肾积水无变化,结石沿输尿管无移位。皮肤上无变色。参与者B报告说治疗后侧翼疼痛完全缓解,疼痛评分为0分。

术后随访

       在为期三周的随访中,两名患者均未报告任何不良事件或麻醉剂药物使用。参与者 A 在手术后出现血尿和尿急,用坦索罗辛和布洛芬治疗,支架取出后相关不适解决。参与者 B 报告其治疗后第一次排尿时有血尿,但之后没有。治疗一周后,他报告尿道内有的紧迫感。15 天后,他排出了结石(图 6)。

        具体而言,两名参与者均否认恶心、发烧、便秘、腹泻、排尿、尿路感染、皮肤变化以及异常疼痛或不适的问题。随访6 周时,肾脏超声成像显示,两者均无结石或肾积水。

图 6. 参与者 B - 毫米方格纸上通过的石头的两张照片和一张尺寸为 7.4mm x 3.4mm x 3.1mm 的结石的 µCT 切片,以及确定的体积为 21.96 mm3。红外分析确定结石为草酸钙一水合物 (COM) 和 µCT 分析1

讨 论

      我们介绍了一种新的碎石技术 BWL 的初步应用结果,一例是在麻醉下,在输尿管镜术前,及BWL粉碎肾结石,另一例是没有麻醉的清醒的远端输尿管结石患者接爱BWL治疗。研究装置的超声成像提供了实时对结石治疗的反馈有助于指导治疗持续时间。利用超声波推进功效,也可用于重新定位碎片以促进结石的清除。

      参与者 A 仅用 9 分钟治疗就展示了对结石的出色粉碎。参与者 B 是清醒的,没有任何麻醉,而远端输尿管结石是治疗目标。该疗法不会引起额外的疼痛,并且耐受性较好。他报告说,由于远端输尿管结阻碍作用而导致的先前存在的不适感消除的比较明显,但没有感觉BWL推动结石移位的感觉。然而,我们没有获得结石破裂的视觉确认(US 图像在整个治疗过程中都没有变化),目前尚不清楚BWL 脉冲促进或可能延迟结石排出,因为结石直到治疗后15天才排出。比较通过的结石与术前的计算机断层扫描 (CT) 尺寸,BWL治疗可能会降低结石的宽度。然而,此项研究的主要目的是测试BWL碎石时患者的耐受性。

       目前的研究仅限于 10 分钟的治疗,,但目标是少于30 分钟的治疗。超声探头是针对最大 7 毫米的结石进行了优化治疗,但我们的团队正在努力实现治疗大于 10 mm.的结石的目标。同样,我们当前的超声探头产生 BWL以 5 至 7 厘米的皮肤对结石深度 (SSD) 进行冲击,并用推压皮肤US 探头可与 CT 上的 10 厘米 SSD 相媲美,如此可治疗更大范围的目标。形成具有根据需要不同的焦深,调节不同焦深的探头阵列成像,但通常用于瞄准的图像质量会需较大内存。

        目前正在进行对人体 BWL 的进一步研究,其他研究已经提交批准,因为 BWL 可能有许多潜在的好处。例如,它想知道 BWL 是否可以为弱势群体提供独特的好处,例如孕妇、儿童或脊髓损伤患者,或<7毫米石头或碎片。除了这两个试验这里提到的第三项试验是由 Sonomotion, Inc. 赞助的,该公司许可了来自 UW 的 BWL 技术。总之,这些试验旨在建立支持使用BWL 作为尿石病的一线无创治疗,无麻醉成功治疗上尿路结石,避免给患者带来重大风险、延误和不便。这种方式也可能允许在紧急情况下立即治疗肾结石和输尿管结石,这将比手术费用低得多,并可能改变有关治疗无症状结石的临床决策。

结论

     BWL 首次用于人类以无创靶向和治疗肾脏和输尿管结石。在这最初的两名参与者中,BWL似乎安全有效,并且在清醒的参与者中无疼痛。这项新技术的其他研究是正在进行全面评估安全性、有效性和耐受性。

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