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Dai JC, Sorensen MD, Chang HC, Samson PC, Dunmire B, Cunitz BW, Thiel J, Liu Z, Bailey MR, Harper JD. Quantitative Assessment of Effectiveness of Ultrasonic Propulsion of Kidney Stones. J Endourol. 2019 Oct;33(10):850-857. doi: 10.1089/end.2019.0340. Epub 2019 Sep 25. PMID: 31333058; PMCID: PMC679879 目的：研究超声波推进在尿路结石无创成像和重新定位中的安全性和有效性。方法：经皮超声推进，输尿管镜观察结石。频率350 kHz，焦点强度≤200 W/cm²，每次曝光≤3秒。记录视频并由独立评审员评分结石移动≥3毫米。跟踪不良事件。结果：18名受试者和19个肾脏接受治疗，处理62个石标。平均17次推进爆发/肾脏，总曝光40秒/肾脏。95%的输尿管镜视频和79%的超声视频中至少一个结石移动≥3毫米。两例需重新定位篮子的结石被治疗重新定位。无严重不良事件。结论：超声波推进安全有效，能重新定位95%肾脏中的结石，尽管存在定位限制。 有症状或较大肾结石的治疗主要采用手术治疗1，碎石术后碎片残留很常见。这些残留碎片对目前的石材处理提出了挑战。大多数会随着时间的推移而自然消失，然而，残留的碎片随后可能会生长或出现症状。据报道，输尿管镜治疗后残余结石碎片的再次干预率高达 29%，冲击波碎石术后为34 % ，经皮肾镜取石术后26 %，总体为30%。 超声波推进是华盛顿大学 (UW) 开发的一种方式，它使用聚焦的超声波 (US) 能量来重新定位肾结石。该技术的首次人体临床可行性研究证明了该技术在促进残留结石碎片通过方面的潜力，以及移除阻塞性结石以缓解疼痛以及区分单个大结石和簇状结石的其他临床应用。可行性研究中使用的原始探头是商用曲线 C5-2 HDI 探头（飞利浦超声，波塞尔，华盛顿州），它使用 73% 占空比的 2 MHz 脉冲 50 毫秒推进。使用该探头获得的结果包括在临床和手术室内窥镜结石治疗期间，15 名受试者中的 14 名出现结石移动，15 名受试者中的 8 名受试者移动≥3 毫米，碎石后 6 名受试者中有 4 名通过了超过 30 个碎片科目。 C5-2 探测器的几个方面提供了改进的机会。爆发持续时间和爆发之间的等待时间受到探头表面加热的限制，从而限制了传递到石头目标的能量、每次推动的数量和有效性以及成功石头重新定位的整体效率。此外，该探头的短焦距限制了更深深度的有效能量传输。最后，较窄的光束宽度可能限制了操纵碎片组与一次移动单个碎片的能力。 为了解决这些限制，随后设计了定制探针，以更好地优化向石材目标的能量输送。重新设计的探头被称为 SC-X 探头，采用水冷耦合接口、更宽的焦束宽度、更长的焦深和更长的脉冲持续时间。体外实验发现，与原始 C5-2 探针相比，SC-X 探针设计能够更有效地从 30 毫米模体杯中 4.5 厘米和 9.5 厘米深度处排出结石碎片簇。结石的成分不会改变体外的有效性。根据这些数据，重新设计的探头将更有效地在体内移动结石碎片。 先前对人体超声波推进的评估依赖于US的反馈来评估结 石头移动的成功。值得注意的是，这在准确评估小或平面外运动方面存在局限性。因此，我们进行了一项前瞻性临床可行性研究，以评估 SC-X 探头在人类受试者中移动结石目标的功效，使用结石移动的内窥镜演示作为主要终点。 材料和方法 这是一项通过华盛顿大学进行的单中心研究，并通过研究设备豁免获得了华盛顿大学机构审查委员会和美国食品和药物管理局的批准。ClinicalTrials.gov编号为NCT02028559。 研究设备 研究中的超声推进系统由 SC-X 治疗探头（Sonic Concepts，博塞尔，华盛顿州）组成，由函数发生器（Agilent 33250，加利福尼亚州圣克拉拉）和高压放大器（ENI AP400B；电子导航系统）驱动，集成了一个US研究平台（VDAS-1；Verasonics, Inc.，雷德蒙德，华盛顿州），可以使用单个手持式探头同时进行实时图像引导和治疗脉冲传输（图 1a）。这是通过将 P4-2 成像探头（飞利浦超声）与治疗探头内的定制外壳安装在一起以使轴对齐来实现的。水循环耦合头可防止探头过热。探头具有固定的治疗焦点（图 1b，红色椭圆形），要求操作员在该焦点内目视对准结石目标，但与首次人体临床试验中使用的 C5-2 探头相比，其焦点光束和爆发持续时间更长。
如图 1. (a)带有水循环耦合头的定制手持式超声波推进探头。治疗探头（黑色/银色；由箭头标记）是一个单元件环，支持 P4-2 成像探头（红色；由箭头标记）同轴对准。探头总直径为 5.5 厘米。(b)超声波推进图形用户界面展示实时成像。右上面板显示B 模式图像。红色椭圆形代表治疗焦点，其中必须对齐石头才能使超声波推进有效。左上面板显示定制的“S 模式”图像，利用彩色流多普勒使宝石呈现绿色。底部面板包括用于监控操作的所有系统设置和系统反馈参数。脉冲由脚踏开关触发 研究方案 在进入手术室之前获得每个受试者的书面知情同意书。US使用该研究装置进行了一项筛选研究，以确定结石是否可以可视化以及是否有角度可用于将结石推入背侧截石位置。如果是这样，则在超声医师、泌尿科医生和研究团队的指导下经皮应用超声波推进，而结石目标则通过输尿管镜直接可视化。在每次超声推进尝试期间停止激光治疗和冲洗。石头目标被定义为单个石头或碎片簇；被移动到新的杯体或随后被分割成较小的石头集合的目标被认为是新的、独特的目标。这样，可以在单个肾脏中治疗多个目标，并且可以在整个碎石过程中应用超声推进治疗。对于粘附的结石，尝试使用超声波推进，然后在必要时通过内窥镜将这些结石移出。治疗外科医生根据激光光纤估计目标尺寸。选择这种方法是因为并非所有受试者在术前都使用相同的成像方式（CT、US 或平片）进行成像，而且它还允许碎石治疗产生的目标尺寸发生变化。 治疗暴露包括 350 kHz US 频率、≤200 W/cm 2聚焦强度和每次推送≤3 秒的突发。对肾脏的推送尝试次数没有限制，但最大暴露持续时间（每次推送持续时间的总和）限制为 10 分钟。记录输尿管镜和超声视频。 手术后，每周与每位受试者联系，持续 3 周，以了解与超声推进治疗相关的潜在不良事件。我们还进行了额外的 90 天图表审查，以捕获任何计划外的与石材相关的事件。所有受试者均接受临床影像和泌尿科随访作为其护理标准的一部分。 数据分析 本研究的主要终点是根据输尿管镜视频的独立审查报告，肾脏内至少一个目标结石的成功移动（定义为 ≥3 毫米）。根据超声（和输尿管镜检查）解决运动的能力选择 3 毫米距离。次要结果包括目标结石在 US 上的移动和不良事件的发生。还测量了每个单独的推爆发的运动距离，因为在临床实践中可能会应用几次爆发来将结石完全引导出肾脏，这是临床相关的终点。 研究人员将所有输尿管镜视频片段过滤成相同数量的，显示接受推进爆发的结石和未接受推进爆发的结石，并将它们随机化。然后由三名接受过专科培训的腔内泌尿科医师对输尿管镜视频集进行检查，以确定目标运动是否≥3 毫米，而对每个视频中的曝光情况不知情。腔内泌尿科医生根据输尿管镜视频中的结石移动是否超过 3 毫米进行临床判断。所有美国视频剪辑均被类似地过滤为与超声波推进爆发相关的大致相同数量的有运动和无运动（由研究小组确定）的视频片段，进行随机化，并由另外三名临床医生进行审查。美国评审员包括一名接受过专科培训的腔内泌尿科医生、急诊科医师和一名注册超声技师。美国视频中提供了 3 毫米的参考距离。每个目标移动的总距离是根据美国视频（可见）进行量化的。 结果 人口统计 表 1给出了入选受试者的结石目标和人口统计信息。18 名患者的 19 个肾脏接受了超声推进治疗。根据术前成像和术中可视化，至少对 62 个结石目标进行了一次推动尝试，这些结石目标的大小从灰尘大小的颗粒到 15 毫米不等。在所有治疗尝试中，受试者平均接受 17 ± 14 次超声波推进脉冲（范围 3-52），总平均暴露时间为 40 ± 40 秒。 根据输尿管镜视频，19 个肾脏中有 18 个（95%）的结石移动≥3 毫米，所有 3 名盲审评审员均得分。其中一个案例的视频是出于必要而用手机摄像头拍摄的。在这种情况下，一名审阅者对运动进行评分，但两名审阅者报告视频质量不足以对运动进行评分。没有评论者对任何移动> 3毫米表示怀疑，并且在除了三个案例之外的所有案例中，结石似乎通过单次推射从输尿管镜移出杯杯。审查美国视频后，19 个肾脏中的 15 个（79%）的结石移动≥3 毫米。在美国，用手机拍摄输尿管镜视频的一例中没有观察到结石移动。评论家评论说，在某些情况下，结石似乎移出了美国成像平面。图3显示了超声和输尿管镜视频同时捕获的单个、<3 秒的超声波推进脉冲所导致的结石移动示例。与图 3相关的视频作为补充视频超声 SV1和输尿管镜检查 SV2包含在内。
如图。3. US (a–c)和输尿管镜检查(d–f)上看到的结石目标移动的图示。黄色箭头表示超声波传播和石头上的声力的方向。结石从杯杯中移出。US = 超声波。 图 4提供了输尿管镜视频的结果。每个圆圈显示 19 个肾脏中单个目标结石的移动，三位独立的输尿管镜视频审核员证实了这一点。观察到从头石头、单个碎片以及各种尺寸的碎片集合发生移动。
如图 4. 从输尿管镜视频观察运动。每个圆圈显示 19 个肾脏中单个目标结石的移动，三位独立的输尿管镜视频审核员证实了这一点。浅灰色圆圈代表移动≥3毫米。深灰色圆圈代表视频质量不足以判断运动的情况。 研究人员进一步审查了所有美国视频（n = 321）。然后，我们过滤掉了石头附着在组织上的视频片段（n = 14），因为移动附着的石头不是本文的目标，其中患者呼吸导致完全错位（n = 18），因为在我们的临床应用中，清醒的患者可以屏住呼吸，我们的目标是输尿管镜检查产生的气泡（n = 13），因为这些气泡在诊所的推进过程中不会出现。表 2第 3 栏显示推送突发的总数，括号中是过滤后的数字。一些案例的视频显示，结石太大而无法逃离杯口，因此被保留，因为在推动尝试之前这一点并不明显。这总共留下了 276 个已应用的推送突发。据报告，所有推爆中的 53%会导致一定程度的结石移动，其中 39% 会导致显着的结石移动 ≥3 毫米。此外，82%的石头目标据报道，它们通过超声波推进进行移动，其中 61% 的移动量≥3 毫米。根据美国测量，这些机芯的尺寸范围为 3.4 至 38.4 毫米。30% 的下极目标 (6/20)、68% 的中极目标 (19/28) 和 43% 的上极目标 (6/14) 发生≥3 毫米的显着石块移动。表 2给出了不同主题的结石运动情况。推送突发的次数表示尝试的总数，其中包括删除带有棋子的视频片段以及括号中的 US 与目标棋子未对准的情况后的数量。 图 5使用超声和输尿管镜视频提供了对结石目标运动的完整评估。美国视频的大视野可以评估结石是否已移出杯盏，并且当操作员移动输尿管镜以在新位置找到结石时，输尿管镜视频证实了这一点。八名受试者的十三个石标完全移出目标杯。在六分之五的情况下，超声波推进无法分离附着的结石；一旦分离，所有六块石头都通过超声波推进移动>3毫米。
如图 5. 从所有超声和输尿管镜视频中观察运动。每个圆圈显示了通过审查 62 个目标的美国视频测得的最大石头移动量。每个圆圈的颜色表示运动的程度。每个圆圈的大小代表目标大小。实心圆圈代表单个目标石头，而茅草或斑点图案则标识一组石头或灰尘。点的位置只是一般代表石头的位置。 安全 不良事件总结于表3中。大多数被认为是输尿管镜介入治疗的典型后遗症。治疗完成后立即检查时发现 7 名患者出现皮肤发红或其他刺激症状，这些症状自行消退，并且在随后的 1 周随访中未报告。一名受试者报告治疗后出现胁腹瘀伤，可能与治疗有关，该瘀伤也自然消退，但在 1 周随访时未报告。没有观察到超声推进对收集系统壁造成损伤。 讨论 本文介绍了使用新一代 SC-X 治疗探头进行的超声波推进的首次人体演示。通过输尿管镜目测和超声检查，通过独立、盲法审查确认结石明显移动≥3 毫米。95% 的案例中至少成功移动了一个石标。体重指数或其他因素并没有阻止任何受试者成功地重新定位。在两个治疗案例中，一个意想不到的好处是，无需使用篮子将结石从下极重新定位到更适合激光碎石术的位置。此外，没有发现与超声波推进治疗相关的严重或意外不良事件，这支持了先前证明该技术在动物和人体研究中的安全性的工作。 这项研究中目标移动的高度成功令人鼓舞。与以前用于治疗结石的超声波推进探头所实现的 67% 的病例（8/12，忽略结石可能已附着甚至粘膜下的新生病例）相比，这有所改善。诊所和输尿管镜检查期间。9此外，至少在 6 个案例中证明了同时移动多个石块的能力，这是以前的探头设计中未观察到的效果。此外，这些结果是在术中受到受试者定位受限、呼吸运动不受控制以及受试者缺乏参与等挑战的情况下获得的。 患者体位的灵活性，例如侧卧位或俯卧位，理论上可以暴露更多潜在的治疗窗口，甚至可以进一步优化清醒患者的有效治疗。在一些推动尝试不成功或结石运动有限的情况下，治疗光束的定位和角度不是最佳的，导致结石移动到杯壁而不是移向漏斗部。这一观察结果得到了以下事实的支持：在两个案例中，结石在重新定位到新位置（用于碎石术）后，通过超声波推进成功移动。 总体而言，在碎石过程中，成像和有效性恶化可能是由于输尿管镜检查过程中引入的空气和灰尘所致。在一个案例中，疑似有一块大的粘附性石头爆裂了治疗屏蔽，导致传递到杯内碎片的能量有限。尽管成功超声波推进治疗的最佳结石尺寸仍有待确定，但在本研究中我们能够移动多达 7 毫米的结石目标。之前对人体进行的试验已经证明，石头的移动尺寸可达 10 毫米。漏斗部和肾盏系统的大小最有可能限制能够重新定位的结石的大小，而不是推爆的力量。 最重要的是，这项研究表明，石头可以自由移动、移动，并且移动通常是在几次爆发内完成的。然而，在美国图像中并不总是能够理解运动的全部范围，这表明诊所环境中的实际运动可能被低估。这项研究还深入了解了广泛的收集系统几何形状，以及瞄准角度的重要性，以便将结石移动到开放的流体空间而不是进入肾盏壁。在诊所内，无法直接观察解剖结构，因此尝试多种角度接近不移动的结石非常重要。与下极区域相比，极间区域的结石治疗相对成功，治疗角度的关键作用显而易见。 同样重要的是要认识到结石可能附着或以其他方式限制，这是用输尿管镜很容易观察到的情况，但在临床应用中却很难观察到。目前，推动脉冲尚未成功地移走石头（六个之一），但我们已经设计并将很快实施新的脉冲来尝试移走附着的石头。 最后，这项研究证明了水合作用的重要性，因为扩大的收集空间提供了更好的结石可视化以及根据美国指导移动结石的方向。在正在进行的测试超声波推进临床效益的试验中，我们鼓励受试者喝水以扩大收集空间，并且我们从这项研究中消除了对在几次推进爆发后不移动的石头被附着或以其他方式困在适当位置的信心。对于其他石头，问题是找到杯杯的出口路径。这些正在进行的试验测试了重新定位残余碎片或小结石以促进其从肾脏或输尿管膀胱交界处自然清除以及将较大结石从肾盂输尿管交界处的阻塞位置移回肾脏以缓解疼痛的潜在益处，在这里测试的探头和系统以及正在进行的试验中，我们还开始了首次人体试验，以使用爆破波碎石术16破碎结石，并移动或打破附着或困住的结石以重新定位它们。 结论 这项研究表明，通过新的改进的探头设计，移动石头和石头碎片取得了巨大成功。输尿管镜观察下 95% 的肾脏和超声观察下 79% 的肾脏中，超声推进成功地能够将至少一个结石目标移动 ≥3 毫米的距离，并且在人类受试者中没有出现任何与研究设备或程序相关的严重不良事件。成功的结石移动的差异可能是美国平面移动的结果，这表明即使在某些情况下缺乏积极的超声反馈，这种治疗也可能有效。结果表明，超声推进有潜力用于在碎石术前重新定位结石、改善手术期间结石的进入、提供结石附着的反馈以及术后排出碎片。 |
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