سنگ شکن برون اندامی
سنگ شكن برون اندامي به تكنيكي اطلاق مي شود كه باآن مي توان بدون انجام عمل جراحي باز مواد رسوبي را كه در بدن انسان بوجود مي آيد، بدون تماس مستقيم با آن از راه دور خرد كرد. اين شيوه درمان براي اولين بار توسط Chassyو همكارانش در سال 1980 اهدا و استفاده كلينيكي از Shock Waveبراي خرد كردن سنگ هاي كليه گزارش شد. از آن زمان به بعد دستگاه هاي سنگ شكن زيادي در سرتاسر دنيا به كار گرفته شدند و تقريباً هر روز هزاران بيمار از آن سود مي برند. پيشرفت در نتيجه سال ها تحقيقات وسيع آزمايشگاهي است كه توسط كمپاني فضايي مهندسي دورنير (Dornier) انجام گرفته است. اين دست آورد علمي در واقع در جريان تحقيقات فضايي حاصل شد. بدين ترتيب يك كره فلزي كه سطح آن از آب پوشيده شده و در محفظه اي صداگيري شده كه Shock Waveبه آن مي تابد قرار مي گيرد، فرورفتگيهاي كوچك در زير قطرات آب ايجاد مي شود. به همين ترتيب در قسمت داخلي كره، بين فلز و هوا فرورفتگي هاي كوچكي حاصل مي گردد. در نتيجه اين تحقيق مشخص شد كه Shock Waveاثر آكوستيك دارد كه در اين مورد آب و فلز در خارج از كره و فلز و هوا در داخل كره است. حال چگونه اين يافته تبديل به درمان سنگ هاي كليه مي شود هنوز چند و چونش روشن نشده است. اما به نظر مي رسد كه مهندسان دورنير در هدف خود موفق بوده اند. فرضيه آنها بر اين اساس است كه اگر Shock Waveبر روي سطوح با ظرفيت آكوستيك متفاوت عمل كند، مي تواند بر محل اتصال سنگ و بافت كليه كه داراي دو ظرفيت آكوستيك متفاوتند، عمل كند. تست اوليه براي بررسي اثرات بيولوژيك Shock Waveدر آزمايشگاه دورنير با مطالعه اثرات Shock Waveبر روي سنگ كليه در محيط خارج از بدن انجام گرفت. نتايج ابتدايي اثرات انتخابي Shock Waveبر روي سنگ ها در كنفرانس مشترك صنايع پزشكي مونيخ آلمان در سال 1975 اعلام شد و تائيد استفاده كلينيكي از Shock Waveبراي درمان سنگ هاي كليوي در اين كنفرانس تحقق يافت.
در تحقيقات آزمايشي اوليه از يك چاشني انفجاري براي توليد Shock Waveاستفاده كردند. روشي كه از نظر كلينيكي كار دشواري است و از طرفي توليد Shock Waveدر زير آب به طريق Spark Gapپيشرفتي بود كه سبب توسعه كلينيكي آن شد.
نحوه توليد امواج
نخست مي بايست Shock Waveرا به نحوي توليد كرد. اين امر در دستگاه دورنير با برقراري جرقه در شكاف مابين دو شمع در زير آب صورت مي گيرد. اين فرآيند به اختلاف پتانسيل تقريبي 17 كيلو ولت احتياج دارد. نتيجه اين امر تخليه آب از الكترونهاي خود و ايجاد پلاسما است. حبابهاي پلاسما اتساع يافته و Shock Waveرا در مقابل خود به حركت در مي آورد.
ميدان قوي الكتريكي ممكن است سبب بروز عوارض قلبي شود. به اين دليل در استفاده از دستگاه دورنير Shock Waveو ECGبيمار مي بايد با يكديگر هماهنگ شوند. به ازاي هر 700 ضربه الكترودها مي بايست تعويض شوند كه به دليل تغيير كيفي پوشش آنها و زياد شدن فاصله بين شمع هاست.
از ليزر نيز مي توان جهت توليد امواج استفاده كرد. يعني با تمركز انرژي ليزر در يك نقطه كوچك مي توان موجبات تخريب سنگ ها را مهيا ساخت. در اين روش نيازي به وجود الكترود و وسايل جانبي آن نيست.
شركت زيمنس آلمان با استفاده از قوانين الكترومنيتيك توانست اين امواج را به طريقه ديگري توليد كند. در اين روش در اثر حركت پرده فلزي خاصي در مقابل يك ميدان قوي مغناطيسي امواج توليد شده و با استفاده از عدسي هاي صوتي به روي هدف نشانه گيري مي شوند.
با استفاده از قانون پيزوالكتريك كوري ها نيز مي توان Shock Waveتوليد كرد. يعني با القاء جريان الكتريكي در بلورهاي كوارتز مي توان از ارتعاشات حاصله جهت توليد امواج استفاده كرد. در اين روش به وجود الكترود نيازي نبوده و به علاوه از آثار مخرب روي ضربانات قلب خبري نيست.
شركت Yachi Yodaدستگاهي را تحت نام تجاري (SZ-1) به بازار عرضه كرده است. در اين دستگاه جهت شكستن سنگ از انفجارات محدودي (Micro Explosion) روي سنگ استفاده مي شود كه به هر حال عاري از خطر نيست.
تنظيم Shock Wave
اگر روش ميزان كردن قدرت Shock Waveوامكان متمركز كردن آن توسعه نيافته بود،استفاده كلينيكي ازShock Waveغير عملي بود.بدون متمركز كردن آن،مقدار نيروي لازم جهت شكستن سنگ خارج از تحمل بافتهاست.
استفاده از ستون نيمه بيضي (نيمه شلجمي)فلزي قرينه انجام مي گيرد،درحاليكه براي اين منظور زيمنس از لنزهاي آكوستيك ودر مدل پيزوالكتريك از صفحه نيم كروي استفاده مي شود.
Shock Waveدر زير آب با جرقه الكتريكي ايجاد و سبب تبخير آب در نقطه جرقه مي شود.بخار آب پس از پخش شدن به صفحات نيمه شلجمي و برخورد با آن سبب يك موج فشاري شده،سپس امواج ايجاد شده به اين صفحات منعكس و دردومين كانون F2متقارب مي شوند. قدرتي كه در كانون دوم از محل تقارب رخ مي دهد برابر مجموع موج هاي انعكاس يافته است. اندازه نقطه كانوني كم و بيش 6 دسي بل است. بيشرين مقدار انرژي مؤثر در اين محل متمكز مي شود. از طرفي مقدار انرژي توليد شده در كانون، نه تنها بستگي به انحناي صفحه نيمه بيضي دارد، بلكه همچنان به فاصله رئوس الكترودهاي جرقه زن نيز بستگي دارد. امواج ايجاد شده ممكن است در برخورد به توده بدن كاهش يابد، از سوي ديگر استخوان در حد قابل توجهي فشار امواج را كاهش مي دهد، به علاوه 6 سانتي متر از بافت عضلات سبب كاهش 10% الي 20% از دامنه فشار خواهد شد، چون ولتاژ سنگ شكن قابل تنظيم است، لذا مي توان مقدار انرژي لازم در هر شوك را با توجه به توده بدني بين سنگ و منبع انرژي و سختي تنظيم كرد. مطالعات تجربي اثرات Shock Waveبر روي سنگها با تركيبات مختلف ، نشان مي دهند كه قطعه قطعه شدن سنگها سبب توليد انرژي جنبشي در سنگها شده كه مقدار آن 2ميلي ژول است و تقريباً معادل برخورد قطرات باران بر روي سنگ فرشها مي باشد.
Shock Waveاثرات انفجاري بر روي سنگها ندارد و قطعات در مخاط جايگزين نمي شود. قدرت Shock Waveبه تنهايي 300 الي 600 بار است . اين مقدار برابر با 800 الي 1100 فشار اتمسفر مي باشد. اگر بيمار بيهوش نشود، درمان كاملاً درد ناك مي گردد. ولي در دستگاه هاي نسل سوم، ناحيه تمركز كوچكتر و در نتيجه نسبت به نسل قبلي موجب درد كمتري مي شود، از طرفي در صورت نياز تنها استفاده از مسكن ها كافي است .
مقايسه امواج Shock Waveو اولتراسوند
هم امواج Shock Waveو هم اولتراسوند بر طبق آكوستيك عمل مي كنند. اما تفاوت هايي در قابليت هاي فيزيكي بين Shock Waveو اولتراسوند وجود دارد. وقتي ديا گرام Shock Waveو اولتراسوند را با هم مقايسه مي كنيم ديده مي شود كه Shock Waveداراي يك شدت فشار بالا با شروع تند و بازگشت آرامي است. در حالي كه در اولتراسوند امواج يك فركانس كاملاً مشخص و منفرد و فشار سينوسي دارند كه با تغييرات كششي و متغير است.
وقتي كه Shock Waveو اولتراسوند از موانع بيولوژيكي مي گذرند، بافت ها اثرات با فركانس بالا را كاهش مي دهند. بنابراين محدوده وسيع فركانس پايين Shock Waveو عدم كاهش در بافت ها سبب افزايش نفوذ عميق Shock Waveنسبت به اولتراسوند مي شود. از طرفي بافت ها سبب كاهش امواج اولتراسوند مي گردند، بدين جهت براي مدت زيادي نياز به تابش اولتراسوند است .
در اثر تابش امواج با فركانس پايين كه براي نابودي سنگ ها به كار مي رود بافت متلاشي نمي شود. مشاهده اين نكته كه امواج با فركانس پايين Shock Waveباعث نابودي و تغيير سلول نمي شود موجب استفاده از Shock Waveدر درمان سنگ هاي كليوي شده است. Chassyاولين كسي بود كه به فرآيند خرد شدن سنگ هاي كليوي بر اثر امواج الكتريكي پي برد. Shock Waveتوليد شده در خارج بدن از طريق يك لوله آب عبور كرده وسپس به بافت هاي بدن و نهايتاً به سنگ مي رسد. به ويژه كه بافت هاي بدن شامل استخوان ها نيز هست از نظر آكوستيك سبيه به آب هستند، به همين دليل Shock Waveبا بافت هاي بدن مانند آب رفتار مي كنند و هيچ تاثير فيزيكي فعالي بر روي آنها ندارد تا زماني كه به دو سطح متفاوت از نظر ظرفيت آكوستيك برخورد نمايند، كه اين در مورد سنگ است. وقتي Shock Waveبه سنگ مي رسد محل اتصال سنگ با بافت و يا سنگ با مايع سبب تغييري در ظرفيت آكوستيك مي شود. بنا براين هنگامي كه به قسمت قدامي سنگ بر مي خورد موجب فشار بر اين نقطه شده و سپس اين امواج از تمام قسمت سنگ مي گذرد و باعث ايجاد موج كششي در قسمت خلقي سنگ مي گردد. از طرفي هم اثرات فشاري و هم كششي سبب خرد شدن و قطعه قطعه شدن سنگ مي شود. شكسته شدن سنگ به طور همزمان توسط امواج تكاندهنده و انعكاس آنها در دو سوي اتفاق مي افتد.
