Principio di funzionamento di un litotritore

Il litotritore è un apparecchio non invasivo che, mediante l’uso di onde d’urto meccaniche, permette di frantumare calcoli e concrezioni calcaree.

Un litotritore è costituito da una sorgente di onde meccaniche di elevate intensità che vengono focalizzate verso le concrezioni da frantumare. Quando l’onda meccanica giunge su un materiale, essa provoca compressioni e trazioni interne in grado di disintegrarlo.
L’onda d’urto quando passa dai tessuti al calcolo, si riflette e determina l’instaurarsi di un’altissima pressione interna locale che frantuma la concrezione nella sua parte iniziale. Le onde di pressione che proseguono attraverso il calcolo giungono poi nella parte finale del calcolo, dove si riflettono parzialmente (in una nuova interfaccia calcolo/tessuti) provocando la distruzione della parte terminale del calcolo. Successive onde d’urto vengono poi applicate per frantumare la zona centrale.

La pressione dell’onda d’urto deve essere maggiore del limite di resistenza del calcolo, ma al tempo stesso inferiore al limite di tolleranza dei tessuti biologici (50-100 MPa). La durata dell’impulso deve essere più breve del tempo di transito attraverso il calcolo per evitare sovrapposizioni tra onda incidente e onda riflessa dalla seconda parete del calcolo.

Un modo per provocare l’onda d’urto è tramite il generatore a scintilla elettrica innescando una scarica elettrica tra due elettrodi immersi in acqua, tra i quali, scaricando un condensatore, viene originata una differenza di potenziale molto elevata (14kV-30kV). L’energia del condensatore viene poi rilasciata in un tempo breve (circa 100 nanosecondi) generando una scarica elettrica tra gli elettrodi. Questa scarica vaporizza il fluido lungo il suo percorso generando un’onda d’urto di vapore che si diffonde per superfici d’onda sferiche.
Questo tipo di litotritore viene usato sottoponendo ad anestesia il paziente e controllando l’ECG per prevenire aritmie. Per evitare che le scariche generino aritmie l’onda d’urto viene emessa tra l’onda QRS e l’onda T di ripolarizzazione, ovvero quando il tessuto cardiaco è refrattario alla stimolazione.
Con questa tecnica il paziente viene posizionato con il calcolo nel secondo fuoco tramite immagini ecografiche in tempo reale. Ciascuna applicazione richiede alcune centinaia di onde d’urto in base alle dimensioni del calcolo e la durata è di circa 20-60 minuti. Al termine della frantumazione, i calcoli vengono rimossi con le urine.
Uno svantaggio del generatore a scintilla è la scarsa stabilità e la scarsa riproducibilità dell’onda d’urto sul calcolo, dovuta alla scarica irregolare degli elettrodi.
Questo problema si aggrava con l’uso, a causa del consumo degli elettrodi, che vengono cambiati molto spesso e quindi con aumento dei costi.

Un altro metodo per provocare l’onda d’urto è tramite l’utilizzo del generatore piezoelettrico che sfrutta l’emissione acustica da parte di elementi piezoelettrici.
Il dispositivo sollecita una matrice di elementi piezoelettrici che sono disposti in modo da generare singole onde di pressione che si sommano per focalizzare l’onda d’urto in un punto. La formazione dell’onda avviene in acqua e il calcolo viene sempre posizionato nel fuoco dell’onda d’urto identificato tramite ecografia, la cui sonda è solidale con il litotritore stesso.

Con questo metodo il paziente non è immerso in una vasca d’acqua e non si ha bisogno di anestesia e controllo ECG in quanto l’onda d’urto è localizzata alla zona renale e non si applicano scariche elettriche che potrebbero influire sul regolare battito cardiaco. Inoltre la macchia focale è molto piccola rispetto al generatore a scintilla ed è inoltre stabile e riproducibile.

Un altro metodo è mediante l’utilizzo del generatore elettromagnetico. In questo caso le onde d’urto sono generate dalla vibrazione di una lamina per mezzo di un campo elettrico generato da una bobina in cui passa una corrente elettrica alternata. L’onda d’urto prodotta viene poi focalizzata sul bersaglio tramite una lente acustica.
Un grosso vantaggio di questa tecnica è che usando una bobina cilindrica, si può posizionare la sonda ecografica di puntamento sull’asse della bobina stessa in modo da indirizzare le onde d’urto del litotritore, direttamente nel punto individuato dalla sonda ecografica, garantendo un’elevata precisione nel posizionare nel fuoco il calcolo da frantumare.

Fonte: Fisica biomedica.