Rázová vlna-Bernard Rázová vlna ESWT - balistický (pneumatický) generátor Vladan Bernard Biofyzikální ústav Lf MU Rázová vlna-Bernard-2019 • Co je to rázová vlna Rázová vlna je mechanická (akustická) vlna, přenášející velké množství energie (vs. ultrazvuk), podmíněná existencí hmotného prostředí, které se při jejím průchodu do jisté míry deformuje Rázová vlna (fyz): Strmý nárůst (< 10 ns, až 100 MPa) a pokles tlaku v místě obálky vlnoploch (v 3D povrch kužele) vytvořených zdrojem který se pohybuje nadzvukovou rychlostí (rychleji než vlastní tlaková vlna - Machův kužel) • Rozdíl oproti ultrazvukové vlně (diagnostický či terapeutický uz. gen.) Rázová vlna se vyznačuje skokovou změnou tlaku,vysokou amplitudou pozitivního a nízkou amplitudou negativního tlaku a neperiodičností. • Využití rázových vln ESWL – extracorporeal shock wave lithotripsy - mimotělová litotripse rázovou vlnou ESWT – extracorporeal shock wave therapy – léčba rázovou vlnou – fokusovaná radiální Rázová vlna-Bernard-2019 Rázová vlna podrobněji • Rázová vlna - shock wave SW - vývoj od ww2, první patent na elektrohydraulický generátor v USA, 70. léta první desintegrace žlučníkových kamenů in vitro Charakteristická vysoká hodnota pozitivní výchylky tlaku až 150 MPa (stonásobek atm. tlaku) se strmým nástupem 10-120 ns, doba trvání pozitivní výchylky tlaku okolo 500 ns, následuje negativní tlak s hodnotou 5-10 MPa. Schematické znázornění utváření strmého čela mechanické vlny v prostoru, způsobené nelinearitou šíření, kdy v místech s větším tlakem dochází k nárůstu rychlosti šíření a deformaci vlny Rázová vlna-Bernard-2019 ESWT komplexně • Fokusovaná rázová vlna - větší hloubkový dosah, větší hodnota energetické hustoty (nad 0,4 mJ·mm-2) , ohnisková fokusace s větším tlakem rázové vlny – oproti RSWT - vznik elektrohydraulický generátor - elektromagnetický generátor - piezoelektrický generátor • Radiální rázová vlna RSWT - nižší průnik do tkáně cca 3-4 cm, hodnoty akustické hustoty do 0,3 mJ·mm-2, bez možnosti ohniskové fokusace - vznik balistické (pneumatické) generátory - někdy považována spíše za tlakovou vlnu než rázovou vlnu - její časový tlakový průběh více sinusoidní (pozn. dále v prezentaci u RSWT uváděna stále jako rázová vlna, s ohledem na fakt přesnější terminologie tlaková vlna) Rázová vlna-Bernard-2019 Průběh rázové vlny ESWT – elektrohydraulický g. Hodnoty tlaku rázové vlny v čase Dosah rázové vlny v prostoru s ohledem na budící zdroj http://www.revmacentrum.cz Obecně rázová vlna může být popsána jako jeden puls s širokým frekvenčním rozsahem (až do 20 MHz), s velkou tlakovou amplitudou (až 120 MPa) a krátkou dobou náběhu. Rázová vlna-Bernard-2019 Vztah mezi aplikovanou energetickou hustotou, obnovou tkáně a využitelnými účinky (Rompe, Extrakorporale Stosswellentherapie) Rozdíly mezi fokusovanou, rovinou a radiální rázovou vlnou s ohledem na biologické účinky (Onose, 2011) Rázová vlna-Bernard-2019 Balistický generátor součásti - ovládací modul - aplikátor - kompresor Kinetická energie projektilu urychleného tlakovým vzduchem je přenesena do nástavce na konci pistole – vznik rázové vlny http://www.8a.ru/print/26733.php Rázová vlna-Bernard-2019 Fyzikální podstata funkce balistického generátoru • Kinetická energie vlny vytvořená stlačeným vzduchem se přenáší pružným rázem do speciální hlavice (vysílače) na konci aplikátoru. • Rázové vlny generované tímto mechanismem se šíří radiálně nebo soustředěným způsobem (podle druhu použitého vysílače). • Hloubka působení závisí na druhu použitého vysílače a přednastavené energii (tlaku) a dosahuje hodnot v rozmezí 4 až 7 centimetrů. • Šíření vzniklé tlakové vlny je závislé na hodnotě akustické impedance tkáně, přičemž vyšší absorpce se vyskytuje na akustických nehomogenitách (velkých rozdílech akustických impedancí rozhraní tkání). • Nutnost aplikace kontaktního media, např. uz gelu, pro snížení ztrát při přechodu mezi hlavicí aplikátoru/tkání (akustický impedanční rozdíl) v případě běžného aplikátoru Rázová vlna-Bernard-2019 Funkce balistického generátoru výchylka konce hlavice aplikátoru ve vodném prostředí (simulace tkáně)- trvání tlakové vlny 0,5 ms (1000 krát delší oproti rázové vlně) výchylka konce hlavice aplikátoru ve vzduchu Rázová vlna-Bernard-2019 Fyzikální parametry běžně užívaných balistických generátorů Frekvence 1-22 Hz Vnitřní tlak 1-5 ·105 Pa Energetická hustota v řádech mJ·mm2 (0,1 – 0,25 mJ·mm2 ) Natavení počtu rázů v 100 až 1000 Aplikační nástavce v rozměrech několika mm až desítek mm Průnik tkání až 7 cm (účinné cca 3,5 cm) Rychlost projektilu přibližně 5-20 m·s-1 Kombinace s jinými terapeutickými přístroji - laser, magnetoterapie, uz Rázová vlna-Bernard-2019 http://www.ems-company.com Výrobcem deklarované parametry RSWT přístroje Power+Handpiece, graf energetické hustoty závislé na ploše aplikátoru a pracovním tlaku přístroje Rázová vlna-Bernard-2019 Deklarované léčebné účinky ESWT • Analgetický účinek • Zvýšení metabolismu • Rozpuštění vápenatých usazenin ve vazivových buňkách • Zvýšení produkce kolagenu • Snížení svalového napětí • Uvolnění „spoušťových bodů“ http://www.ems-company.com/ Rázová vlna-Bernard-2019 Literatura: Shock wave application in medicine, a tool of modern operating theatre An overview of basic physical principles, history and basic research Michael Thiel Ph.D., Martina Nieswand, Ph.D., Michael Dörffel, Ph.D. Extracorporeal Shock Wave Therapy – A new “wave” (also) in Physiatry? Prof. Gelu Onose et al, Practica Medicala –VI, 1(21), 2011 Wess OJ – Physics and technology of shock wave and pressure wave therapy – STORZ Medical AG http://www.shockwavetherapy.ca http://www.ismst.com/start.htm http://www.btlnet.com/mf/shockwave-therapy/ Kreveta Alpheus bellulus Rázová vlna-Bernard-2019 K lovení kořisti používá „rázovou vlnu“ vytvořenou pomocí vlastního klepeta. Rázová vlna-Bernard-2019 Manuál Swiss dolorclast® classic http://www.ems-company.com Děkuji Vám za pozornost