F. Fernández¹, A. M. Loske¹, J. Van Cauwelaert¹, F. E. Prieto²

¹ Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada, UNAM, Apdo. Postal 1-1010, C.P. 76000. Querétaro, Qro., México, Tel. (52) (442) 2381164, Fax: (52) (442) 2381165, fcofdez@servidor.unam.mx, loske@fata.unam.mx

² Instituto de Física, UNAM, Apdo. Postal 20-364, C.P. 01000, México, D.F., Tel. (52) (55) 562334164, Fax. (52) (55) 56234165, loske@fisica.unam.mx

Received: January 8^th 2003.
Accepted: April 30^th 2003.

Abstract

The design and construction of autonomous electronic instrumentation to generate fast high voltage discharges (6 to 10 kV) on a piezoelectric crystal array, in order to produce underwater shock waves, is described. If properly focused, hundreds of these shock waves are capable of destroying renal and ureteral calculi. This clinical treatment, developed more than 20 years ago, is known as extracorporeal shock wave lithotripsy (ESWL). In contrast to standard devices, our system produces two, rather than just one, shock waves with an adjustable delay between 50 and 950 μsec. The objective is to enhance cavitation-induced damage to the kidney stone without increasing tissue trauma. Kidney-stone model fragmentation tests, obtained with the novel system, were compared to those achieved with a conventional piezoelectric shock wave generator, showing a 20% increase in fragmentation efficiency. Initial in vivo studies with animals have shown reduced tissue trauma.

Keywords: Piezoelectric shock wave generation, Tandem shock waves, Cavitation, ESWL.

Resumen

Se presenta el diseño y la construcción de instrumentación electrónica autónoma que permite generar descargas abruptas de alto voltaje (6 a 10 kV) sobre arreglos de cristales piezoeléctricos, para provocar ondas de choque en agua. Debidamente enfocadas, estas ondas son capaces de destruir cálculos renales y uretrales, según la técnica médica no invasiva conocida como litotripsia extracorporal. La innovación en este sistema, comparada con la forma convencional de descargas sucesivas espaciadas durante el orden de segundos, consiste en generar dos impulsos con retardo variable y controlado entre 50 y 950 microsegundos, repitiendo sucesivamente el proceso con período también variable y controlado entre 1 y 10 segundos, en lo que se pretende aprovechar el fenómeno de cavitación para mejorar la eficiencia en la desintegración de cálculos, sin incrementar el daño a los tejidos. Las pruebas efectuadas con modelos artificiales de cálculos renales, muestran un aumento aproximado del 20% en la eficiencia del generador de ondas de choque, con respecto a la manera convencional. Estudios recientes in vivo (con animales) han demostrado una reducción significativa en el daño a los tejidos circundantes al cálculo.

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