ESWL (Extracorporeal Shock Wave Lithotripsy)

  ESWL (Extracorporeal Shock Wave Lithotripsy)

Penggunaan enegi akustik “gelombang kejut” atau sock wave untuk pemecah batu ginjal pertama kali  ditemukan pada tahun 1966 secara tidak sengaja oleh perusahaan jerman donier yang kemudian pada tahun 1980 diciptakan pesawat ESWL (electro corporial lithotripsi ) generasi pertama yang dipasarkan dan digunakan untuk pasien. Pesawat pemecah batu ginjal (ESWL) pertama di Indonesia dari merk Siemen yaitu “Lithostar” yang dipasang dirumah sakit Pertamina Jakarta pada akhir tahun dan merupakan pesawat ESWL generasi kedua. Pada pesawat ESWL generasi kedua ini pasien tidak perlu lagi di celupkan dalam “Bath tube”.

Gelombang Akustik

Penggunaan gelombang akustik dalam dunia kedokteran baik untuk diagnostik maupun terapi telah lama dilakukan seperti pesawt USG dan pesawat terapi ultrasonik untuk otot disini energi akustik yang digunakan mempunyai intensitas rendah.

Energi gelombang akustik yang selama ini digunakan adalah gelombang bunyi yaitu gelombang mekanik yang merambat secara longitudinal, pemampatan dan peregangan terjadi secara bergantian. Perambatan daam medium yang linier dan homogen dengan energi yang rendah parameter nolinier dapadapat diabaikan maka gelombang bunyi akan merambat dengan kecepatan dan bentuk yang tetap dan biasanya simus. Apabila enegi akustik besar hingga parameter linier tidak dapat diabaikan terjadilah gelombang kejut dengan ciri-ciri gelombang non linier yaitu amplitudo merupakan fungsi dari kecepatan rambat gelombang berakibat bentuk gelombang akanmengalami perubahan dengan bentuk front gelombang.

Terbentuknya gelombang kejut tergantung dari kekuatan sumber dan jarak sumber, pembentukan gelombang kejut dapat dilakukan dengan menggunakan lensa akustik.

Medium yang dilalui gelombang kejut mengalami perubahan secara mendadak dalam kecepatan, tekanan dan suhu. Perubahan tekanan positip  medium akan akan mengalami tekanan pemampatan (compres presure) sedangkan perubahan tekanan negatip medium akan mengalami tekanan perenggangan (tensile presure).

Dalam medium fluida tekanan perenggangan akan mengalami gejala cavitation yaitu membentuk gelembung gas (soft cavitation) atau gelembung udara (hard cavitation). Seperti halnya gelombang lain dalam perambatannya gelombang kejut akan dipantulkan, di transmisikan atau dibiaskan, hanya disini kaidah kaidah dan rumus yng dikenal seperti pemantulan, pembiasan tidak berlaku lagi karena gelombang kejut mengikuti persamaan differensial nonlinier.

Atas dasar gejala-gejala fisika tersebut dapat disusun hipotesa mengenai proses atau mekanisme pemecah batu (calculi) ginjal atau batu empedu oleh gelombang kejut. Pulsa gelombangkejut yang hanya mempunyai pulsa positif (pemampatan) akan mempunyai daya pemecah medium yang dilalui, sedangkan sedangkan yanghanya mempunyai tekanan negatif (perenggangan) akan mempunyai daya merobek. Gejala Cavitation yang timbul dan ditambah perubahan tekanan negatif yang mendadak akan terbentuk konsentraasi tekanan yang besar dan peristiwa tersebut akan memperbesar daya robek.gejala yang timbul berturutan tersebut tidak menguntungkan cavitation yang diikuti konsentrasi tekanan terjadi pada fluida yangter dapat didalam batu maka hal tersebut akan membantu pemecahan batu.

Pulsa gelombang kejut selalu mempunyai tekanan positif dan tekanan negatif, dengan demikian bentuk pulsa yang efektif untuk pemesah batu harus mempunyai tekanan positip yang besar dan mempunyai tekanan negatif yang sekecil mungkin.

Besarnya tekanan positip yang dimaksud adalah cukup untuk memecahkan batu, tetapi masih cukup kecil untuk tidak meusak jaringan sekitar batu dan tidak menimbulkan rasa nyeri.

 

Disamping tekanan positif daya, daya pemecah akan lebih efektif bila pulsa tersebut mempunyai kenaikan perubahan positip yang curam atau rest time (tr) yang kecil dan lebar plsa (tw)yang sempit.

Pulsa gelmbang kejut setelah berinteraksi pada permukaan dan menembus batu akan akan dipantulkan oleh permukaan batu sebelah belakang, dan akan terjadi perubahan phase, tekanan positip akan berubah menjadi tekanan negatip, dimana gejala cavitation terjadi seperti yang diterangkan diatas dan pristiwa ini akan mempercepat pemecahan batu.

Dalam proses pemecahan batu dengan gelombang kejut banyaknya pulsa yang diberikan tergantung dari besar/ukuran  dan jenis batu. Sedangkan frekuensi pulsa didasarkan atas pertimbangan rasa nyeri yang timbul dan alasan medis yang lain.

 Pembangkit Gelombang Kejut

Sumber energi akustik dapat diperoleh dari sumber energi listrik dengan pelantara trandusae elektro-mekanik. Pada saat ini berbagai teknik dan teknologi dari pembangkitan eksitasi gelombang akustik pemfokusannya dapat digolongfkan sebagai berikut:

No	Eksitasi Gelombang Kejut	Sistem Fokus
1	Sistem elektro Magnetik (EMAS)	Lensa Akustik
2	Sistem Piezoelectric	Terfokus sendiri
3	Sistem Spark Gap	Reflektor Elipso

Sistem Elektromagnetik (EMAS)

Sebagai sumber untuk enersi akustik dapat menggunakan prinsip nduksi dari perubahan medan elektromagnetik (Elctro-magnetic Accustic Source) dan secara skematik seperti pada gambar.5A.

             Tabung gelombang kejut terdiri dari kumparan pipih dan dilekatkan pada penyangga yang kemudian dicelupkan dalam resin(seperti vernis) sehingga membentuk lapisan isolasi. Kumparan ini dipisahkan oleh lapisan isolasi (polyester film) setebal 0,5 mm dengan membran logam (bronze), dan konstruksi ini membentuk suatu transformator dengan bagian sekunder terhubung singkat. Apabila pulsa arus dari muatan kapasitor dialirkan kekumparan tersebut maka akan menimbulkan perubahan medan magnet dan menginduksi arus pada membran logam (eddy current), dimana arus ini juga akan menimbulkan medan magnit. Kedua medan magnit ini akan saling tolak menolak dan mengakibatkan membran logam mengeluarkan kejutan mekanik yang kemudian mejadikan sumber gelombang kejut.

Secara teori matematis dan pendekatan dapat diturunkan besarnya tekanan pemampatan maksimum disekitar membran sebagai fungsi dari arus maksimum kapasitor.

Pm       = 2 Uo n² Im²

                                                            D²

Im        = arus maksimum kapasitor.

D         = garis tengah membran.

Uo       = konstanta induksi.

N         = jumlah lilitan kumparan.

            Hasil pulsa akustik yang dibangkitkan dari sumber elektromagnetik ini terdiri satu pulsa bentuk sinus dengan bagian positif (pemampatan) dan diikuti bagian negatif (peregangan) yang relatif kecl (akibat konstruksi membran), yang kemudian akan membentuk gelombang datar dan merambat pada medium didepan membran.

            Sesuai dengan sifat gelombang nonlinear, akan terbentuk gelombang kejut dengan sendirinya pada jarak relaif jauh dari sumber, dan hal ini kurang praktis untuk aplikasi extracorporeal lithotripsy. Hal tersebut diatas dapat diatasi dengan memfokus gelombang kejut dengan menggunakan lensa akustik bikonkaf yang terbuat dari bahan polystryrene. Pada sekitarfokus lensa akustik dalam arah memanjang akan terjadi konsentrasi tekanan pemampatan berbentuk cerutu.

Sistem Piezoceramic

            Sebagai dasar dari sistem ini menggunakan prinsip efek piezoelektrik sebagai tranducer, sumber akustik dapat dibangkitkan dengan jalan memberikan enersi listrik ke bahan/material yang mempunyai sifat piezoelektrik.

            Elemen-elemen piezo dari bahan keramik (piezoceramic material; lead-circo-nate-titane atau barium-titane) yang membentuk mozaik diletakan pada penyangga dengan bentuk seperti cawan seperti pada gambar.6.

Pemberian pulsa tegangan pada elemen-elemen peizo akan membangkitkan pulsa tekanan pemampatan yang kemudian membentuk elombang kejut dalam perambatannya kearah titik fokus dari cawan.

Karena bentuk geometrik dari cawan maka pada titik fokus dengan sendirinya terjadi pemfokusan tekanan pemampatan yang cukup besar dan mempunyai daerah konsentrasi (fokus) yang cukup kecil.

Merupakan sifat alamiah dari gejala piezoelektrik, maka bentuk pulsa gelombang kejut yang dihasilkan akan mempunyai rise-time yang cukup lebar dan tekanan negatif yang relaif tinggi, hal ini tidak menguntungkan untuk ESWL.

Sistem spark-gap

            Sistem pembangkit gelombang kejut dengan cara ini adalah yang diterapkan pada peralatan ESWL pertama. Enersi listrik dari capasitor secara cepat dialirkan antara kedua elektrode (Spark-gap) dalam air yang merupakan konduktor. Suhu air akan naik secara cepat mencapai ribuan celcius dan akan terentuk uap dan kemudian plasma. Ekpansi yang mendadak dari gas akan menyebabkan terbentuknya pulsa tekanan pemampatan yang diikuti tekanan perenggangan dan terbentuklah gelombang kejut.

            Sistem fokus dipergunakan elipsoide reflektor dimana sumber ledakan diletakkan pada titk fokus F1 dengan demikian gelombang kejut akan terfokus pada titik fokus F2. (lihat Gb.7)

Seperti terlihat pada gambar ada sebagian gelombang kejut yang tidak dipantulkan /terfokus yang menuju kearah F2 dan gelombang ini tidak berguna dalam proses pemecahan batu.

Teknik Pengukuran Gelombang kejut

            Dalam teknik pengukuran tekanan, menggunakan prinsip gejala fisik yang sama pada pembangkitan, hanya dalam pengukuran dipergunakan azas kebalikannya yaitu pengubahan dari energi akustik ke enrgi listrik.

            Pada pengukuran langsung besar gelombang kejut, titik fokus, dipergunakan sistem piezoelectrik dan sensor dipakai piezocristal atau polypinilidine (PVDF).

 Lihat gambar 8.

            Disamping itu ada cara pengukuran yang tidak langsung, yang biasanya dimaksudkan untuk mengetahui bentuk pulsa gelombang kejut.

Ternyata pengukuran tekanan memberikan hasil yang berbeda tergantung dari sensor yang dipergunakan dan cara pengukuran. Dengan menggunakan sensor PVDF meedle hydrophone, pengukuran sumber gelombang kejut sistem elektromagnetik dilakukan dengan tegangan eksitasi 17 KV, diperoleh hasil sebagai berikut:

Sistem	Tekanan p+ (Mpa)	tr  (nsec)	tw  (nsec)	p- (Mpa)
Elektromagnetik	22	220	600	4

Besarnya tekanan p+ tergantung dari besarnya tegangan eksitasi (KV), dan menurut eksperimen nilai 20 Mpa cukup untuk memecahkan batu. Meskipun pengetahuan tentang mekanisme pemecahan batu yang tepat belum ada, eksperimen membuktikan tekanan diatemik akan lebih efektif dalam proses pemecahan batu daripada tekanan statis. Oleh sebab itu tekanan p+ dengan waktu kenaikan yang cepat (harga tr kecil ) dan lebar pulsa (tw) yang sempit adalah nilai-nilai yang diharapkan. Besarnya harga ambang p, secara eksperimen belum dapat ditentukan, tetapi diharapkan sekecil mungkin.

PERALATAN LITHOTRIPTER

            Perencanaan peralatan ESWL, selain dibedakan dari sistem pembangkitan gelombang kejut serta sistem fokusnya, dibedakan juga dari sistem lokalisasi. Dua tujuan dalam lokalisasi yaitu memperoleh gambar (visualisasi) posisi batu dan membawanya (setting) ke titik fokus dari sumber gelombang kejut.

            Diperlukan ketelitian yang tinggi dalam lokalisasi apabila volume titik fokus gelombang kejut kecil dan ukuran batu kecil. Dituntut kualitas gambar yang baik untuk mengatasi hal tersebut, apalagi selain untuk menset visualisasi diperlukan untuk memantau hasil pemecahan batu selama tindakan.

            Sistem lokalisasi yang digunakan selama ini adalah sinar-X atau/dan ultrasound. Ditinjau dari segi kualitas gambar sinar-X lebih baik dari ultrasound, hanya tidak semua batu opague terhadap sinar-X.

PESAWAT ESWL Siemens LITHOSTAR

            Lithostar adalah unit lithotriper buatan Siemens, dikembangkan bekerjasama dengan Clinic Urolologie di Universitas Mainz. Unit ini selain untuk terapi juga digunakan untuk diagnostik sinar-X seperti BNO, IVP, ERCP dll. Tindakan terapi

selain ESWL juga dapat dilakukan tindakan PCN, URS, Cystoscopy dan Catherization.

Kontruksi pesawat

Pesawat Lithostar terdiri dari bagian;

            -Dua buah pembangkit gelombang kejut dengan sistem Elektromedik (EMAS).

            -Meja pasien.

            -Sistem lokalisasi:         - 2buah II

                                                - Generator sinar-X

                                                - TV Sistem

            -Water treatment system.

Pesawat Lithostar dapat dikembangkan untuk pemecah batu empedu dengan menambah “Overhead Module” yaitu sebuah sumber gelombang kejut elektromagnetik yang diperlengkapi lokalisasi ultrasound dan disebut “Lithostar Plus”. (lihat gambar terlampir)

PEMBANGKIT GELOMBANG KEJUT

            Pembangkit gelombang kejut terdiri dari tabung dan komponen-komponen seperti pada gambar.9 dan disebut “Shockwave Head”. Dua buah shockwave head dimaksudkan untuk penembakan ginjal kanan dan kiri, bila perlu dapat dipertukarkan dengan jalan membalik posisi pasien.

            Prinsip pembangkit gelombang kejut adalah sistem elektromagnetik, gelombang kejut yang timbul akan merambat di air dan difokuskan lensa akustik yang mempunyai panjang fokus 12,3 cm.

Shockwave head dan High voltage swicth akan bekerja sesuai dengan ginjal kanan atau kiri yang akan dilakukan penghancuran batu. Setelah kapasitor diisi oleh high voltage power supply, yang bervariasi 13 kV hingga 19 kV, maka spark gap ditrigger, besar tegangan trigger 300 volt.

Trigger dapat dilakukan secara kontinu dengan frekuensi 1,5 Hz atau diserasikan dengan respirasi pasien yaitu pada saat bernapas, ginjal akan naik turun sekitar 2 sampai 4 cm. Dengan jalan ini jumlah tembakan akan dihemat. Selain itu trigger dapat diserasikan dengan EKG pasien atau kedua-duanya dan respirasi, terutama pada pasien yang mempunyai kelainan jantung arythmia.

Sistem Lokalisasi

Sistem Sinar X

Digunakan dua buah tabung sinar X dan generator sinar X yang dipergunakan adalah sistem multi pulsa ( Polyphos 30 M 0. kombinasi dua buah tabung sianr X dan dua buah tabung Image Intensifier membentuk biplane dan bersudut 38º. Perpotongan kedua sumbu tabung sinar Xtabung II dan kedua titik fokus shock wave head (kanan dan kiri) bertemu disatu titik yang disebut isocenter. Pada kedua monitor TV titik isocenter ini digambarkan sebagai garis silang.

Target atau batu yang akan ditembak harus diletakkan pada titik isocenter ini melalui ganbar dimonitor. Pengaturan ini dapat dilakukan secara manual atau automatik. Dokumentasi dapat dilakuakn dengan film sinar X biasa karena unit ini dilengkapi dengan Bucky. Atau dokumentasi dapat juga dibuat dengan Multispot karena unit ini telah dilengkapi dengan teknik digital Radiography (DR).

Sistem Ultra Sound

            Pada ultrasound visualisasi batu diidentifikasikan dengan densitas gambar dan hasil bayangan ( shadow ) dari batu. Sistem lokalisasi jelas terlihat pada gambar 13.

MEja Pasien

            Untuk memudahkan meletakkan batu ketitik isocenter, meja pasien dapat digerakkan dengan arah koordiant X, Y, Z setiap step pergerakannya 1 mm. Setiap arah gerakan longitudinal (X), transversal (Y) dan naik turun (Z) digerakkan oleh motor yang dikontrol dengan microprocessor. Agar tidak ada gerakan hentakan, maka eksitasi motor diatur sebagai fungsi dari tegangan ramp oleh microprocessor. Posisi X, Y dan Z terhadap posisi nol meja diperagakan secara digit pada control console dengan satuan milimeter.

Water Treatment

Maksud dari water treatment dalam pesawat Lithostar mempunyai fungsi sebagai berikut :

1.      Pendinginan menyerap panas yang timbul

2.      Menjaga tekanan air dalam shockwave head

3.      Degasing atau mediator

Beberapa Tantangan ESWL

            Walaupun ESWL telah terbukti keandalannya, namun ia masih menyisakan beberapa tantangan. Diantaranya adalan rendahnya tingkat keberhasilan ESWL (dengan satu kali tindakan) pada pasien yang memiliki batu ginjal dengan diameter lebih dari dua sentimeter, dan pada batu yang berjenis Cystine. Selain itu masih didapatinya laporan terjadinya injury pada ginjal yang kemungkinan besar disebabkan oleh cavitation.

            Saat ini berbagai riset masih intensif dilakukan untuk mengatasi beberapa masalah di atas. Diharapkan pada akhirnya akan dapat dikembangkan teknologi baru yang dapat meningkatkan efesiensi lithotripter dalam menghancurkan batu ginjal dan disaat yang bersamaan dapat meminimalkan injury pada ginjal.