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泌尿外科激光新进展:钬激光碎石机参数设置及

时间:2018-03-24    点击量:

Peter Kronenberg , Olivier Traxer

 

摘要

目的:回顾复习现有关于碎石机参数设置和光纤的钬激光碎石文献。

方法:在PubMed、SciElo和Google Scholar等多个数据库在线搜索既往关于钬激光碎石术的文献。对其中关于碎石机的参数设置和光纤研究的原始文献进行了复阅,其中最重要的信息做以汇总展示。

结果:我们审阅文献中碎石机参数设置和光纤选择如何影响钬激光碎石效果的内容。我们对传统的激光碎石机的参数设置(包括脉冲能量,脉冲频率和功率水平)以及新开发的长脉宽模式进行了分析。参数设置对结石消融容积,碎石大小以及结石移位的影响的相关信息进行审阅汇总。对光纤直径粗细的优劣进行了讨论,并具有争议的内容做以突出。另外,光纤对手术影响的相关信息,特别是光纤头端准备和碎石机设置对光线头端熔化的影响的研究进行回顾汇总。

结论:许多技术因素影响钬激光碎石的性能。知道和了解这些可控因素可以使泌尿科医生安全有效地进行激光碎石手术,同时减少并发症发生。

关键词

激光碎石  钬激光   碎石参数设置  光线  光纤准备 碎石效率

回顾

第一台激光发射器的装机到现在已经半个世纪过去了[1]。在20世纪80年代第一台商用激光碎石机诞生后[3]进行了第一台泌尿外科激光手术[2]。

目前广泛使用钬激光治疗尿路结石方面产生了很多争议[45].最好的激光碎石机参数设置和最合适的光纤搭配从而达到最佳的碎石效果仍在不断摸索中[6,7];因此,有必要回顾下现有钬激光碎石术中碎石参数设置和光纤选择的文献。

为了发现钬激光的广泛应用领域和以及泌尿科医生从中扮演的角色,我们在Medline(截止2014年7月14日)进行了一项以"激光碎石术"有或无泌尿外科为关键词的搜索,从1985年第一个公开发表的文章直至2013年。总共1037篇文献发现与激光碎石术相关,其中768(74.1%)篇文章有泌尿外科的背景。

1显示泌尿外科和其他专业领域有关激光碎石的演变历史。在文章回顾中发现,泌尿外科一直是激光碎石术应用发展的焦点:自从1985年第一篇医学激光碎石文献报道,泌尿系统相关的就占据接近一半数目[8-11]。1988推出第一个商用激光碎石机,几乎与此同时发表了第一篇泌尿外科激光碎石的临床报道;上世纪90年代中期随着泌尿外科激光碎石术的发展,泌尿科应用激光碎石的文献很快盖过了其在其他医学领域的应用,如消化科、普通外科、耳鼻咽喉科领域诸如胆胰管结石和唾液腺结石的治疗[3,12–14]。目前,激光碎石成为泌尿专业的一个亚专业,在过去的10年里发表的85%–90%的激光文章有泌尿外科相关背景(图1)。钬激光碎石在激光碎石出现后的几年中,也就是上个世纪末,逐渐飞速发展,而这些发展大多与碎石相关[15–18]。与其他激光相比,钬激光碎石可以有效击碎各种尿路结石,其2100nm波长能量在光纤头端0.4毫米范围内几乎完全被水吸收,使得钬激光成为腔内泌尿外科最安全的设备[19–21]。钬激光的安全有效使其成为泌尿科医师最受欢迎的碎石及其他应用工具[22]。

激光碎石机参数设置

市面上现有的钬激光碎石机器允许医师调控的主要参数有:脉冲能量和脉冲频率,从而控制总的输出功率。公式表述为:总功率(W)=脉冲能量(J)×脉冲频率(Hz),通过调整这些参数,泌尿科医师决定递到光纤头端消融结石的能量大小。

有研究初步证明增加脉冲能量增加结石消融的体积[23–25],并在更详尽的测试中得到证实[26]。采用不同的实验方法,观察增加总功率数[6]或保持相同的总功率[26,27]下提高脉冲能量结石消融效果会怎样。

提高脉冲频率,进而增加总功率以期望可能增加结石消融容积。一些激光碎石机厂家宣称的高频设置和高频碎石设备具更强消融结石能力[28];然而,实验结果还没有证实这些说法。一些研究没有发现增加脉冲频率[6,29]带来的结石消融容积的增加。在最近的研究发现,总功率保持恒定,低频高能(LoFr–HiPE)比高频低能(HiFr–LoPE)更加有利。除了消融容积与脉冲能量成正相关,研究还显示,在相同的功率水平,低频高能结石消融效率是高频低能的多达六倍之多(图2)。事实上,与低频高能相比,增加频率进而增加总功率的做法依然不能达到并超过低频高能的效果,即便使用非常高的功率设置[26]。因此,脉冲能量是决定消融容积的最重要因素,而脉冲频率和总功率发挥相对较次要的作用。

最近,长脉宽碎石逐渐出现。在新的碎石模型下,泌尿科医师可以选择不同的脉冲持续时间,即传统的短脉宽模式和新的长脉宽模式[30,31]。其他激光碎石机,在相同的脉冲频率、脉冲能量及总功率下,每单位时间发射的能量是相同的。在短脉宽模式下,单个激光脉冲所产生的能量在某特定时间内发生,而在长脉宽模式下,同样数量的脉冲能量分布却需要更长的时间。我们比较不同的脉冲频率和脉冲能量(高频低能20Hz×0.5J和低频高能5Hz×2.0J)下长脉宽模式(650–1215µS)的短脉宽模式(180–330µS)下的消融效果,并使用不同的石材重复试验(由巴黎和Begostone两种不同的人造结石)。图3显示,短脉宽模式比长脉宽模式消融效果更明显(低频高能高25%,高频低能下高9.9%;P<0.0001)。和高频低能下,长脉宽模式下低频高能消融效果优于高频低能。在同一研究中,我们发现坚硬的结石比软结石很难被激光消融,无论脉宽长短,这与我们先前的研究结论一致[26,32,33]。这些关系也被Wezel等人验证[27]。

从不同激光碎石参数设置导致碎石大小的争论仍在继续。一些人认为,低脉冲能量(比如高频低能设置)比高脉冲能量(比如低频高能设置)产生较小的碎石(所谓“粉末化效果”)[5,6,34];然而,这些研究大多采用不规则或手持的方法。相比之下,自动和可重复的测试系统,类似于我们使用的方式,迄今为止检索不到任何可衡量的碎石。碎石大小可能与激光碎石机的设置不太相关,反而与外科医生的技术的依赖性更强。也就是外科医生如何用激光接近结石[35,36]。这有待进一步调查研究。然而,无论使用哪种激光碎石术设置或消融技术,外科医生必须注意术中碎石大小。大块碎石可能会显著增加手术时间,需要使用昂贵的取石装置或特定的激光碎石技术,如“爆米花碎石方式”,以减轻结石负担[26,29]。

激光碎石机的设置也会影响结石位移。众所周知,结石位移降低碎石效果,增加手术时间,有时容易把结石推入肾盂而不容易探及[37]。更高的脉冲能量以及传统的短脉宽模式,增加结石位移机会[37–40]。在这种情况下,应尽量降低结石位移,可通过降低脉冲能量或长脉宽模式,与此同时也会负面地影响结石消融效率。当结石只有轻微的影响或完全不会导致结石位移时,低频高能设置可安全用于加速手术操作[26]。

光纤

光纤在碎石过程中也起着基础性作用,其直径、制备或形状、甚至熔化等因素都直接影响到结石的直接消融和干扰操作设备,比如:输尿管镜检。

关于纤维直径和弹道性能出现具有争议的报道,其中有些研究者认为,较粗的光纤消融效果更好[38],而另一些人则认为,粗光纤不如细光纤[24]。一些研究人员发现纤维粗细与结石消融容积[27,40]没有关系。我们以前的研究表明,粗光纤确实导致更广的消融的裂缝(P<0.00001),而细光纤产生更深的消融裂隙(P<0.00001),但消融容积方面两者相当(P=0.81)[26]。只有一个特定情况,在非常低的脉冲能量下,粗光纤结石消融较法(如0.2J),能量密度可能太低而没有达到消融的阈值。因此,粗光纤具有较大的光纤头端面积可能比细光纤不易消融结石[26,39]。此外,粗光纤也增加了结石后撤的几率[37]。

粗光纤的另一个局限性时很难通过输尿管镜的较细的工作通道。粗光纤影响镜体偏转及弯曲从而较难以到达比如肾小盏等位置[4,41]。此外,粗光纤虽在的工作通道影响液体灌注,从而影响视野进而增加手术时间[41,42]。

最近一篇摘要对厂家宣传的光纤直径产生了强烈的质疑[43–45]。对来自不同厂家的多个激光光纤进行测量,没有一条光纤与宣传中的直径匹配。一些光纤直径甚至是宣传的两倍粗,同一厂家宣传中相同的光线直径实际上是有出入的。厂家的代表对一些信息也是模棱两可;因此,作者的结论是,大多数转达给泌尿科医生有关光纤直径的信息可能不正确[45]。极少有研究者注意到这种纤维直径差异并预见可能的严重影响[46,47]。考虑光纤直径对碎石手术过程的影响,这种光纤直径信息的误导也许产生了重要的影响。

类似于其他工具和材料,光纤也会有损耗。在激光发射,激光光纤头端也会因为“燃退效应”而损耗[46,48,49]。高脉冲能量和细光纤也被认为可加速燃退效应[48]。在我们的研究中,我们证实了高脉冲能量设置的光纤更容易损耗。此外,我们发现较硬结石更容易促进光纤头端熔断及燃退效应[33]。考录到脉宽对光纤的影响,长脉宽模式代替短脉宽模式更容易导致光纤尖端损耗的证据仍不足(图4)(32)。既往激光碎石机的设置和光纤相关的证据在表1中汇总。

另一个是激光光纤头端准备问题。目前的做法是使用专业工具去除头端几毫米的聚合物涂层。这保证了光纤制备的可重用性和防止任何可能的激光散射导致的性能下降,泌尿科医师相信这样可以有更好碎石性能[48,50,51。同样的结果。我们最近进行的一项研究分析剥离光纤与否的好处,比较剥离光纤聚合物图层的工具:专业的陶瓷剪刀和金属剪刀的区别。结果最近被提出的[32]和并发表[33],表明剥离光纤结石消融效率显著降低(P<0.00001),只要纤维尖端保持涂层使用金属和陶瓷专业剪刀剥离无显着差异。这些令人吃惊的结果对目前广泛给予光纤头端准备的操作产生诸多疑惑。

在由Vassantachart等人的美国泌尿学协会2014次会议的一个摘要【52】检查不同的剥离技术制备的光纤头端能量输出。发现在最佳能量传输是新的光纤头端或者特殊切割工具准备的头端。最差的是用缝合剪刀准备的头端。不幸的是,这项研究并没有做真正的碎石研究。我们进行了类似的研究分析新光纤及金属剪刀准备的光纤头端的散射模式,分别在碎石前、后进行分析。正如预期的那样,不同激光的光散射模式在碎石后几乎无法区分(图5)。进一步讨论了专业而耗时的光纤头端准备的重要性。

总之,影响激光碎石术疗效的可控因素很多,但有一些比其他因素更为显著,脉冲能量是影响结石消融和手术速度的关键因素之一,尤其是当总功率保持在同一水平时。

相反,高功率和高频率的碎石不一定有更好的结石消融效果。最近开发的长脉宽设置比传统的短脉宽碎石机设置对结石消融效率低,但对光线头端的耗损也降低。

关于光纤,大部分的信息对他们的宣传口径似乎是不正确的。虽然细光纤的结石消融与粗光纤效果相当,但细光纤更容易损耗。然而,更好的术中液体灌溉,更好的偏转范围,较低的结石后撤,较低的术后并发症等很大程度上弥补了这个缺点。

目前的光纤头端准备,包括专门工具的剥离和切割是多余的,有时适得其反,降低了结石消融效果。需要进一步进行可重复性的测试研究以提高我们的激光碎石术的理解。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

伦理标准

稿件不包含临床研究或病人的数据。

 

图1. PubMed检索的在泌尿外科和其他医学领域有关激光碎石术的文章。虚线代表了有关钬激光的文章(第一次提出激光碎石术后几年发展起来的技术)

 

 

图2. 对比不同碎石机参数设置使用相同的总功率(6 W)和相同的激光光纤(200µ米纤芯)。A组使用高频低能(30Hz × 0.2  J),B组采用低频高能(5 Hz × 1.2J)

 

图3. 传统的短脉宽模式与最近开发的长脉宽模式碎石(Rocamed™-MH 01-ROCA FTS 30激光碎石机器)。不考虑激光设置或结石材质,传统的短脉宽模式比长脉宽模式有更明显结石消融效果

 

图4. 短脉宽和长脉宽模式下光纤的损耗。高脉冲能量设置下均显示光纤损耗明显,较硬结石无论碎石机参数设置如何均显示明显损耗[ 33 ]。长脉宽模式似乎光纤损耗更低

 

表1  碎石过程中某一参数调整(红色)伴随其他参数的变化的一览表

迄今为止尚没可重复及连续性的相关研究,证明某一特定参数可以获得更小的碎石。

n/a:不受影响,N/K:未知,↑增加,↓减少,=相当

*虽然增加结石的质量是降低结石后移[ 53 ],据我们所知,至今尚没有研究评估结石成分对结石后移的影响

†便于对比用,总功率保持恒定

‡在非常低的脉冲能量,粗光纤降低结石消融容积

 

 

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