泌尿系結(jié)石的激光治療現(xiàn)狀

胡衛(wèi)國 李建興

鈥激光(holmium：yttrium-aluminum-garnet laser, Ho：YAG)一直被認為是泌尿系結(jié)石激光治療的金標準[1]。鈥激光的碎石機制包括光聲機制和光熱機制。結(jié)石周圍的水吸收鈥激光能量，溫度升高產(chǎn)生微蒸汽泡，蒸汽泡膨脹或破碎過程中產(chǎn)生沖擊波擊碎結(jié)石是光聲機制作用；溫度升高直接造成結(jié)石的熔化或者化學(xué)分解就是光熱機制作用。光熱機制瞬時高溫化學(xué)分解結(jié)石，產(chǎn)生的結(jié)石碎片通過光聲機制作用爆裂[2]。近年來，鈥激光技術(shù)不斷發(fā)展，重要的技術(shù)進步包括功率不斷增加，大功率激光最高達到120 W；頻率不斷提高，最高達到80 Hz；脈寬可調(diào)激光以及脈沖調(diào)制激光技術(shù)的出現(xiàn)[3]。

一、鈥激光參數(shù)的優(yōu)化和碎石模式

鈥激光的主要調(diào)節(jié)參數(shù)是脈沖能量和脈沖頻率，二者的乘積是輸出功率，這些參數(shù)是影響鈥激光碎石效率和效果的重要因素，不同的碎石模式需要不同的參數(shù)設(shè)置，產(chǎn)生不同的碎石效果[4]。

脈沖能量：目前，鈥激光可調(diào)節(jié)能量范圍在0.2～6.0 J。能量與結(jié)石的消融體積正相關(guān)，隨能量的增加，結(jié)石消融裂痕寬度、深度以及碎塊體積成比例增加[5-6]。但是高能量會增加結(jié)石位移和光纖的消融速度，增加了光纖頭端與結(jié)石之間的距離，降低碎石效率，增加手術(shù)時間[5，7]。

脈沖頻率：功率不變的情況下，增加頻率對結(jié)石位移的增加作用很小。有研究表明，保持能量0.2 J不變，頻率從15增加到50 Hz，結(jié)石位移沒有顯著變化[8]。雖然頻率會影響碎石速度，但是頻率和總功率與融石體積無相關(guān)性[5-6]。

脈沖寬度：簡稱脈寬，是近年出現(xiàn)的第3個重要參數(shù)，短脈寬150～350 μs，長脈寬500～1300 μs。早期的鈥激光只有單一的短脈寬模式[9-10]，新一代的激光有了長脈寬模式，并且具備了脈寬調(diào)節(jié)功能，通過調(diào)節(jié)脈寬達到不同的碎石效果。不同脈寬對融石體積的影響沒有顯著差異[11-12]，但是長脈寬在結(jié)石表面消融形成的坑洞比短脈寬更深、窄，這是長脈寬可以減少30%～50%結(jié)石位移的主要原因[13]。長脈寬可以減少光纖的消融速度，避免消融過快增加光纖與結(jié)石的距離降低碎石效率[11，14]。短脈寬會增加激光融石速度，提高碎石效率，結(jié)合高能、低頻適合應(yīng)用于碎塊化模式[9]，但是短脈寬和高能量一樣，都會增加結(jié)石位移和光纖的消融速度，降低碎石效率，增加手術(shù)時間[5，7]。

碎塊化(Fragmentation)和粉末化(Dusting)是最常用的兩種激光碎石技術(shù)，分別需要不同的參數(shù)設(shè)置。

碎塊化：粉碎結(jié)石成為大小適合網(wǎng)籃抓取的碎塊，用網(wǎng)籃主動取出可見的碎塊，參數(shù)設(shè)置是高能(0.8～1.2 J) 、低頻(6～10 Hz)、短脈寬。碎石時能量一般先從0.6～1.0 J開始，根據(jù)結(jié)石的硬度再調(diào)節(jié)能量大小，找到最有效的適合特定大小和硬度結(jié)石的最小能量[15]。光纖頭端抵在結(jié)石中央位置，將其壓在周圍的尿路上皮組織上，激發(fā)激光直至結(jié)石裂開，這樣產(chǎn)生的結(jié)石碎塊大小接近還可以避免損傷周圍組織[16]。

選擇碎塊化碎石，需要考慮結(jié)石位置、硬度、大小。碎塊化需要反復(fù)進鏡取石，如果結(jié)石負荷太大，形成結(jié)石碎塊多，需要反復(fù)進鏡的次數(shù)增加，所以碎塊化手術(shù)時間比粉末化延長40%～50%[6，15]。碎塊化的優(yōu)點：成本低的低功率激光可以完成，可以比較完整地取出結(jié)石，適合硬度高的結(jié)石。缺點：結(jié)石碎塊大，手術(shù)時間長，一次性耗材成本高，需要助手輔助網(wǎng)籃取石，需要使用輸尿管鏡工作鞘(UAS)增加了輸尿管損傷的風(fēng)險，需要使用輸尿管內(nèi)支架管[10]。

粉末化：粉碎結(jié)石成為毫米級的碎屑，以達到術(shù)后可以自行排石的效果，術(shù)中減少了網(wǎng)籃的使用。參數(shù)設(shè)置是低能(0.2～0.5 J)、高頻(15～80 Hz)、長脈寬[17]。粉末化雖然產(chǎn)生的結(jié)石碎塊大小不等，但是主要目的是使大部分的碎塊體積盡可能小。高頻率激光的出現(xiàn)使粉末化更容易實現(xiàn)，成為目前最常使用的碎石方式，調(diào)查顯示，67%的泌尿外科醫(yī)生使用粉末化碎石[18]。粉末化的優(yōu)點：結(jié)石碎塊更小，有可能避免使用UAS從而減少輸尿管損傷相關(guān)并發(fā)癥，手術(shù)時間短，不需要助手(輔助網(wǎng)籃取石)，可能減少輸尿管內(nèi)支架管的使用。缺點是需要更貴的新一代激光系統(tǒng)，不適合硬度高的結(jié)石(如一水草酸鈣)，凈石率依賴于術(shù)者技巧，不能獲得結(jié)石分析的標本，特殊病人自主排石有困難(如脊髓損傷)[10]。

爆米花碎石(Popcorn)：粉末化碎石的最后階段產(chǎn)生了較多大小不等的碎塊，Popcorn就是在一個相對封閉的、積水不重的腎盞內(nèi)連續(xù)激發(fā)激光，可以將結(jié)石碎塊進一步最小化，達到最佳的粉末化效果，所以又稱其為Pop-dusting[19]。既往認為Popcorn是結(jié)石碎塊之間互相隨機碰撞產(chǎn)生碎石效果，通過慢速回放的高速攝影影像發(fā)現(xiàn)并非如此，Popcorn高頻模式下，激光光纖每連續(xù)發(fā)射5個激光脈沖，頭端就會和結(jié)石接觸一次，產(chǎn)生碎石作用，并且短脈寬模式比長脈寬模式更有效[20]。關(guān)于Popcorn的參數(shù)設(shè)置報道不一，基本要求是高能、高頻、小腎盞、近距離、作用時間長(>2分鐘)[20-22]。

碎塊化和粉末化誰更優(yōu)，隨機對照研究并沒有發(fā)現(xiàn)兩種碎石方式凈石率有顯著差異，但是粉末化病人術(shù)后再次急診就診率更高[23]。一項納入104例病人關(guān)于碎塊化的研究，術(shù)中應(yīng)用網(wǎng)籃取石，術(shù)后8周應(yīng)用CT復(fù)查得到的完全凈石率只有55%，結(jié)果并不理想[24]。最近的多中心研究顯示，碎塊化比粉末化凈石率高(74.7% vs 58.1%)，但是多因素分析二者無顯著差異，有癥狀殘石率、并發(fā)癥發(fā)生率、再手術(shù)率也無顯著差異[6]。新的120 W大功率鈥激光(Pulse 120H，Lumenis?)可以使用更低能量，更高頻率，更有利于粉末化碎石，一項應(yīng)用此激光粉末化碎石效果的回顧性研究，應(yīng)用能量0.2～0.5 J，頻率50～80 Hz，凈石率(殘石<2 mm)74%，完全凈石率62%[25]。

目前，粉末化有多種不同的定義，包括：可以通過輸尿管鏡工作通道的細小顆粒；小于1 mm或者2 mm；不能用網(wǎng)籃抓?。灰灿袑⑵涠x為內(nèi)鏡手術(shù)過程中，灌注液沖洗能使其在腎內(nèi)漂浮的結(jié)石碎屑，類似于水晶球里面漂浮的顆粒[26]，因為只有漂浮的顆粒才能不論在腎內(nèi)的什么位置都有可能自行排出。至今為止的報道尚且不能證實哪一種方式更有優(yōu)勢，實際手術(shù)中需要根據(jù)臨床情況具體選擇，兩種方式需要結(jié)合起來靈活應(yīng)用。

二.摩西技術(shù)鈥激光

摩西效應(yīng)(Moses effect，ME)的發(fā)現(xiàn)已有三十余年歷史，直到2017年才出現(xiàn)應(yīng)用脈沖調(diào)制系統(tǒng)即所謂的摩西技術(shù)(MosesTMtechnology，MT，Lumenis?)的鈥激光。普通鈥激光激發(fā)時只產(chǎn)生單一脈沖，能量傳導(dǎo)到結(jié)石之前會被水吸收較多的能量，MT鈥激光先后產(chǎn)生連續(xù)作用的兩種不同脈沖，第一個較低能量的脈沖，與普通鈥激光類似，產(chǎn)生微蒸汽泡，分開光纖頭端周圍的水，形成與結(jié)石之間水密度較低的“隧道”，即所謂的摩西效應(yīng)，第二個更高能量的脈沖通過此“隧道”傳遞到結(jié)石表面，這樣就大大減少了水吸收導(dǎo)致的能量損失，并且可以在更遠距離以非接觸模式產(chǎn)生碎石作用。同時，摩西效應(yīng)產(chǎn)生的“隧道”形成相對的低壓力區(qū)，對結(jié)石有“回吸”作用，可以減少結(jié)石的位移[7，27-28]。

2017年開始最早應(yīng)用摩西技術(shù)的Lumenis Pulse P120H鈥激光有兩種摩西模式：接觸模式(Contact mode，MC) 和非接觸模式(Distance mode，MD)。體外實驗對比MT鈥激光MC模式與長脈寬模式碎石效果沒有差異，但是MD模式比長脈寬模式碎石效果顯著提高[7]。在體外實驗中，應(yīng)用高速攝影對比Lumenis Pulse P120H鈥激光的摩西模式和普通模式，無論是碎塊化模式還是粉末化模式，摩西模式的結(jié)石位移都有顯著減少，比普通模式減少50倍，而碎石效率增加1.6倍，豬腎體內(nèi)模型結(jié)果相同[27]。

三、激光熱損傷

激光的參數(shù)設(shè)置不同，熱效應(yīng)也有差異。高能量激光比低能量溫度更高。體外實驗結(jié)果表明，持續(xù)灌注下，鈥激光持續(xù)激發(fā)作用的時間如果不超過10 s，溫度不會超過51度，隨著灌注速度降低，溫度逐漸增高，沒有灌注的情況下，不同參數(shù)設(shè)置的溫度都會增加到43度以上，最高會達到70.3～100度以上[26，29]。

四、鈥激光的發(fā)展

大功率、高頻率激光新技術(shù)帶來新的挑戰(zhàn)，更高頻率的碎石激光意味著大部分的激光脈沖不能被人眼識別和直接控制，這種情況比過去更嚴重，激光的能量不能完全受控制，有可能損傷正常組織和腔鏡[30]。Schlager等[31]報道了實時反饋技術(shù)，可以識別并區(qū)分泌尿系結(jié)石、軟組織、腔鏡，避免損傷非結(jié)石組織和器械。碎石過程中，通過實時監(jiān)測光纖頭端工作范圍內(nèi)的不同物質(zhì)熒光振幅，進行實時識別和反饋，在識別出非結(jié)石目標時，例如輸尿管管壁組織或者腔鏡，停止激光發(fā)射。實時自動識別系統(tǒng)不僅可以引導(dǎo)激光能量直接作用于結(jié)石，避免誤損傷正常組織和腔鏡器械，還可以減少激發(fā)的總能量的數(shù)量，在動物模型實驗中對系統(tǒng)的安全性和有效性進行了驗證，成果待發(fā)表，從實驗室階段到臨床使用值得期待。

五、銩光纖激光

銩光纖激光(Thulium fiber laser，TFL)不同于鈥激光和常用于腫瘤及前列腺領(lǐng)域的銩固態(tài)激光(Thulium：YAG laser)。TFL波長1940 nm，更接近組織中水的吸收峰值，吸收系數(shù)是波長2100 nm的鈥激光的5倍，對腎結(jié)石融石閾值比鈥激光降低了4倍。相對于目前鈥激光80 Hz的最高頻率，TFL可以達到更高的1600～2000 Hz。鈥激光最小脈沖能量0.2 J，脈寬最大1 ms，TFL分別為0.025 J和12 ms。因此，TFL在更低脈沖能量和更高脈沖頻率、更長脈寬設(shè)置下可以產(chǎn)生更好的粉末化碎石效果[32]。高速攝影機拍攝TFL激發(fā)產(chǎn)生的微蒸汽泡直徑比鈥激光小4倍，脈沖瞬時壓力(0.6 bars)也明顯小于鈥激光(7.5 bars)，所以結(jié)石位移更小[33]。TFL產(chǎn)熱更少，局部溫度更低，光纖消融更少，不需要體積龐大、昂貴的水冷系統(tǒng)，這些是大功率鈥激光必不可少的[34]。

TFL通過直徑只有18 μm的摻銩石英光纖發(fā)生，激光能量更集中，可以通過更細的直徑50～105 μm的光纖傳導(dǎo)，更細的光纖可以提供更好的術(shù)中灌注和軟鏡彎曲度，有助于設(shè)計具有更細鏡體和工作通道的軟鏡，而鈥激光需要直徑大于200 μm的光纖才能承載和傳導(dǎo)[33]。

TFL應(yīng)用于碎石的研究報道大多為體外實驗，被認為是可以替代鈥激光做為新一代碎石激光的金標準[33]。體外實驗對比SuperPulseTMTFL和摩西技術(shù)鈥激光的碎石效果，前者粉末化速度是后者的2倍[35]。Traxer等[36]在2018年AUA報道的臨床研究，相同能量下TFL碎塊化速度是鈥激光的1.7倍，粉末化速度是鈥激光的2.3～4倍，臨床隨機對照研究仍在進行中，暫未見報道。所以具有更細的光纖，更長的脈寬，更高頻率、更低脈沖峰值功率、更均勻的時序脈沖結(jié)構(gòu)的TFL是否能夠真正成為新一代碎石激光的金標準讓我們拭目以待。