胡衛(wèi)國(guó) 李建興

鈥激光(holmium：yttrium-aluminum-garnet laser, Ho：YAG)一直被認(rèn)為是泌尿系結(jié)石激光治療的金標(biāo)準(zhǔn)[1]。鈥激光的碎石機(jī)制包括光聲機(jī)制和光熱機(jī)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(guò)程中產(chǎn)生沖擊波擊碎結(jié)石是光聲機(jī)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(jī)制作用。光熱機(jī)制瞬時(shí)高溫化學(xué)分解結(jié)石，產(chǎn)生的結(jié)石碎片通過(guò)光聲機(jī)制作用爆裂[2]。近年來(lái)，鈥激光技術(shù)不斷發(fā)展，重要的技術(shù)進(jìn)步包括功率不斷增加，大功率激光最高達(dá)到120 W；頻率不斷提高，最高達(dá)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(huì)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(shí)間[5，7]。

脈沖頻率：功率不變的情況下，增加頻率對(duì)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(méi)有顯著變化[8]。雖然頻率會(huì)影響碎石速度，但是頻率和總功率與融石體積無(wú)相關(guān)性[5-6]。

脈沖寬度：簡(jiǎn)稱脈寬，是近年出現(xiàn)的第3個(gè)重要參數(shù)，短脈寬150～350 μs，長(zhǎng)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(zhǎng)脈寬模式，并且具備了脈寬調(diào)節(jié)功能，通過(guò)調(diào)節(jié)脈寬達(dá)到不同的碎石效果。不同脈寬對(duì)融石體積的影響沒(méi)有顯著差異[11-12]，但是長(zhǎng)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(zhǎng)脈寬可以減少30%～50%結(jié)石位移的主要原因[13]。長(zhǎng)脈寬可以減少光纖的消融速度，避免消融過(guò)快增加光纖與結(jié)石的距離降低碎石效率[11，14]。短脈寬會(huì)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(huì)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(shí)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(dòng)取出可見(jiàn)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(shí)能量一般先從0.6～1.0 J開(kāi)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(kāi)，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(jìn)鏡取石，如果結(jié)石負(fù)荷太大，形成結(jié)石碎塊多，需要反復(fù)進(jìn)鏡的次數(shù)增加，所以碎塊化手術(shù)時(shí)間比粉末化延長(zhǎng)40%～50%[6，15]。碎塊化的優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：結(jié)石碎塊大，手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)，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(xiǎn)，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(jí)的碎屑，以達(dá)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(zhǎng)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(shí)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(diǎn)：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(shí)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(diǎn)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(biāo)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(gè)相對(duì)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(jìn)一步最小化，達(dá)到最佳的粉末化效果，所以又稱其為Pop-dusting[19]。既往認(rèn)為Popcorn是結(jié)石碎塊之間互相隨機(jī)碰撞產(chǎn)生碎石效果，通過(guò)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(gè)激光脈沖，頭端就會(huì)和結(jié)石接觸一次，產(chǎn)生碎石作用，并且短脈寬模式比長(zhǎng)脈寬模式更有效[20]。關(guān)于Popcorn的參數(shù)設(shè)置報(bào)道不一，基本要求是高能、高頻、小腎盞、近距離、作用時(shí)間長(zhǎng)(>2分鐘)[20-22]。

碎塊化和粉末化誰(shuí)更優(yōu)，隨機(jī)對(duì)照研究并沒(méi)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(xiàng)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(wú)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(wú)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(xiàng)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(guò)輸尿管鏡工作通道的細(xì)小顆粒；小于1 mm或者2 mm；不能用網(wǎng)籃抓??；也有將其定義為內(nèi)鏡手術(shù)過(guò)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?yàn)橹挥衅〉念w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(bào)道尚且不能證實(shí)哪一種方式更有優(yōu)勢(shì)，實(shí)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(lái)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(shí)只產(chǎn)生單一脈沖，能量傳導(dǎo)到結(jié)石之前會(huì)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(gè)較低能量的脈沖，與普通鈥激光類似，產(chǎn)生微蒸汽泡，分開(kāi)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(gè)更高能量的脈沖通過(guò)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(yuǎn)距離以非接觸模式產(chǎn)生碎石作用。同時(shí)，摩西效應(yīng)產(chǎn)生的“隧道”形成相對(duì)的低壓力區(qū)，對(duì)結(jié)石有“回吸”作用，可以減少結(jié)石的位移[7，27-28]。

2017年開(kāi)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(shí)驗(yàn)對(duì)比MT鈥激光MC模式與長(zhǎng)脈寬模式碎石效果沒(méi)有差異，但是MD模式比長(zhǎng)脈寬模式碎石效果顯著提高[7]。在體外實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用高速攝影對(duì)比Lumenis Pulse P120H鈥激光的摩西模式和普通模式，無(wú)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，持續(xù)灌注下，鈥激光持續(xù)激發(fā)作用的時(shí)間如果不超過(guò)10 s，溫度不會(huì)超過(guò)51度，隨著灌注速度降低，溫度逐漸增高，沒(méi)有灌注的情況下，不同參數(shù)設(shè)置的溫度都會(huì)增加到43度以上，最高會(huì)達(dá)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(lái)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(shí)別和直接控制，這種情況比過(guò)去更嚴(yán)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(bào)道了實(shí)時(shí)反饋技術(shù)，可以識(shí)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(guò)程中，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纖頭端工作范圍內(nèi)的不同物質(zhì)熒光振幅，進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別和反饋，在識(shí)別出非結(jié)石目標(biāo)時(shí)，例如輸尿管管壁組織或者腔鏡，停止激光發(fā)射。實(shí)時(shí)自動(dòng)識(shí)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(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)中對(duì)系統(tǒng)的安全性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，成果待發(fā)表，從實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)1940 nm，更接近組織中水的吸收峰值，吸收系數(shù)是波長(zhǎng)2100 nm的鈥激光的5倍，對(duì)腎結(jié)石融石閾值比鈥激光降低了4倍。相對(duì)于目前鈥激光80 Hz的最高頻率，TFL可以達(dá)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(zhǎng)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(jī)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(shí)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(guò)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(guò)更細(xì)的直徑50～105 μm的光纖傳導(dǎo)，更細(xì)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(jì)具有更細(xì)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(bào)道大多為體外實(shí)驗(yàn)，被認(rèn)為是可以替代鈥激光做為新一代碎石激光的金標(biāo)準(zhǔn)[33]。體外實(shí)驗(yàn)對(duì)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(bào)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(jī)對(duì)照研究仍在進(jìn)行中，暫未見(jiàn)報(bào)道。所以具有更細(xì)的光纖，更長(zhǎng)的脈寬，更高頻率、更低脈沖峰值功率、更均勻的時(shí)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(biāo)準(zhǔn)讓我們拭目以待。