劉國(guó)雄，徐曉峰，姜大力，王新陽(yáng)，喬西民 ，賀大林，吳開(kāi)杰

(1.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院泌尿外科，陜西西安 710061；2.咸陽(yáng)市中心醫(yī)院泌尿外科，陜西咸陽(yáng) 712000)

過(guò)去幾十年，各種激光已經(jīng)被引入了泌尿腔道疾病的治療[1-3]，其中應(yīng)用較為廣泛的為鈥激光(Ho∶YAG)和綠激光手術(shù)系統(tǒng)。因鈥激光功能多、效率高等特性，已被成功應(yīng)用于泌尿系統(tǒng)結(jié)石和軟組織病變的治療[2,4]；因組織對(duì)綠激光選擇性吸收能力強(qiáng)，在前列腺增生和膀胱腫瘤的治療中被廣泛使用[5-6]。我們前期的研究結(jié)果提示，藍(lán)激光比綠激光有更高的汽化效率及更小的熱損傷范圍[7]，即具備高效且精準(zhǔn)的汽化切割效果，我們推測(cè)在內(nèi)鏡輔助下藍(lán)激光可被應(yīng)用于上尿路腔內(nèi)病變的手術(shù)治療，如上尿路尿路上皮癌(upper urinary tract urothelial cancer，UTUC)的腔內(nèi)治療。本研究用離體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，探究半導(dǎo)體藍(lán)激光手術(shù)系統(tǒng)在不同條件下對(duì)腎盂組織的作用，明確藍(lán)激光-腎盂組織作用的組織生物學(xué)效應(yīng)，為后續(xù)藍(lán)激光治療UTUC等上尿路腔內(nèi)病變提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料半導(dǎo)體藍(lán)激光手術(shù)系統(tǒng)(450 nm)(西安藍(lán)極醫(yī)療電子科技有限公司)、醫(yī)用激光光纖(西安藍(lán)極醫(yī)療電子科技有限公司)(400 μm)、護(hù)目鏡、步進(jìn)機(jī)、激光功率計(jì)和顯微鏡(Olympus)。新鮮離體豬腎組織、一次性醫(yī)用手套、組織承載盒、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40 g/L的多聚甲醛、游標(biāo)卡尺和刻度尺等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法取新鮮豬離體腎盂組織，切成約7 cm×5 cm×3 cm的方塊，放入質(zhì)量濃度為9 g/L的生理鹽水中，激光光纖固定在垂直于腎盂組織的機(jī)械臂上，將光纖頭伸入質(zhì)量濃度為9 g/L的生理鹽水中。分別在距離離體組織1、2 mm處，調(diào)節(jié)進(jìn)步機(jī)移動(dòng)速度為1.0、2.0 mm/s，即兩種距離情況下均以1 mm/s和2 mm/s的速度進(jìn)行汽化切割，分別采用5、7、10、15、20 W的激光功率作用于豬離體腎盂。

1.3 觀察指標(biāo)將切割后的腎盂組織固定于福爾馬林中，肉眼觀察被汽化的組織形態(tài)及損傷程度，并用游標(biāo)卡尺測(cè)量組織的汽化深度、汽化寬度和凝固層厚度。凝固層通過(guò)肉眼觀察和顯微鏡測(cè)定。行病理切片并利用40 g/L的多聚甲醛固定組織進(jìn)行HE染色，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察不同條件下激光作用膀胱組織所產(chǎn)生的生物效應(yīng)。為最大程度地減小誤差，凡涉及的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均進(jìn)行3次測(cè)量，結(jié)果取各測(cè)量值的均數(shù)。

2 結(jié) 果

2.1 藍(lán)激光汽化切割腎盂組織后的形態(tài)及熱損傷范圍當(dāng)藍(lán)激光作用于腎盂組織的距離為1 mm、步進(jìn)機(jī)移動(dòng)速度為1 mm/s時(shí)，低功率藍(lán)激光(7～10 W)作用于腎盂組織汽化效果不明顯。但是，當(dāng)能量提高至10～20 W時(shí)，腎盂組織很容易被汽化至腎盂下疏松結(jié)締組織，此條件下藍(lán)激光能量的安全性窗口較窄(圖1 B)。因此，下面的結(jié)果部分著重展示藍(lán)激光在距離組織2 mm，光纖移動(dòng)速度為2 mm/s時(shí)的效果。

A：藍(lán)激光汽化腎盂組織實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)(1、2、3分別為步進(jìn)機(jī)、組織承載盒以及藍(lán)激光手術(shù)系統(tǒng))；B、C：藍(lán)激光汽化腎盂組織大體標(biāo)本，分別為激光距離腎盂組織1 mm進(jìn)步機(jī)速度為1 mm/s和2 mm進(jìn)步機(jī)速度為2 mm/s的作用效果。

當(dāng)激光作用距離為2 mm時(shí)、光纖移動(dòng)速度為2 mm/s，使用不同功率的藍(lán)激光汽化豬離體腎盂組織后，觀察大體標(biāo)本，功率>10 W時(shí)，腎盂肌層組織全層被汽化切割(圖1C)。

用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量藍(lán)激光作用距離為2 mm，速度為2.0 mm/s時(shí)，不同激光功率作用于豬離體腎盂組織時(shí)，組織被汽化的汽化深度、寬度和凝固層厚度，詳見(jiàn)表1。

表1 不同功率藍(lán)激光在作用距離為2 mm、移動(dòng)速度為2.0 mm/s時(shí)汽化切割腎盂組織后熱損傷的范圍

2.2 藍(lán)激光汽化切割腎盂組織的病理結(jié)果分析藍(lán)激光距離組織2 mm，移動(dòng)速度為2 mm/s，功率為5～7 W時(shí)可汽化切割腎盂組織，且未穿透至下層組織(圖2A～B)。藍(lán)激光作用功率>10 W時(shí)，其汽化深度明顯增加直至腎盂下層組織(圖2C～E)。顯微鏡下測(cè)量藍(lán)激光在不同功率下汽化切割腎盂組織后所產(chǎn)生的汽化寬度、深度和凝固層厚度的數(shù)據(jù)和游標(biāo)卡尺所測(cè)量的基本一致(圖2F)。

A～E：分別表示5、7、10、15、20 W藍(lán)激光汽化切割腎盂組織后的病理HE染色結(jié)果(×15)；F：藍(lán)激光汽化腎盂組織后所產(chǎn)生的汽化寬度、深度及凝固層厚度統(tǒng)計(jì)圖。

3 討 論

目前泌尿外科臨床上現(xiàn)有激光手術(shù)系統(tǒng)(包括鈥激光、綠激光、銩激光等)存在明顯的不足，例如工藝復(fù)雜、設(shè)備笨重、需要特殊電源、設(shè)備成本高、制冷要求高、噪聲大、切割精度及效率不夠。為了克服這些臨床問(wèn)題，科學(xué)家和臨床醫(yī)學(xué)家們不斷探索。20世紀(jì)90年代，日本科學(xué)家中村修二創(chuàng)造性發(fā)明氮化鎵及半導(dǎo)體藍(lán)激光LED，獲得諾貝爾獎(jiǎng)[8]。基于半導(dǎo)體藍(lán)激光與綠激光波長(zhǎng)相似，都是通過(guò)血液及軟組織血紅蛋白吸收，汽化切割效率高，我們?cè)趪?guó)際上率先開(kāi)發(fā)研制出高功率30 W藍(lán)激光手術(shù)系統(tǒng)，具有成本低、可靠性高、壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單以及光學(xué)能量輸出穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了現(xiàn)階段激光設(shè)備價(jià)格昂貴等諸多缺點(diǎn)與不足，已證實(shí)了其用于機(jī)體組織進(jìn)行汽化、切割、止血的安全性和有效性，并開(kāi)始在泌尿外科常見(jiàn)手術(shù)(前列腺增生和膀胱腫瘤)中得以應(yīng)用[9]。

目前，UTUC根治性治療的原則是行同側(cè)腎臟輸尿管切除術(shù)，但此手術(shù)復(fù)雜且用時(shí)較長(zhǎng)，對(duì)于年齡較大不能耐受手術(shù)、對(duì)側(cè)腎功不全的患者來(lái)說(shuō)，施行內(nèi)鏡輔助下激光治療成為備選的手術(shù)方案，但此類(lèi)研究文獻(xiàn)報(bào)道較少。VILLA等[10]使用鈥激光治療92例UTUC患者的長(zhǎng)期隨訪結(jié)果表明輸尿管軟鏡輔助下鈥激光治療直徑大于1 cm的腫瘤是安全可靠的。然而，一篇體外實(shí)驗(yàn)研究表明似乎銩激光在UTUC治療中更安全[11]，這是基于銩激光更薄的凝固層厚度(0.550±0.137)mm和可控的汽化切割效果來(lái)判定的?？傮w而言，腎盂和輸尿管壁全房組織薄，使用激光切割有術(shù)中穿孔、出血、術(shù)后形成瘢痕、狹窄等風(fēng)險(xiǎn)?；谇捌谒{(lán)激光對(duì)軟組織作用后產(chǎn)生薄的凝固層的特點(diǎn)，我們推測(cè)藍(lán)激光可能會(huì)在腎盂或輸尿管等上尿路管腔病灶的手術(shù)治療中發(fā)揮良好的治療效果。

通過(guò)對(duì)不同功率藍(lán)激光汽化切割腎盂組織的觀察發(fā)現(xiàn)，隨著激光作用距離組織越近、功率越高以及速度越低，激光對(duì)腎盂組織的汽化效果開(kāi)始增強(qiáng)、損傷程度逐漸增大。通過(guò)肉眼觀察，激光功率大于20 W時(shí)，汽化腎盂組織產(chǎn)生了不規(guī)則的作用效果，即汽化切割不精準(zhǔn)。通過(guò)加快光纖移動(dòng)的速度，增加能量距離，減小作用功率，測(cè)量腎盂組織被汽化的深度、寬度和凝固層厚度得出，在近距離(1 mm)汽化切割腎盂組織時(shí)，腎盂肌層全層容易被汽化切割；增加作用距離至2 mm時(shí)，作用安全功率為小于10 W。此時(shí)，隨著激光功率的升高(5～10 W)，組織被汽化的深度及寬度有明顯的上升趨勢(shì)，熱損傷范圍也同時(shí)增加。盡管增加光纖移動(dòng)速度，增加作用距離，但當(dāng)激光功率大于20 W時(shí)，手術(shù)安全性仍較低，易發(fā)生腎盂組織穿孔，汽化切割精準(zhǔn)度降低，熱損傷范圍增加。由此可見(jiàn)，10 W以下功率的藍(lán)激光在用于腎盂病變切除時(shí)相對(duì)安全，不易導(dǎo)致術(shù)中穿孔，此時(shí)凝固層薄，對(duì)腎盂或輸尿管壁組織的熱損傷較小，引起術(shù)后狹窄的可能性小。

450 nm半導(dǎo)體藍(lán)激光可精準(zhǔn)切割腎盂組織，熱損傷范圍小，有潛力成為一種治療腎盂組織病變的安全可靠的激光手術(shù)系統(tǒng)。本研究的局限性在于僅獲得離體動(dòng)物體外實(shí)驗(yàn)，參數(shù)缺乏活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)依據(jù)。因此，在后續(xù)的研究中仍需要進(jìn)一步進(jìn)行體內(nèi)動(dòng)物研究，進(jìn)行術(shù)中和術(shù)后急性期及恢復(fù)期療效的評(píng)估。