Ho：YAG 激光碎石术

　　总结了 Ho:YAG 激光在输尿管镜检查中的应用。首先，回顾了激光碎石术的基本物理学。然后讨论激光发生器和激光纤维的特性，关切它们在输尿管软镜检查中的应用。

　　总结了 Ho:YAG 激光在输尿管镜检查中的应用。首先，回顾了激光碎石术的基本物理学。然后讨论激光发生器和激光纤维的特性，关切它们在输尿管软镜检查中的应用。最后，回顾了一些评估钬激光碎石术的结果和安全性的研究。自从首次发表关于钬(Ho:YAG) 激光碎石术在泌尿科中的应用的初步报告以来， Ho:YAG 激光碎石术取得了许多进展。在过去的几十年里， Ho:YAG 激光已成为体内碎石术的金标准。这是基于 Ho:YAG 激光的两个关键特征：(1) 它在破碎所有成分的结石方面的有效性，这是一个很重要的特性，限制了别的类型的激光用于碎石术，以及 (2) 它的广泛范围安全。

　　激光是来自电磁辐射源的一束能量（光）。这种光的特性创造了外科手术中使用的治疗效果。激光控制台由一个能源（电流）组成，用于为原子提供能量并在活性介质中产生光。使用镜子反射光来创建谐振腔，使其可以多次穿过介质。一小部分放大的光从谐振腔中逸出并形成激光束。光线以电磁波的形式离开控制台，光线在高度有序的阵列中以相同的波长和相同的方向传播，这个术语称为“相干性”。

　　Ho:YAG 激光器在近红外光谱中的波长约为 2140 nm 下工作。这导致激光能量被吸收在水中，因此是进行激光碎石术的水性环境的理想选择。

　　Ho:YAG 激光破碎结石的过程将取决于脉冲维持的时间。在较短的脉冲维持的时间（小于几微秒）下，通过离子水或结石成分的分解和等离子体膨胀后的冲击波或空化坍塌，结石会破碎，从而表现出光声效应。在较长的脉冲维持的时间 (100 μs) 下，伴随蒸汽泡破裂的声波的压力大小不足以造成机械损伤或碎石。脉冲维持的时间较长的碎裂机制主要是光热的，随着脉冲维持的时间增加（20 ms），热损害增加。泌尿外科临床使用的 Ho:YAG 激光器以主要的光热效应工作，通常具有 300 μs 或更长的脉冲维持的时间，具体取决于所使用的激光器型号。能够正常的看到一些微弱的光声效应，这会导致治疗时结石移动和后退。

　　将激光能量传送到结石需要两个组件：(1) Ho:YAG 激光控制台和 (2) 光纤传送系统。提供范围广泛的激光控制台选项，从可提供 10-20 W 功率的低功率系统到可提供高脉冲能量和频率的新型高功率 120-140 W 系统。较低功率的激光控制台将在标准的 110 伏插座上运行，因此几乎能在任何类型的手术室做相关操作——如果外科医生希望在现有电气基础设施的不同位置使用它，这是一个优势。低功率系统的缺点是它们通常无法达到高功率系统的高脉冲能量设置 (2.0-3.5 J) 和高脉冲频率设置 (50-80 Hz)。这种高脉冲能量设置对于软组织应用很重要，例如前列腺钬激光摘除术 (HoLEP)。随着外科医生采用“粉末化”策略来治疗使用低脉冲能量和高脉冲频率的肾结石，高脉冲频率设置的使用慢慢的变多。而 Lumenis (Lumenis Ltd., Yokneam, Israel) 历来是高功率系统的主要供应商，最近其他制造商也发布了高功率变体。大功率系统的缺点是由于需要大量的冷却系统，它们体积大且笨重。此外，它们需要特殊的电力服务。Lumenis Pulse™ 100H (参见图8.1 ) 和 Olympus EMPOWER 65（Olympus Surgical Technologies America，Southborough，MA），分别具有 50 和 60 Hz 的脉冲频率，都需要 20 安培的电力服务。Lumenis MOSES Pulse™ 120H 在某些设置下可以以高达 80 Hz 的频率运行，需要 50 安培的电力服务，这在规划安装时可能是一个限制因素。一些手术室和手术室没有支持这种电源的基础设施，或者在大多数情况下要进行昂贵的升级才能进行改造。

　　Lumenis（以色列）为其 Lumenis Pulse™ 120H 激光器开发了一项新技术，称为“摩西效应”。激光脉冲经过调制，在光纤尖端和目标结石或组织之间形成蒸汽通道。奥林巴斯 EMPOWER H65 系统采用“稳定模式”来提供类似的蒸汽通道效果。脉冲调制旨在改善向目标结石或组织的能量传输，从而改善碎裂、减少后退并理想地缩短手术时间。未来的 Ho:YAG 激光器设计可能会逐步优化脉冲调制。

　　Ho:YAG 激光器允许使用低羟基二氧化硅光纤，这些光纤坚固但相对便宜，并且有多种直径和纤芯尺寸可供选择。激光光纤由三个关键部件构成：纤芯、包层和护套（见图8.2）。

　　用于 Ho:YAG 激光器的光纤的 (1) 石英玻璃芯是激光传输部分。理想情况下，激光能量应该通过称为全内反射的过程有效地穿过核心。纤芯被包裹层包围。(2) 包裹层可由与纤芯相似的材料制造成，但具有较低的折射率，这对于在纤芯和包层的边界处发生的全内反射很重要。(3) 护套或外涂层包裹着纤芯和包层，起到保护光纤脆弱玻璃成分的作用。护套通常是彩色的，这有助于在内窥镜下和患者体外观察纤维。

　　激光光纤的直径会影响光纤的性能。例如，较大的纤维可能不太灵活并限制灌溉流量。泌尿科医生通常会要求“200 μm”激光光纤用于他们的手术，但不一定了解光纤的总直径不是 200 μm。事实上，可用于激光碎石术的直径为 200 μm 的市售光纤很少。大多数光纤的真实直径要大得多，因为直径一定要考虑光纤的纤芯、包裹层和护套的组合。例如，Cook (Spencer, IN) HLF-S200 光纤在市场上销售时的直径为 200 μm，但在采用纤芯、包裹层和护套时，测量值为 200 μm 的是光纤的纤芯和光纤的线 μm。另一个更令人困惑的例子是波士顿科学公司（马萨诸塞州马尔堡）的 Flexiva 200 纤维。虽然光纤的名称暗示它是 200 μm，但纤芯约为 240 μm，光纤的线 μm，因此实际上光纤的任何部分都不是 200 μm 。

　　一系列光纤纤芯尺寸用于 Ho:YAG 激光碎石术，范围约为 150–1000 μm。光纤纤芯尺寸的选择应取决于使用它的应用和仪器（表8.1）。较小的核心尺寸 (150-300 μm) 通常用于输尿管软镜，而较大的核心尺寸 (200-365 μm) 可用于半刚性输尿管镜或迷你 PCNL 肾镜，它们具有更大的工作通道，仍旧能提供足够的冲洗液流量。550-1000 μm 芯纤维通常保留用于大型刚性器械，如标准 24F 肾镜和膀胱镜，因为它们缺乏灵活性，并且可能太大而无法通过用于输尿管镜检查的内窥镜的工作通道。这些大纤维可用于前列腺、PCNL 或膀胱结石的钬激光摘除术。

　　Ho:YAG 激光器的光束轮廓与芯尺寸大于 200 μm 和理想情况下大于约 240 μm 的耦合最佳。较小的纤芯尺寸有将激光能量发射到包层中的风险，这可能会损坏或破坏光纤。先前对光纤的台架测试表明，纤芯尺寸 240 μm 的光纤更容易出现故障。对于带有体内碎石术的输尿管软镜检查，选择纤芯尺寸为 240-270 μm 的纤维可在耐用性和尺寸之间进行公平的权衡。

　　激光光纤维的柔韧性是输尿管镜检查中使用的纤维的重要性能组成部分，尤其是位于下极的结石。光纤的柔韧性受纤维直径和用于构造纤维的成分的影响。如果使用更硬的激光光纤，输尿管镜的偏转可能会受到限制，在某些情况下可能会限制进入下极结石。在评估具有 240–270 μm 芯径的精选纤维的柔韧性时，当插入具有 275° 基线偏转的 Stryker (Kalamazoo, MI) U-500 输尿管柔性输尿管镜时，大约会损失 30–60° 的基线偏转。纤芯尺寸略小的 200 μm 的光纤偏转损耗略小，U-500 中的偏转损耗平均为 20-30°。因此，如果需要最大偏转才能到达结石，那么 200 μm 芯光纤，可能是到达目标的最佳选择。更硬、柔韧性较差的纤维有可能对精密的柔性输尿管镜的偏转机制施加额外的压力，这可能导致设备过早失效。

　　耐用性是指纤维对弯曲断裂的抵抗力。通常，光纤不会单独因弯曲而失效，而是在光纤处于偏转位置时激活激光器时会失效。这个概念是，随着弯曲，光纤纤芯内的激光能量的全内反射可能会损失，当能量泄漏到包层，尤其是护套中时，光纤将因热损坏而失效。增加激光器的脉冲能量设置和光纤弯曲的紧密度都会增加光纤故障的风险。如果在临床病例中发生这种情况，可能会导致输尿管软镜的严重损坏，继发于激光能量的损坏。光纤的碎片可能会落入肾脏并需要提取，这在技术上可能很困难。将结石从下极移至更容易进入的位置，如肾盂或上极，也是降低纤维衰竭风险的谨慎策略。这减少了输尿管软镜偏转机制的压力，并可能增加手术后的无结石率。

　　历史上，泌尿外科使用的激光光纤的尖端主要是扁平的。最近，制造商对光纤尖端进行了修改。其中最常见的是圆形或“球头”（见图8.3）。通过在纤维末端放置一个球头，它允许纤维以较小的阻力通过柔性输尿管镜。这个概念是球头在输尿管镜的工作通道中更自由地滑动，不太可能损伤精致的内衬。在手术过程中，球头允许在输尿管镜处于偏转位置的情况下通过通道推进纤维，不推荐使用平头光纤。当存在难以触及的下极结石，并且外科医生在确定目标后，不能将输尿管镜从下极拉出，以推进纤维时，这可能会有所帮助。研究已经确定，无论光纤的尖端配置是扁平的还是球形的，烧蚀特性都不会改变。

　　光纤尖端经常因回烧而退化。光纤尖端的制备包括剥去护套的末端部分，然后从纤芯末端切割几毫米。有专门的工具，例如激光光纤剥线钳和陶瓷剪刀。在一项体外研究中，涂层纤维（与剥离纤维相比）无论如何切割（金属或陶瓷剪刀）都能产生更好的碎石性能。作者假设剥离光纤可能会损坏包层 [。

　　目前有多种商用激光光纤可供选择，包括一次性使用和可重复使用的变体。从历史上看，可重复使用的纤维购买成本更高，但重复使用的成本会在纤维的使用寿命内摊销，并且可重复使用的纤维比一次性使用的变体更具成本效益。总的来说，一次性和可重复使用光纤之间的性能相似，尽管有一些例子表明制造商的可重复使用版本优于其一次性版本。近年来，一些激光光纤制造商开始转向专注于高成本、一次性使用的光纤。这方面的一个例子是波士顿科学公司的 Flexiva 和 Flexiva TracTip 200 纤维系列。光纤仅供一次性使用，不提供可重复使用的变体。这些纤维位于 Ho:YAG 纤维价格范围的高端，但已被证明具有出色的性能特征。

　　Ho:YAG 激光在输尿管镜检查中的主要优点是它可以用于碎裂任何成分的结石。该过程是通过将激光纤维小心地推进通过输尿管镜的工作通道来执行的。光纤的尖端应始终可视化。纤维的尖端应与结石接触以有效碎裂。看不到光纤的尖端，可能表明光纤在输尿管镜的工作通道内，如果被激活，可能会对输尿管镜造成灾难性的损坏。此外，由单个脉冲产生的空化气泡破裂可能足以损坏输尿管镜。在一项研究中，当激光光纤被推进到占据视频屏幕的四分之一时，激光激活产生的气泡从未接触到可弯曲的输尿管镜尖端，从而保护范围免受损坏。作者将其称为“安全距离概念。

　　首先，激光在治疗结石方面被证明是有效的，21 名患者的结石清除率为 92%。其次，激光在治疗遍及整个泌尿道的结石方面具有多种用途，并且被证明在用于软性肾镜检查时在经皮肾镜取石术中治疗远离肾造瘘道的肾盏结石特别有用。第三，激光能够治疗所有成分的结石，包括胱氨酸结石和一水草酸钙结石，这些结石以前尝试过的治疗方式都失败了。此外，激光被证明是安全的，当该装置在透视控制下而不是直接可视化下使用时，有 1 例输尿管穿孔。超过 500 名患者的更大系列验证了最初的发现，并得出了类似的结论，突出了 Ho:YAG 激光治疗结石的功效，无结石率 90%，并发症发生率非常低，包括输尿管穿孔和狭窄形成 (1%) 。

　　随着 Ho:YAG 激光碎石术经验的增加，研究开始调查其在更具挑战性的患者群体中的使用。在包括病态肥胖患者在内的各种临床情况下都报告了出色的结果, 出血素质, 异常肾脏和妊娠 [25] 和儿科 [26] 患者群体。小口径高偏转输尿管镜与 Ho:YAG 激光相结合，使外科医生能够执行过去可能需要更多侵入性方法的手术，例如经皮甚至开放手术。

　　一个警告是，大多数系列,使用腹部平片和肾脏超声来报告无石率，这可能会高估真正的无结石率。使用计算机断层扫描评估无石率时，真正的无石率似乎要低得多 (~50%) （表8.2）。在一项回顾性多中心试验中，对 232例输尿管镜检查后，平均随访 16.8 个月的患者结石碎片的自然病程进行了评估。在该队列中，44% 的患者经历了结石相关事件，定义为结石生长、结石排出以及需要再次干预或并发症（例如，症状、急诊科 (ED) 就诊、住院或肾功能恶化） ）。在这组患者中，29% 的患者需要再次手术干预，15% 的患者出现了未再次干预的并发症。此外，与碎片小于 4 毫米的患者相比，残留碎片大于 4 毫米的患者出现并发症，或结石生长或需要再次干预的可能性明显更高。

　　输尿管镜检查仍然是治疗尿石症最有效、最安全、最通用的治疗方式之一；然而，应优化程序以减少残留碎片，最终降低潜在的术后发病率。

　　传统的结石碎裂，使用更高的能量设置 (0.6-1 J) 和低频设置 (6-15 Hz)。结石会碎成碎片，然后可以取出。最近，人们对“粉末化”技术产生了兴趣，该技术利用较低的能量设置 (0.2–0.4 J) 和较高的频率设置 (50–80 Hz) 将结石头粉碎成“粉尘”。粉尘的目标是不留下大的碎片，避免需要取石篮取石。在这些情况下，也可以省略输尿管通路鞘，因为不再需要多个通向肾脏的进/出通道。

　　最近，许多控制台都有改变脉冲持续时间或调制产生的脉冲的附加选项，这可能会影响系统的性能。在体外粉末化模型中，较长的激光脉冲持续时间可提供有效的结石粉碎，并具有减少激光纤维尖端降解和结石后退的优势。。Lumenis（以色列）为其 Lumenis Pulse™ 120H 激光器开发了一种调制脉冲，称为“摩西效应”。虽然该机制的确切细节尚未完全报道，但它似乎是通过使用双脉冲激光来工作的。传递第一个脉冲以创建通向结石的蒸汽通道，然后第二个脉冲接触目标结石，并提供碎石效果。报告表明，与标准短脉冲模式相比，有可能减少后退和提高消融效率。

　　一项前瞻性、多中心试验来自 EDGE（Endourology Disease Group for Excellence）研究联盟旨在确定哪种方式（粉末化或碎裂）产生更高的无石率和最少的并发症。总共有 84 和 75 名肾结石负荷为 5-20 毫米的患者分别被纳入取石篮组和粉末化组。在单变量分析中，取石篮组的无石率显着更高（74.3% 对 58.2%，p = 0.04），但在多变量分析中则不然（1.9 OR，95% CI 0.9-4.3，p = 0.11）。在接受取石篮组手术的患者中，手术时间比接受粉末化手术的患者长 37.7 分钟（95% CI 23.8-51.7，p 0.001)。两组之间在并发症发生率、再入院率或额外手术方面没有统计学上的显着差异。最终，泌尿科医生应该可以随时使用这两种方式，并且通常可以根据具体的临床情况在这两种方式之间转换（表8.3）。

　　a 如果激光控制不能进行高频设置，可以使用较低的设置，但这会增加程序的持续时间

　　Ho:YAG 激光是一种安全有效的技术，可用于治疗所有患者群体的尿石症。其安全性已在年轻人和老年人、妊娠患者、肾移植患者和抗凝患者中得到证实。值得一提的是 Ho:YAG 激光器特有的一些预防措施。输尿管穿孔的风险极低；然而，据报道至少有 3 人因使用 Ho:YAG 激光导致输尿管穿孔而死亡。然而，纯尿酸结石碎石，通过光热机制产生可以产生氰化物；尽管如此，其产生的量在临床上则是微不足道。在一项离体研究中，Ho:YAG 激光在未受保护的眼睛中，可能诱导角膜病变，范围从浅表烧伤病变到全层坏死区域，与脉冲能量和暴露时间直接相关，与眼睛的距离成反比。然而，当激光被放置 5 厘米或更远时，无论激光设置和曝光时间如何，都没有观察到角膜损伤。眼镜在防止激光损伤方面与激光安全眼镜同样有效。

　　最近，随着新的更高功率激光的出现，人们注意到激光碎石部位的局部温度迅速升高，特别是在没有灌溉的情况下。这可能会对周围的尿路上皮和肾实质造成结构损伤，在低至 43 °C 的温度下会发生蛋白质变性。在一项研究中，Ho:YAG 纤维在 1 J 和 10 Hz 下，可导致温度在 60 秒内升高 60 摄氏度。这种温度的快速上升，似乎可以通过冲洗液流量来缓解，因此应注意确保充分冲洗，或间歇性停止激光，以避免热损伤，特别是在流量受限的梗阻情况下。

　　Ho:YAG 激光是目前输尿管镜体内碎石术的金标准，因为它的有效性和安全范围很广。激光光纤的性能特性差异很大，包括柔韧性和耐用性。新的更高功率的激光控制能够给大家提供更高的能量和频率设置，从而实现更有效的碎石。更新的技术，例如改变脉冲持续时间或“摩西”脉冲调制，可能会影响到激光器的性能特征。