输尿管软镜中的碎石策略及钬激光参数设置技巧

涂 熹，罗 旭

(遵义医科大学附属医院 泌尿外科，贵州 遵义 563099)

在过去的几十年里，柔性输尿管镜的发展在输尿管结石和肾结石的外科治疗中取得显著的进步。柔性输尿管镜及其辅助设备(如抓取器和取石篮)，以及钬激光进行了许多改进，使其在治疗上尿路结石起着越来越重要的作用。在北美，其已经成为上尿路结石的主要治疗方法[1-2]。随着可变脉冲长度的钬激光碎石机的出现，如何调节各种碎石参数和激光纤维程序性运动控制，将激光能量准确输送到结石部位的重要性不容忽视。据报道，激光碎石术的一些并发症大多数都与手术有关，与激光技术本身无关。所以，如何根据结石特征制定碎石、取石策略，调节合适的钬激光参数，使其达到最佳的碎石效果，缩短手术时间，提高清石率，减少肾脏损伤是每个手术医生关心的重要问题。现结合近几年国内外的相关文献报道，对fURSL中的碎石策略及相关的钬激光参数设置进行综述。

1 钬激光碎石的原理

钬激光碎石的机制包括光声机制和光热机制。光声机制是指结石周围的水分吸收激光能量，形成蒸汽泡，蒸汽泡破碎产生的冲击波击碎结石。研究发现，直径为600 μm的钬激光光纤在脉冲能量为2J，脉宽300 μs的条件下，距离头端4 mm处，测得的声压经过方位修正后高达510 mPa，该冲击波强度足以击碎结石。光热机制是结石或周围的水分吸收激光能量，激发电子和分子到较高能量级，并通过分子间的碰撞，将能量传递到周围，引起微动能增加，温度升高，致结石熔化或化学分解，简称消融结石[3]。早期研究发现，当光纤垂直结石表面并离结石表面足够近，破碎才会发生；激光辐射面要接触结石表面，消融才产生，这时在光纤端头形成一个被拉长的梨形的气泡通道，将能量传输到结石而熔化结石[4]。有学者用红外光谱分析仪对激光碎石前后进行了成分分析发现光热效应引起了化学分解，表现在碎石后草酸钙生成碳酸钙；胱氨酸产生半胱氨酸和游离硫；二水磷酸氢钙生成焦磷酸钙；磷酸铵镁生产碳酸铵和碳酸镁；尿酸产生氰化物[5]。而后Cecchetti等通过测量光纤端头附近的温度来解释激光碎石机制发现，直径为550 μm的钬激光光纤在脉冲能量为1.5J，脉冲频率20 Hz的条件下，距离头端2 mm处测得温度750℃，频率调至30Hz时温度可远高于1 400℃[6]。而在碎石过程中，具体何种机制起主要作用取决于脉宽和能量。钬激光因脉宽相对较长，故光热效应起主导作用。

2 粉末化碎石与自然排石

粉末化结石的目的是将上尿路的结石击碎成粉，通常其大小应小于2 mm,也有学者主张将其击碎成亚微米级的微粒，以便结石通过输尿管自然排出。在fURSL中，通过将钬激光调节成较低的能量和较高的频率，来达到粉末化结石的效果，也就是我们平常说的低能-高频[7]。粉末化碎石的技巧包括从结石的边缘一点一点的将结石削切下来，避免从结石的主体中间击碎，形成大的碎块。术者应一直保持从结石的周围或一边粉末化结石，直至碎石完成。粉末化碎石的另一个技巧包括将光纤尖部稍微远离结石表面一点，以减少钬激光的光声碎石效果，以便产生更小的结石碎块，手术过程中注意结石随呼吸的移动距离。在碎石之初，结石体积较大，钬激光能量小于结石重量，结石保持在原位，不易移动。但当把结石消融成较小的碎块时，碎石能量大于结石重量，结石开始在肾盏内跳动，以至于很难再从结石边缘消融结石[8]。这个时候我们可以采取两种方法处理：一是用套石篮将较大的结石碎块套出，二是将光纤头端放在肾盏中央，将碎石能量调至0.6～1.0J之间，将频率调至10～20 Hz，通过持续激发钬激光产生爆米花效应(popcorn effect)来击碎结石成粉[9-10]。爆米花碎石效果与碎石空间大小密切相关，在较小的肾盏内比在较大的肾盂内碎石效率更高，而且应采用中等(0.5J)以上的激光能量[11]。另外，Aldoukhi等[12]通过体外研究发现，采用高频能产生更多的亚微米级碎石颗粒，更有利于结石排出。

通常直视下有两个线索可以帮助我们判断结石大小是否足以通过输尿管自然排出，在大多数情况下可以通过钬激光光纤的直径对比结石的大小，目前我们使用的200 μm钬激光光纤实际直径约300～400 μm[13]，所以在视野下，最大结石块的大小应在光纤直径5倍以下。另一种方法是将剩余较大结石块套出体外测量其实际大小。

钬激光的能量和频率设置在帮助我们达到粉末化碎石效果的过程中至关重要。粉末化结石的能量设置一般采用0.2～0.6 J，可根据结石的硬度调节其大小。其频率设置目前多采用30 Hz，也有通过提高频率，来提高碎石效率的报道[14]，通过采用高功率(Moses)钬激光，将碎石频率设置到80 Hz。但采用高功率时，短时间内，大量的能量释放入较小的密闭空间，在中-低的灌流速度下，易致损伤肾组织的高温[15]。粉末化结石的优点包括：手术时间较短，可以不使用输尿管软镜输送鞘，不需使用套石篮，减少费用，降低反复进出输尿管取石导致的输尿管损伤[8]。

3 碎块化碎石与套石篮套石

碎块化+套石的碎石策略包括先将结石击碎成可套取的结石块，然后再利用套石篮将碎石块套出体外。其能量设置常采用传统的高能-低频，即自钬激光引入时所推荐的碎石设置[16]。实验结果表明：碎石块的大小与钬激光脉冲能量大小成正比[17]。临床应用和实验室结果已经证明，高能-低频(例如：0.6～1.2 J/6～10 Hz)产生较大的碎石块，比较适合套石篮取出。碎块化+套石的碎石技巧在于，碎石时先用一个较低的能量和频率，比如0.6 J、6 Hz，这样的设置不仅可以减少光纤尖部损耗，还可以降低结石移位。另一方面，碎块化+套石通常需要使用输尿管软镜输送鞘，这样可以加速碎石和取石过程，减少套石过程中输尿管损伤。碎块化+套石过程中应根据结石硬度调整能量大小，在碎石的时候，先从结石中间将其碎成两部分，再用同样的方法将其击碎成可用套石篮套取大小，再用套石篮将碎石块全部套出。碎块化+套石的主要优点在于套取的结石可用于结石成分分析，其结果可用于指导患者饮食结构，预防结石复发[8]。另外，碎块化+套石早期结石清除率高，早期处理后的残石是患者再次就诊的主要原因。Chew及其同事研究发现：fURSL后，只有56%的患者没有症状且不需要再次干预，29%的患者需要再次干预，其得出结论:完全的无石状态是fURSL最有效的策略[18]。这也是学者们使用碎块化+套石策略的主要原因。

4 脉宽和碎石效率

钬激光的碎石效率以激光在结石表面产生的“弹坑”情况及结石的质量损耗来衡量。选择适当的钬激光碎石参数对提高碎石效率尤为重要。目前市面上销售的钬激光设备有长、短脉宽两种可调节模式，短脉宽一般指单位能量在约180～330 μs内释放，而长脉宽指单位能量在约650～1215 μs内释放[19]。研究发现，排除结石位移影响(结石固定)，短脉宽比长脉宽碎石效率更高[20- 21]。而钬激光碎石的过程中会出现结石“后退”现象，造成重新调整光纤端头、损伤周围组织、延长手术时间等不良影响。且在其他参数不变的条件下，短脉宽较长脉宽结石后移更明显，光纤消耗速度也更快[3]。然而随着激光碎石结石质量不断损耗和结石移位，短脉宽模式下的碎石效率是否会改变呢？对此学者们有不同的结论，他们发现在考虑结石位移的影响下(结石浮动)，长脉宽与短脉宽相比碎石效率相当[22-23]或更高[24-26]。因此，脉宽对碎石效率的影响目前仍有一定争议，原因可能是各研究者采用的检测设备、结石成分和硬度、光纤放置方式和位置等不同，有待进一步研究。而在当前fURSL的临床应用中不妨考虑采取以下策略：在碎石早期，结石重量较大，激光能量不能移动结石时，先采用短脉宽碎石；而接下来的碎石进程中，结石重量减小容易移位，采用长脉宽模式，减少结石移位及光纤损耗，提高碎石效率。

5 能量设置、液体灌注速度与腔内温度的关系

经典的体外和体内高温生物学试验显示：当温度上升到41～47℃时，可以直接导致细胞破坏。当温度上升到43℃以上时，细胞破坏效应呈指数增加，破坏效应与高温持续时间呈正相关[27- 28]。而在fURSL临床应用中，由于通道的限制，水循环相对较差，随着钬激光功率的升高，短时间内大量能量释放入较小的空间，导致水温明显升高，损伤周围组织。因此为了保证碎石顺利进行及减轻肾脏热损伤，有必要了解激光能量设置、灌流速度与腔内温度的关系。在2015年Molina及其同事[29]通过使用羊肾输尿管行体外实验首次记录了钬激光碎石过程中的温度变化情况。但其使用的激光功率和灌流速度都比较单一(1J/10 Hz；8 mL/s)。随后2018年Sourial等[30]采用不同能量和频率的钬激光研究在没有水流灌注的情况下，再次证实钬激光导致周围液体温度明显升高这一过程，发现升温速率与使用的钬激光功率呈正相关。同样，Wollin等[31]通过体外模拟输尿管模型，采用不同激光能量碎石，最高1 J/20 Hz，持续时间激发60 s，在没有水流灌注的情况下，可导致损伤输尿管的高温，而在水流灌注50、100 mL/min组，钬激光周围水温维持在43 ℃以下。

最近120W大功率钬激光的应用，再次把fURSL中热损伤这个话题提上议程。Aldoukhi等[32]使用120 W大功率钬激光通过体外模拟肾盏结石fURSL发现，当激光功率达到40 W，持续时间激发60 s，采用中到低的(15 ml/min)灌注速度，会引起致输尿管损伤的高温，而在高灌流速度38～40 mL/min的情况下，相对比较安全，水温维持在38 ℃左右。随后Aldoukhi及其同事[15]使用猪的体内模型再次验证了在大功率钬激光碎石(40 W)使用情况下，低水流灌注(压力：100 cmH2O水柱；水流14～15 mL/min)情况下，可导致损伤性高温。而在高水流灌注(压力：304 cm H2O水柱；水流36～38 mL/min )下，水温保持在安全范围内。然而目前仍缺乏激光能量、灌注速度和周围液体温度的关系公式供大家参考，以便临床工作者能根据所使用的钬激光功率，调节灌注压，在保持较低的肾盂内压同时，保持安全的肾内温度。

6 结语

目前fURSL处理结石包括两种：粉末化+自然排石和碎块化+套石。粉末化+自然排石主要采用低能-高频加上残留较大结石的爆米花效应碎石；而碎块化+套石主要采用的是高能-低频模式。长脉宽在粉末化碎石过程中结石产生位移小及光纤损耗较小而优于短脉宽。而钬激光功率达到40W时，低水流灌注会产生致输尿管损伤的高温。术者根据结石制定碎石策略时需相应调整钬激光参数，结合长短脉宽的优缺点，考虑到碎石功率与灌流率对肾内温度的影响，以期达到更好的碎石效果，缩短手术时间，减少肾脏的热损伤。