800 μm纤芯光纤发散角影响激光止血效果的离体作用研究

刘国雄,徐晓峰，姜大力，乔西民，贺大林

(1.咸阳市中心医院泌尿外科，陕西咸阳 712000；2.西安交通大学第一附属医院泌尿外科，陕西西安 710061)

良性前列腺增生(benign prostatic hyperplasia，BPH)是中老年男性常见的一种疾病，主要表现以下尿路症状为主[1]。众所周知，经尿道前列腺切除术(transurethral resection of prostate，TURP)是BPH手术的金标准[2]，在TURP过程中，术者需要不断地切换脚踏踏板进行切割和止血。经过几十年的发展，激光手术在泌尿外科疾病治疗中占有非常重要的地位，尤其是激光前列腺手术[3]。在进行激光前列腺手术的时候，主刀大夫往往会把光纤头贴近组织进行汽化切割，光纤头远离组织时进行凝固止血。但是，远距离、长时间凝固止血会对组织产生的作用结果尚鲜见报道。我们采用532 nm绿激光、800 μm纤芯光纤(发散角半角为0.22 rad)对新鲜离体肾脏进行照射实验，探究在低功率、远距离、长时间条件下激光-组织作用结果，从不同角度挖掘激光在BPH手术中的潜在应用价值。

1 材料与方法

1.1 组织标本制备、激光设备与仪器在西安近郊购买新鲜的猪肾脏组织，保存在4 ℃温箱运送至实验室。将肾脏组织横向、纵向切成四等分，并保留肾脏周纤维膜。将制好的组织标本放置4 ℃冰箱备用。使用绿激光手术系统，配800 μm纤芯的光纤。佳能相机，奥林巴斯显微镜设备、步进机，游标卡尺、组织承载盒。

1.2 方法将制备好的肾脏组织置于承载盒中，连接光纤与绿激光激光手术系统主机，将光纤安置于步进机上(图1)。调试激光功率为10 W，步进机安置的光纤头距离组织1、2、3 cm，启动绿激光手术系统，分别照射肾脏组织5(图2)、10、15 s；同理，在激光功率为20、30 W时，照射肾脏组织。对照射后的组织进行拍照，并保存置10%多聚甲醛。24 h后，将标本从多聚甲醛中取出，依次测量光斑损伤直径，切开肾脏组织，观察汽化、碳化等组织损伤情况，测量凝固层厚度、汽化和碳化的范围。将组织置于包埋框，自来水冲洗2 h，经过不同浓度乙醇脱水、二甲苯脱乙醇、浸蜡等步骤制备组织蜡块，行病理切片。将病理切片置于在25倍镜、50倍镜、200倍镜下观察组织形态，重点观察热损伤区域大小。

图1 实验操作平台

2 结 果

2.1 肾脏组织形成凝固瘢的直径和厚度当激光照射时间为5 s时(图2、图3)，随着照射距离的增大，肾脏组织凝固瘢的直径逐渐增大，并且随着激光功率的增加保持照射距离不变，肾脏组织凝固瘢的直径也逐渐增大。凝固瘢的直径在功率10 W、垂直照射距离1 cm条件下为2.52 mm，在功率30 W、垂直照射距离4 cm条件下为6.26 mm达到最大直径。然而激光对肾脏组织所产生的凝固层厚度却并没有因为功率的增加和照射距离的加大而产生明显的变化,10、20、30 W所产生的平均凝固层厚度分别为2.11、2.07、2.30 mm。

图2 激光照射时间5 s时的标本大体观

当激光照射时间延长至10 s时(图3)，肾脏组织凝固瘢的直径同样是随着功率的增加、照射距离的增大而增加，凝固瘢的直径由功率10 W、垂直照射距离1 cm条件下为2.40 mm，增大至功率30 W、垂直照射距离4 cm条件下的8.06 mm，相同功率下凝固瘢的平均直径要大于照射时间为5 s。当功率依次为10、20、30 W所产生的平均凝固层厚度分别为2.47、2.68、3.18 mm，说明随着照射时间的延长，产生的凝固层厚度也逐渐变大。但是，分别在照射功率为10、20 W时，凝固层厚度却没有因为照射距离的增大而增加的趋势。而在照射功率为30 W时，凝固层厚度随垂直照射距离增加至3 cm时是逐渐增大的，增加至4 cm时的凝固层厚度和1 cm时基本相近。

逐渐延长激光照射时间至15 s(图3)，肾脏组织凝固瘢的直径从功率10 W、垂直照射距离1 cm时的2.59 mm，增加至功率30 W、垂直照射距离4 cm条件下的7.67 mm，虽然最大凝固瘢的直径要比照射时间为10 s时的最大凝固瘢8.06 mm小,但是整体凝固瘢的平均直径比照射10 s时要大。10 s时的整体平均凝固直径为5.04 mm,15 s时为5.38 mm。类似照射时间为5、10 s的趋势，当垂直照射的功率为10、20、30 W，分别产生平均凝固层厚度为2.69、3.07、3.92 mm。但是，仍然有在功率不变，增加激光的垂直照射距离至3 cm时，所产生的凝固层厚度无增加或降低趋势。只有当激光功率为30 W时，所产生的凝固层厚度随着照射距离的增加而增厚。

图3 532 nm绿激光在不同照射组织时间、不同照射功率、不同照射距离下的作用效果

A:照射时间5 s；B：照射时间10 s；C：照射时间15 s。

2.2 肾脏组织被汽化碳化的宽度和深度由表1、2所见，随着照射时间及激光功率的增加，肾脏组织被汽化的宽度和深度也有不同程度的增大。在激光功率为10 W，照射5、10 s时(图2)，肾脏组织只产生了凝固效果，没有汽化和碳化出现。在垂直距离为4 cm时，分别用10、20、30 W照射肾脏5、10 s，肾脏组织也未产生汽化和碳化结果。照射时间为15 s时，肾脏组织所产生的汽化和碳化结果最强，在距离为2 cm时作用各功率作用最明显。增加功率、照射时间、增加垂直照射的距离后，肾脏组织被汽化的范围也增大，在距离为3 cm，功率为10、20 W时(图4)，汽化和碳化结果基本未发生。30 W照射肾脏组织在3个照射时间、各垂直距离下都产生了不同程度的汽化碳化范围和深度，这种作用效果在照射15 s、距离4 cm时还存在。

图4 照射时间5 s、激光功率20 W、光纤头距离 肾脏组织3 cm时病理镜下观(HE，×25)

表1 激光在不同条件下照射肾脏组织产生的汽化宽度(mm)的均数比较

/：无作用效果。

表2 激光在不同条件下照射肾脏组织产生的汽化深度(mm)的均数比较

/：无作用效果。

3 讨 论

随着激光在泌尿系统疾病治疗中的广泛应用，激光-组织间的相互作用研究也越发细微和深入[4]，激光波长不同、所用光纤纤芯粗细不同，其作用效果也不同[5]。此外，激光功率、功率密度不同，其产生的组织效应也不同。这就使得我们需更进一步地了解激光在不同条件下的作用效果。532 nm绿激光作用原理主要是通过高效的血红蛋白吸收能力产生较理想的汽化凝固效果，是泌尿外科使用较早、较普遍的激光手术系统。其广泛应用在前列腺增生手术、泌尿系结石碎石术，此外尚有激光在膀胱肿瘤剜除术、肾脏肿瘤剜除术的优势，日趋被泌尿外科医师所认可。

激光前列腺手术，主要以其良好的止血效果被业界认可，目前的研究主要集中在激光汽化组织产生的效率和凝固层厚度。MALEK等[5]使用750 μm纤芯的180 W XPS绿激光汽化犬前列腺后产生了2.0 mm的凝固层厚度，0.8 mm热损伤厚度。但是，HU等[6]通过6种不同红外波长激光对离体肾脏组织作用结果的比较，证明了激光切除肾脏T1期肿瘤的可行性，并提示不仅仅是激光的波长和功率、光纤移动的速度、光纤与组织的作用距离也应该引起手术操作者的重视。ERET等[7]使用532 nm绿激光在活体猪肾脏进行肾部分切除手术，30 W功率作用下急慢性期肾脏损伤深度分别为2 mm和14 mm。ANDERSON等[8]使用80 W KTP绿激光在行猪肾脏部分切除术后急慢性期损伤深度分别为2.5～5 mm和4～6 mm，止血效果良好，其慢性损伤厚度薄，可能与所用的光纤纤芯为365 μm有关联。KYRIAZISI等[9]报道铥激光也有良好的切割和止血效果。

由于激光光斑在距离逐渐改变的情况下，大小也发生了变化，同时其功率密度也降低，所产生的汽化效果变弱，凝固作用加强，恰好适合术中止血使用，尤其是在对富含血液的组织进行汽化止血。随着照射距离、照射功率的增加，激光作用肾脏凝固范围也在增大，但同时激光对组织逐渐产生了碳化和汽化作用，且作用效果呈增大趋势。在临床中当进行前列腺手术止血时，需要的是稳定的凝固层厚度、适当的凝固范围，这就需要把握激光照射前列腺组织的功率、距离、时间，使组织既不产生碳化而影响创面愈合，又不会因组织汽化而造成损伤过深导致“隔空打牛”损伤直肠的现象产生。由图表可知，当照射功率为10 W、照射时间分别为5 s和10 s时，肾脏组织均未产生汽化效果，而且凝固层厚度也趋于稳定；随着照射距离的不断增加，凝固范围由2.52 mm增加至4.5 mm的范围(照射时间5 s、功率为10 W)。所以，如果手术过程中需要大面积范围的止血，不妨降低激光的能量，增加激光的工作距离，适当的把握照射时间，那么就可以达到我们所要求的止血效果。

总之，激光作为与传统手术刀、电凝刀、超声刀、射频刀相媲美的非接触式的新型外科切割工具，同时还具备在快速汽化切割过程中进行有效止血的能力。既可以做到无血切割，也可以做到有效止血，集切割与止血优势为一体。本实验旨在利用光纤发散角，使用800 μm光纤、应用传统绿激光在远距离照射离体肾脏组织情况下进行激光-组织作用效果的研究，为临床激光前列腺增生手术中进行大范围止血提供实验理论依据。当然，如能比较多种纤芯光纤，例如365、400、600 μm光纤；多种类激光，如980、1 470、2 μm激光以及更大功率、更多条件情况，就可以更全面地考虑到临床激光手术系统应用的多样性，从而找到准确的实验数据，全面了解激光-组织不同作用条件情况下组织被凝固的范围和深度。因此，在后期的课题研究中，我们会完善激光对组织的作用效果，为激光在前列腺手术中的广泛应用提供良好的实验理论依据。