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激光在泌尿外科的应用现状

2023-09-04 235 上传者：管理员

摘要：<正>1960年，世界上第一台激光（灯泵浦红宝石激光）用于生物医学，自此激光科技界和生物医学界联合对激光的生物医学效应开始进行系统研究，尤其在泌尿外科领域更是得到了广泛应用与发展。激光对生物组织的作用十分复杂，不仅受激光参数（功率密度、脉冲宽度、光斑大小和波长）的影响，也与组织特性相关。一般来说，激光作用于生物组织后会出现5种与温度有关的效应：体温过高、光热凝固和坏死、干死、碳化、汽化剥离。当激光对组织加热的温度超过300℃时，组织开始热分解和汽化，汽化过程常常伴随着光热凝固。

关键词：
半导体激光
泌尿外科
绿激光
钬激光
铥激光
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1960年，世界上第一台激光（灯泵浦红宝石激光）用于生物医学，自此激光科技界和生物医学界联合对激光的生物医学效应开始进行系统研究，尤其在泌尿外科领域更是得到了广泛应用与发展。激光对生物组织的作用十分复杂，不仅受激光参数（功率密度、脉冲宽度、光斑大小和波长）的影响，也与组织特性相关。一般来说，激光作用于生物组织后会出现5种与温度有关的效应：体温过高、光热凝固和坏死、干死、碳化、汽化剥离。当激光对组织加热的温度超过300℃时，组织开始热分解和汽化，汽化过程常常伴随着光热凝固，阻止手术过程中的出血。

1、1470nm半导体激光

半导体激光是一种半导体二极管发出的光通过内部的谐振腔而产生的激光，这一类设备具有体积小、重量轻、使用时间长、耗能低、多种波长（940nm、980nm、1318nm、1470nm）等优点而被广泛应用于医学。美国食品和药物管理局于2007年首次批准半导体激光应用于临床。目前在泌尿外科领域临床上使用较为广泛的有980nm、1470nm两种波长，尤其是后者。半导体激光由于波长不同，激光能被吸收的媒介种类、吸收系数和穿透深度也不同。虽然目前普遍认为1470nm激光是水和血红蛋白双吸收，但是根据欧洲泌尿外科学会激光技术指南提供的激光在媒介的吸收系数来看，1470nm激光只能被水吸收，并不能被血红蛋白吸收[1]，而980nm激光处于被血红蛋白吸收曲线的末端，有较低的血红蛋白吸收率，同时该激光还位于激光被水吸收的一个小低位峰值上，所以980nm激光是可以被水和血红蛋白双吸收的。由于1470nm激光仅被水吸收，因此在实际临床工作中需要将光纤与组织接触才可提高效率。不同波长半导体激光组织穿透深度也不同，980nm、1470nm激光的组织穿透汽化深度分别为1.0mm和0.5mm，形成的组织凝固层深度分别为4.0mm和1.0mm[2]，当然也有研究提示1470nm激光在体内穿透深度可达2～3mm[3]。

1470nm激光最初是为了满足良性前列腺增生手术治疗的需求，这也是迄今为止其在泌尿外科临床应用最为广泛的领域，其最初的手术方式为汽化，随后众多学者在临床实践中创新改良了手术方式，并赋予一系列的手术名称，诸如蜂窝式汽化技术、汽化剜除术、平面推铲式汽化剜切术、“旋切法”前列腺剜除术、层面递进法剜除术、三沟逆切法汽化剜除术、顺行法前列腺剜除术等。但是总体来说，这些不同的术式都是在利用激光汽化和切割效应基础上采用了不同的思路发展出来的。基于激光手术创伤小、出血少、易操作、局部不产生电场效应等优点，1470nm激光也被应用于非肌层浸润性膀胱肿瘤的手术治疗，并取得了满意的疗效。

2、2µm铥激光

铥激光工作递质为在铥元素的基础上添加微量元素钇-铝-石榴石，又称铥:钇铝石榴石激光（Tm:YAG）。铥激光波长与水对激光的吸收峰1.941µm接近，其在水中的穿透深度强于钬激光2.5倍左右，因此激光能量可以被组织充分地吸收，并且其组织穿透力较短（0.1～0.4mm），这样可以在局部形成高密度能量，组织可瞬间被汽化、切割。第一代铥激光系统于2003年被研制成功，最大功率为50W，波长可在1.75～2.22µm调节，模式可在脉冲波与连续波之间转换，脉冲模式下铥激光可以对组织进行精确切割，而连续波模式下可以进行较快的切割、止血。2007年，第二代铥激光系统将最大功率提高至70W，波长固定在2.013µm，工作模式为连续波模式。2009年，铥激光系统最大功率提升至120W，目前最大功率已经达到200W。目前较常用的铥激光激光器有3种：Tm-YAG激光器（Revolix），波长2013nm;Tm-ﬁbre铥光纤激光器（Vela XL），波长1940nm;Cyber(Quanta System)铥激光器，波长2010nm。三者均使用2000nm波长附近的铥激光用于激光辐射，故又将之称为2µm激光。

铥激光最初在泌尿外科也是用于良性前列腺增生的手术治疗，国内由夏术阶等[4]于2005年报道，国外是由BACH等[5]于2007年报道。铥激光治疗前列腺增生的手术方式也在夏术阶提出的“剥橘”式切除的基础上，陆续出现了分割式、五分法前列腺汽化切除、三叶五步剜除法、前列腺汽化剜除、分叶整体切割法、分叶剜除法、两点一线一面剜除术等手术方法，虽然名称繁多，但是根据其原理基本可以将手术方法分为4类：①纯汽化术，术语为“铥激光前列腺汽化术（thulium laser vaporization of the prostate,Thu-Vap）”；②汽化切除术，术语为“铥激光前列腺汽化切除术（thulium laser vaporesection of the prostate,Thu-VaRP）”；③剜除术，术语为“铥激光前列腺汽化剜除术（thulium laser vapoenucleation of the prostate,Thu-VEP）”；④在铥激光前列腺汽化剜除术的基础上结合开放性前列腺剜除手术中用手指剥离腺体的类似经验，又发明了一种纯剜除术，术语为“铥激光前列腺剜除术（thulium laser enucleation of the prostate,Thu-LEP）”。

随着铥激光激光器的不断发展和外科技术的不断提高，铥激光在泌尿外科的应用范围也得到了拓展。铥激光可依靠局部瞬间高强度热效应作用于结石表面实现结石的“消融”[6]，尤其对于合并有输尿管狭窄的结石患者来说，铥激光还具有良好的切割、止血功能，优势十分明显[7]。部分学者利用铥激光施行肾部分切除术，因为激光能量吸收瞬间形成的高温可有效封闭小血管，手术创面几乎可以达到零出血状态，同时铥激光组织穿透深度浅，可最大限度保护肿瘤周围正常肾组织，同时完整切除肾脏病变[8,9]。除了上述应用以外，铥激光在尿道狭窄、尿道肉阜、膀胱颈挛缩、膀胱肿瘤、膀胱嗜铬细胞瘤、早期的肾盂或输尿管移行细胞癌、输尿管囊肿及肾囊肿等泌尿外科疾病的手术治疗中都有应用。

3、绿激光

绿激光波长532nm，可被组织中的血红蛋白选择性吸收，但却几乎不被水吸收，因此绿激光被国内外专家誉为“水环境下最理想的气化工具”。手术汽化组织的同时可以同步封闭血管，具有一定的止血效果。绿激光组织热损伤深度浅（约800µm），能使热损伤限制在浅表组织中，且会在汽化后的组织上形成一条很薄的凝固带，进一步限制了深层组织的热损害。正是由于绿激光的上述特性，以前列腺增生为主要治疗目标的绿激光手术系统被开发应用于临床，其经典术式为光选择性绿激光前列腺汽化术。但最初绿激光与Nd:YAG激光联合使用，功率仅30W，去除组织的效率和手术结果并不理想。1998年开始有报道应用60W绿激光进行前列腺汽化术。2002年初美国Laserscope公司推出80W功率的绿激光器应用于绿激光光选择性前列腺汽化术，该手术操作容易、不出血、无前列腺电切综合征发生、无尿失禁甚至可以日间手术等诸多优点，原海军总医院率先在国内引进并开展了此项技术。但当时绿激光被认为只适用于中小体积前列腺，汽化效率不高、手术时间较长是其主要不足，因此不断有更高功率的绿激光手术系统被研发出来应用于临床，包括HPS 120 W系统，国产瑞尔通®公司的160W绿激光系统等。目前最高功率的绿激光设备为波士顿科学®的XPS 180W绿激光设备，止血功率可调高到40 W，采用750μm MoXy液体冷却光纤侧出，使得组织汽化更加快速，止血更加高效，并于2016年被欧洲泌尿外科学会定义为绿激光的行业标准[10]。随着功率的提高和手术效率的提高，前列腺体积已经不再作为PVP手术的限制因素。

除了激光功率的增加以提升手术效率以外，众多学者也对手术方式进行了许多创新。绿激光最经典的术式为PVP，但该术式有两个不足，一是手术耗时相对较长，二是无法留取手术标本，因此许多学者对绿激光手术方式进行了改良，诸如绿激光前列腺块状汽化切除、绿激光前列腺剜切、经尿道直出绿激光推铲式汽切术、绿激光汽化剜除术等，从一定程度上弥补了上述PVP的不足。随着绿激光在临床的应用经验不断积累，其适用的疾病种类也已经不局限于良性前列腺增生，目前已经涵盖了非肌层浸润性膀胱肿瘤、输尿管囊肿、尿道狭窄、腺性膀胱炎等泌尿外科常见疾病。除此以外，还有学者尝试过使用绿激光进行碎石手术[11]，但是终因其效率不高而未得到推广。

4、钬激光

钬激光是一种以钇铝石榴石（YAG）为激活媒质，掺敏化离子铬（Cr）、传能离子铥（Tm）、激活离子钬（Ho）的激光晶体（Cr:Tm:Ho:YAG）制成的脉冲固体激光装置产生的激光，波长约为2100nm，为不可见的脉冲式近红外线激光，易被水吸收，组织穿透深度0.4mm左右，组织非选择性，对所有组织作用相同。钬激光随着输出功率的不同，产生的组织生物学效应也不同，其作用机制也不同。目前，钬激光最大输出功率可达120W，作用于组织的有效功率约100W。1993年首次使用钬激光行犬的前列腺切除术获得成功。1995年报道了首例人的钬激光前列腺切除术。起初，钬激光切除前列腺为片状“切削式”切除，切除腺体仅25%左右。为了去除更多的增生组织，钬激光前列腺剜除术被应用于临床，有研究表明切除腺体可达67.8%，技术越熟练，去除的增生腺体组织越多，手术时间越短，但是这种手术学习曲线相对较长。

由于钬激光可以非常容易由石英光纤进行传输，适用于膀胱镜、硬性及软性输尿管镜，而且其方向性好，约95%能量被光纤头端直径约5mm范围内的水吸收，使用安全，所以除了前列腺增生的手术治疗以外，钬激光在泌尿外科临床应用的另一个重要领域就是结石的手术治疗。钬激光碎石的确切机制目前尚不明确，有研究显示其主要机制是能够导致结石气化的热效应，同时还有继发性冲击波效应和成腔效应（碎石时，钬激光产生的能量可使光纤和结石之间的水汽化产生大量的微小气泡，气泡爆裂将能量传递至结石），但是热效应理论并不足以解释在碎石过程中的所有现象。等离子体理论核心是钬激光通过其光纤头端的水分迅速吸收激光能量，产生热电离而形成等离子体，一旦形成等离子体，其强烈吸收入射激光，等离子体本身以超音速膨胀，产生压强很高的冲击波致使结石裂开、分散[12]。近年来又出现了具有摩西效应模式的钬激光，这种钬激光可使用两组独立的脉冲：第一组低能短脉冲在光纤末端周围形成水气泡分开水流（摩西效应），使得后来的高能长脉冲传递一个更大的激光能量碎石，减少高效碎石过程中的能量损失。摩西效应决定于激光光纤与目标结石表面的距离：MOSE A是接触模式，MOSE B是距离2mm有更好的碎石效果，适用于内镜难以接触到的肾盏结石。

钬激光除了被广泛应用于前列腺增生和泌尿系结石的治疗以外，还被用来进行非肌层浸润性膀胱肿瘤、泌尿系统腔道狭窄、输尿管囊肿、尿道肉阜、尖锐湿疣、输尿管息肉、肾囊肿等疾病的手术治疗，甚至还有部分学者尝试经尿道以钬激光作包括输尿管口周围的膀胱袖口状切除术[13]。

在实际临床应用中，尤其是结石的治疗过程中，必须关注钬激光的热损伤问题。研究显示，当钬激光功率40W（频率20 Hz，能量2J）时，激发15s，间歇5s，不到1min水温将超过50℃，115s的时候水温会超过70℃，这足以导致明显的组织损伤[14]。如将钬激光能量从2J减为1J，其他参数不变，会明显减少钬激光热效应，减少组织损伤，但温度仍会随着手术时间延长而升高，仍有潜在的损伤可能。

参考文献:

[1]夏术阶,张沂南,鲁军,等.钰激光"剥橘"式切除术治疗良性前列腺增生症[J].中华医学杂志, 2005,85(45);3225-3228.

[2]孙峰,翟玉章,陈保春,等.标准经皮肾镜联台膀胱软镜钰激光治疗复杂肾结石疗效分析[-].中国激光医学杂志,2017,26(4):181-184.

[3]霍亚非.,孙峰,翟玉章,等.锤激光与钞激光治疗输尿管结石合并输尿管狭窄的临床疗效比较[J].中国激光医学杂志, 2020,29(4):188-192.

[4]栾阳,吴立成,徐浩,等.锤激光在零缺血后腹腔镜肾脏小肿瘤切除术中的应用[J].现代泌尿生殖肿瘤杂志,2019,11(4):223-226.

基金资助:北京市科技计划课题(Z17110001017174);

文章来源:陈安龙,赵豫波,贾卓敏.激光在泌尿外科的应用现状[J].中国临床医生杂志,2023,51(09):1009-1011+1006.