钬激光医疗

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医用钬激光碎石，它适用于体外冲击波碎石法无法碎解的、坚硬的肾结石、输尿管结石和膀胱结石。  医用钬激光碎石时，医用钬激光的纤细光纤借助膀胱镜和输尿管软镜通过尿道、输尿管直抵膀胱结石、输尿管结石和肾结石部位，然后由泌尿外科专家操纵钬激光将结石击碎。  这种治疗方法的优点是可以解决输尿管结石、膀胱结石和绝大部分的肾结石。其缺点是对于部分肾上盏和肾下盏的结石，由于从输尿管进入的钬激光光纤无法抵达结石部位，会有少量结石残留。    钬激光对结石的碎石作用主要依靠热效应。碎石过程中，结石表面的水和结石中的水吸收钬激光的能量后汽化形成小球，汽化小球随后裂解所形成的冲击波产生二次压力，使结石粉碎。钬激光以脉冲式发射，发射时间为0.25s，瞬时间功率可达到10KW，足以粉碎各种成分和密度的结石，其组织穿透深度＜0.5mm，组织损伤轻微，术后不会因疤痕形成导致尿路狭窄，因而钬激光结合内镜对泌尿系统结石具有独特的碎石效果。目前钬激光与腔内器械联合已成为治疗泌尿系结石的一种重要手段。   钬激光碎石既可以提高结石完全清除率，又可以降低并发症的危险性，已成为输尿管嵌顿结石处理技术范畴上的首选。根据欧洲泌尿技术研究协会结石处理的研究调查表明，北欧每家泌尿外科平均每月进行11.2次输尿管肾镜激光检查。基本构造：正如其名，钬激光的活性介质是一种稀有成分：钬：它可以结合YAG晶体成为HO：YAG，或者结合钇—钪—镓—石榴石（YSGG）为Ho：YSGG。各种商业模式略有不同，脉冲持续时间为250350微秒，脉冲能量为0.2－4.0J／脉冲，频率为5－45Hz，平均能量为3.0－80瓦。选择哪一种激光，取决于临床应用．它们的波长均为2100nm，也正因为这样的波长，才赋予了它不同于其他激光的临床特性。碎石原理：钬激光是一种固态脉冲激光，其波长2100nm，为一种不可见光，光位于光谱的近红外区。水在这个波长的吸收系数大约为 40cm-1，因此钬激光可明显被水吸收。由于组织主要由水分组成，所以钬激光可以被机体组织中的水分及结石表面微空吸收，从而达到良好的切割及组织灼蚀作用。它结合了二氧化碳激光和钕激光的特性，通过同一设备既可进行组织切割、也可进行凝固止血。由于钬激光的波长可以经光纤传输，所以特别适合腔内镜外科手术。软组织的热恢复时间是310ms，钬激光的脉冲持续时间短（250微秒），热量扩散最小。这样可以获得“所见即所得”的效果，使之更易于为外科医师所接受。除了组织消融特性外，钬激光还有极好的结石消融效应。目前用于体内碎石的其他激光有脉冲染料激光及变色石激光，它们都是通过浆质介导的冲击波来粉碎碎结石的。这种光声学的相互作用可产生于微秒及毫微秒级别激光，其能够产生非常高的峰值能量。Nishioka等证明当脉冲染料激光直接作用于结石时，发生于结石表面的微小热效应能够促使大量游离钙离子释放。这些粒子形成了云雾和质泡、随每次激光脉冲而扩张和收缩，而每一次气泡的塌陷都会产生具有充足能量的光声学冲击波、其可击碎大部分的尿路结石。相比而言，钬激光碎石的确切机制目前尚不明确，但有证据表明它主要是通过热效应来实现的，同时还具有继发性冲击波效应和成腔效应。Zhong等用高速相机和声压测量对比了脉冲染料激光和钬激光的碎石作用。与脉冲染料激光形成的腔气泡和散射的强大冲击波相比，钬激光更长的脉冲持续时间产生了拉长的气泡和较弱的散射冲击波。这一发现也得到了其他研究者的证实，当激光的脉冲持续时间增加时，液体介质产生的成腔气泡被拉长成圆柱形，与短脉冲激光产生的球形气泡相比，这大大降低了继发压力波的力量。因此，钬激光产生的冲击波相对较弱，其碎石作用主要依赖于能够导致结石气化的热效应；可以想象，每次激光脉冲及加热作用在结石表面，导致了结石内部及表面的水汽化，这引起了小范围的结石消融。一旦在结石内部形成应力性碎裂，激光所产生的较弱的冲击波也在碎石过程中起作用，使结石沿着那些轻微的劈裂平面进一步碎裂。目前的临床试验均支持这一理论。也有一些科学家认为钬激光通过“钻孔效应”起作用，小的石块头被汽化或散发成为结石粉末。同其他碎石装置比较，钬激光有很多无可比拟的优势：①光纤柔软可曲，能应用于可曲性肾镜，结石的取净率较高；②钬激光在碎石的同时能处理软组织病变，例如肾盂输尿管连接部狭窄或者上尿路肿瘤以及尖锐湿疣；③钬激光的热辐射具有抗菌作用，对常合并细菌感染的鹿角状结石治疗尤有帮助；④钬激光可以将结石磨碎成细小的部分从而更容易排出体外。这一点非常适合巨大输尿管结石，可以避免用石篮或钳加较大碎块。可完全瓦解结石避免了反复进出输尿管口钳加碎石同时缩短了手术时间。⑤大功率钬激光还可以行前列腺剜除术或者汽化术，可以做到一机多用，提高机器的使用效率，而钬激光光纤可以反复使用，降低了器械的使用成本。激光技术的出现至今已有几十年的历史，随着激光技术的不断发展，其在医学中的应用正在形成一门崭新的学科－激光医学。应用于泌尿外科的激光主要有：脉冲式染料激光、CO2激光、半导体激光、各种掺杂的YAG激光(Nd、Ho、Er)等。激光手术具有许多其它方法不可比拟的优点，包括：（1）对周围正常组织损伤小，术后反应轻，伤口愈合快，疤痕也小。（2）止血效果好，止血时间是电刀的十四分之一，止血效果是电刀的2-4倍。因此，可望达到术中极少出血甚至无血手术。手术野无渗血且清晰可辨，还可大大缩短手术时间。（3）激光可用光纤传输，可与各种内窥镜或穿刺针联合使用。（4）激光手术对术中的各种监护仪器无干扰，对不同组织的不同手术，所需要的激光(波长)也不尽相同。近年来，钬激光在泌尿外科领域的广泛应用，促进了微创外科及腔内泌尿外科的发展。 １　钬激光的医学效应　　我们知道激光的医学效应是通过作用到机体而产生生物效应的，其效应可分为热效应、光化学效应、机械效应和生物效应。由于不同的组织对不同的激光波长吸收程度不同且穿透度也不同，其使用的领域也有区别。钬激光是一种固态激光，工作递质为钬－钇－铝石榴石(Holmium Yttrium-Aluminum-Garnet,Ho:YAG)，是利用氪闪烁光源激活嵌在钇－铝石榴石晶体上的稀有元素钬而产生的脉冲式近红外线激光，波长为2100nm，脉冲持续时间250～350μs，脉冲能量0.2～4.0J，频率5～45Hz，平均能量输出为3.0～80w。由于钬激光在水中吸收系数较大，而人体组织主要由水分组成，所以，钬激光的能量易被人体组织吸收，从而产生切割和消融作用 。由于组织中含量最多的水为其吸收色基，这就决定了钬激光为非组织选择性吸收激光，对组织作用不随组织成分的改变而改变，手术效果均一。钬激光进入组织后在浅层即被吸收，穿透深度仅为0.4mm，其余热损伤深度可达0.5～1.0mm，组织的凝固与坏死局限于3～4mm，同时具有理想的切割、汽化组织和凝固止血效果。                                    表１　钬激光与其他常用激光性能的比较                                                    激光类型                                    波长（微米）                                    水吸收系数（每平方厘米）                                    穿透深度（毫米）                                    炭化程度                                    热损伤                                    激光输出特性                                    传输方式                                                    钕：ND:YAG                                    1.06                                    2～10                                    最深（4～6）                                    比较严重                                    大                                    连续                                    石英光纤                                                    CO2                                    10.6                                    600                                    很浅（0.17）                                    很严重                                    特大                                    连续                                    关节臂                                                    钬：Ho:YAG                                    2.1                                    24                                    较浅（0.4）                                    几乎没有                                    很小                                    脉冲                                    石英光纤                        　　CO2激光波长为10600nm，更易被水吸收，消融组织深度更浅，只有0.05mm，与钬激光相比可以进行更精确地切割，热损伤范围则更小，但在血管丰富区余热穿透深度不足以凝固止血。对术中直径大于0.5～1mm的血管不易控制。而钬激光在组织切割过程中，对直径大于1mm的血管也可止血。而且目前传输波长大于2400nm的光导纤维尚未研制成功，所以CO2激光不能经光纤传导，不能用于内窥镜。钬激光则可通过直径200～1000μm的石英纤维传导，便于进行精细的腔内操作，适用于各种腔内手术。　　Nd:YAG（钕）激光是较早应用于腔内泌尿外科的一种激光。它的波长为1064nm，水吸收系数小，在组织中穿透深，易散射，造成广泛的热损伤，可造成深达4～6mm的凝固坏死，止血效果好，但不具备切割功能。此外，钕激光采用连续波方式，热量的产生是连续的，故其所发出的热使组织坏死深度难以控制及预计。钬激光则采用脉冲式方射，可以瞬间产生上千瓦峰值功率，转为高温，使受照射组织被切割汽化，而对周围组织的热损伤范围则很小。２　钬激光在泌尿外科中的应用新进展　　2.1 钬激光治疗良性前列腺增生症（BPH）　　第一例钬激光前列腺切除术的报道是在1995年，新西兰的Gilling等报道了联合激光技术（Ho/Nd：YAG）前列腺切除术，术后证明美国泌尿协会（AUA）前列腺症状评分、最大尿流率均有明显改善。1996年，Gilling等又详细描述了此项技术，称为钬激光前列腺切除术（HoLRP)。手术采用的激光能量设置为60-100w，使用26F连续灌流切除镜进行操作，内镜前端有一环行通道固定光纤，光纤经一条6F输尿管导管插入；先切开侧面和中间的界限，确定深度及切除组织的多少，然后再逐步切割，并逆向释放各叶腺体组织，直至仅在膀胱颈部残余一组织桥。为了使所切除的组织容易经尿道取出，各叶前列腺组织在释放入膀胱腔以前，应被切割成小块再进入膀胱，然后通过灌洗器或经改良的切割环手工取出所切除的组织碎块。钬激光的凝固特性，足以封闭静脉腔道，防止灌洗液的吸收，无尿道手术综合征或明显的低钠血症，未发现膀胱颈挛缩。　　HoLRP的主要优点是：钬激光能够通过立即去除梗阻组织而产生一个类似TURP样的腔道；良好的止血效果使手术可在相对无血的条件下进行，同时手术不产生电流，凝血机制障碍、安有心脏起搏器或正在接受抗凝治疗的患者可耐受手术，不构成手术禁忌；手术可快速切除重达80～100g的前列腺，尽管在切除过程中75％的前列腺被汽化，但仍可提供足够的组织进行病理检查。应用钬激光切除100g以上的前列腺亦疗效满意。这确立了钬激光前列腺切除的技术地位。　　LeDuc[5]总结了美国两个中心3年的随机双盲对照研究结果，发现随访期内行HoLRP与TURP治疗患者的主观症状（IPSS评分）和膀胱颈出口梗阻（Qmax）的缓解情况无显著差异，认为经尿道前列腺钬激光切除术具有患者选择面广，术中并发症少，术后恢复快的优点，将在不久可能取代TURP，成为治疗前列腺增生症的新标准。　　尽管钬激光切除前列腺是一项简单有效、无血微创的手术，但也存在以下缺点：需要术者具有良好的内窥镜操作基础；其手术技巧与标准的TURP不同，需要术者更好地理解腺体和外科包膜之间的曲线形态；钬激光及其配套设备比较昂贵。　　2.2 钬激光腔内碎石术　　1995年，Denstedt[6]首次报导了钬激光腔内碎石器治疗上尿路结石。实验证明，钬激光对结石的碎石作用主要依靠热效应。碎石过程中，结石表面的水和结石中的水吸收钬激光的能量后汽化形成小球，汽化小球随后裂解所形成的冲击波产生二次压力，使结石粉碎。钬激光以脉冲式发射，发射时间为0.25s，瞬时间功率可达到10KW，足以粉碎各种成分和密度的结石，其组织穿透深度＜0.5mm，组织损伤轻微，术后不会因疤痕形成导致尿路狭窄，因而钬激光结合内镜对泌尿系统结石具有独特的碎石效果。                                                            图1　图3通常一些结石阻塞尿道的时候，可以由结石中间开洞，然后沿着四周慢慢将之击碎                                                                图2　图4有些很大的结石则从旁边开始，向中兴上下慢慢移动将之击碎                                                                            图5 粉碎尿道的结石情况把光纤直对正尿道的结石，离开目标约为1mm，发射钬激光，慢慢逐步把它击碎                        　　Lam等报道钬激光治疗输尿管结石的效果明显优于ESWL，钬激光治疗1cm以上输尿管结石的排净率为93％，而ESWL为50％；钬激光治疗1cm以下输尿管结石的排净率为100％，而ESWL为80％，两者统计学上差异无显著意义。所以目前认为对＜1cm的输尿管结石，不论在何部位，ESWL均可作为首选。当结石＞1cm时，梗阻多较严重，常伴有明显肾积水，治疗上有争议。周惜才等认为对于停留时间较长局部有肉芽组织包裹结石者首选输尿管镜腔内碎石。腔内碎石能量源有液电、超声、气压弹道、激光等，其中钬激光腔内碎石以其高效的碎石能力及很小的组织穿透性成为目前公认最好的能量源。　　临床研究显示，钬激光治疗输尿管结石疗效好，92％的患者可经钬激光成功粉碎结石。但碎石成功与否的最终决定因素并不是激光本身，而是其他因素：如结石大小和位置，是否因解剖变异或输尿管狭窄而存在结石通过困难等。被炎性息肉包绕的结石为其他腔内碎石手术禁忌，多通过开放手术处理。钬激光具有精确的汽化切割组织功能，处理这类结石时，可先将息肉去除，然后碎石。碎石过程中石英光纤对结石推动力小，不必用套石篮预先固定。碎石后形成的碎片直径在0.5mm以下，小于脉冲染料激光碎石和气压弹道碎石的1mm，易于排出，术后复发率低。钬激光还具有凝固止血功能，可以有效处理术中出血。钬激光可击碎各种成分的结石，包括胱氨酸结石、草酸钙结石、毛糙结石等。钬激光碎石的并发症很少，且主要是由输尿管镜所致，并非激光本身引起。输尿管结石较大，ESWL治疗失败和梗阻时间长合并有息肉或狭窄等，最好选择钬激光的体内碎石方法。　　对肾结石，钬激光可作为经皮肾镜碎石的辅助手段，也可作为逆行输尿管镜进行体内碎石的工具。目前，应用直径200μm的光纤对几乎肾脏集合系统内任何位置的结石均可通过输尿管镜以逆行方式进行钬激光碎石。膀胱结石也可用钬激光治疗，但治疗大结石该方法很费时。不过Teich man等[11]发现，应用70度侧火花光纤，可使碎石过程加快且更加有效。钬激光尚可安全地应用于孕妇[12]小儿[13]，出血性体质[14]等特殊群体碎石治疗。                                                                            　　图6 使用精巧的抓石器将肾下盏的结石，小心移动至较适合进行碎石操作的位置                            　　图7 转用光纤发射钬激光碎石            　　2.3 钬激光治疗上尿路移行细胞癌　　钬激光移行细胞癌切除术尤其适合于那些反复发作的、较小的、浅表的、低分化乳头状瘤。因不能准确分期与彻底切除，复发率高，不适用于高级别的浸润性癌。目前应用较多的是用于膀胱肿瘤的治疗，一般使用的脉冲能量为0.6～1.2J，频率8～12Hz。 图8 应用钬激光可有效地切除肿瘤和异常组织，在正常组织表面形成一片非常清晰的界面　　与经尿道膀胱肿瘤电切术（TURBt）相比，本法的主要优点在于：（1）组织穿透深度小于0.5mm，无电切时的闭孔神经反射，避免了膀胱穿孔等损伤。（2）由于钬激光纤维柔软、纤细，配合膀胱镜上转向器的控制或使用软性内窥镜处理膀胱肿瘤几无盲区，适应征扩大。（3）无出血，视野清晰，切除肿瘤准确，邻近组织损伤轻微，术后创面愈合快，留置导尿时间短，手术甚至可以在门诊完成。（4）无碳化组织脱落过程，术后出血极少，一般2～3天后即无明显肉眼血尿。（5）年老体弱、有凝血机制障碍、安装心脏起搏器的患者也可耐受该手术。这些优点使钬激光治疗表浅型膀胱肿瘤具有特殊的优越性。　　2.4 钬激光泌尿系内切开治疗及其在其它方面的应用　　钬激光具有能量传输和后续切开控制精确的优点，而且穿透性小，热损伤的区域相对狭小，周围正常组织损伤有限，安全性高。小口径光纤配合各种口径的内腔镜可以方便地到达泌尿系任何部位，是内切开的理想工具。目前可用于：（1）尿道和膀胱颈狭窄的内切开；（2）输尿管狭窄的内切开；（3）输尿管肾盂连接处狭窄（UPJ）的内切开；（4）先天性巨输尿管的内切开治疗；（5）尿流改道术后输尿管肠道狭窄的内切开；（6）小儿输尿管膨出的激光切开术；（7）肾盏漏斗部狭窄内切开。此外，钬激光还可用于尿路上皮囊肿的减压手术、尿道下裂的缝合等等。　　总之，钬激光是一种固态激光，其发射波长为2100nm，它结合了CO2激光及钕激光的特性，使用同一装置既可切割组织，也可凝固止血。钬激光波长可通过光纤传输，故可应用于腔镜外科。随着腔内泌尿外科技术及钬激光技术本身的不断改进，相信钬激光在泌尿外科领域将会得到更多、更广泛的应用。