铥激光碎石的研究进展与临床应用

对于泌尿系结石疾病而言, 腔内内镜手术治疗已经成为目前的主流治疗方式。手术方式由开放碎石取石术、经皮肾镜碎石取石术, 逐渐演化为小通道、微通道经皮肾镜碎石取石术及输尿管软镜碎石取石术[1]。同时, 激光作为碎石手术的重要工具, 也得到了充分的发展与进步。目前应用最广泛、被国内外指南主要推荐的是钬：钇铝石榴石（Ho：YAG）激光（通常简称为“ 钬激光” ）。钬激光主要发射2120 nm波长激光, 通过热效应粉碎结石, 因此具有能量高、碎石效率高等优点, 适用于所有类型的结石, 是目前最通用、最成功的一种激光[1, 3]。铥激光碎石术自2005年起首次问世起, 受到医疗界的广泛关注, 已有大量体外试验、临床前试验证实其安全性及有效性。本文从铥激光碎石原理、体外试验现状、临床研究三个方面汇总铥激光碎石术的现状[4]。

1992年, 铥激光首次问世, 很快引起激光治疗界的广泛关注[5]。铥激光工作时, 半导体激光器激发铥离子, 主要发射1908 nm和1940 nm波长的激光[6, 7]。铥激光的主要优势是可以在不同的脉冲模式下工作, 其中连续波模式具备很好的切割功能, 主要用于前列腺剜除手术中, 目前已在临床广泛应用; 而超脉冲模式可用于碎石, 目前其在碎石方面的潜力正在探索中。其另一大优势是水吸收能量高, 而光学穿透深度小, 因其激光波长接近水的吸收高峰, 脉冲铥激光能量可被水传导产生气泡, 使激光通过气泡传导至结石, 降低结石消融阈值, 在距离结石1~2mm的距离下碎石并且降低能量的损耗, 这种现象被称为“ 摩西技术” [1, 3, 8]。2005年, 随着铥激光碎石术体外实验的开展, 人们对铥激光碎石术的关注也越来越多[4]。

2005年, 铥激光碎石术相关体外试验被首次报道[4]。此后开展了越来越多的铥激光碎石方面的体外试验、临床前研究。Blackmon等[9]在体外条件下对比了铥激光（70mJ× 3Hz）和钬激光（70mJ× 10Hz）粉碎人草酸钙结石及人尿酸结石的碎石效率, 发现在粉末化模式下, 铥激光碎石是钬激光碎石速率的5倍。Panthier等[10]的另一项研究也发现在碎片化模式下, 铥激光碎石是钬激光碎石速率的2倍。Panthier等[11]在接下来的研究里进一步探索了直径150 μ m、272 μ m的铥激光与直径272 μ m的钬激光在碎片化模式（1J× 15 Hz）、粉末化模式（0.5 J× 30 Hz）、完全粉末化模式（0.15 J× 100 Hz）下碎石速率, 发现直径150 μ m、272 μ m的铥激光在碎片化模式下碎石速率是钬激光碎石速率的1.5倍和2倍, 在粉末化模式下则是钬激光碎石效率的2倍和3倍, 在完全粉末化模式下碎石速率是钬激光碎石速率的1.5倍和2倍。2020年, Andreeva等[4, 12]的研究发现在相同的激光参数设置下, 铥激光粉碎草酸钙结石的速率是钬激光的2~3倍, 而粉碎尿酸结石的速率则是钬激光的2.5倍。钬激光碎石产生的结石回推力更大。在对温度的影响方面, 两者没有显著差别。Hardy 等[13]的试验证明, 在相同的碎石条件下, 铥激光碎石产生较多0.5mm以下碎片, 而钬激光碎石产生较多1mm以上碎片。Chiron等[14]的研究中对比了50W铥激光与30W钬激光的碎石效率, 结果发现对于铥激光而言, 碎片化的速率为1.99mg/s, 粉末化的速率为1.32mg/s, 完全粉末化的速率为0.57 mg/s, 对于钬激光而言, 人造结石碎片化的速率为0.98mg/s, 粉末化的速率为0.25 mg/s。Chew等[15]发现铥激光碎石时粉末化效果优于钬激光, 产生< 1 mm结石碎片的速率为（2.23± 0.22）mg/s（参数为0.6J× 30Hz/SP）, 而钬激光产生1 mm以下结石碎片的速率为（1.78± 0.44）mg/s（参数为0.8J× 10Hz/SP）。Ventimiglia等[4]的研究对比不同脉冲模式下（短脉宽、长脉宽、摩西模式）钬激光与铥激光碎石时结石回推力的区别, 结果发现铥激光碎石的回推力小于钬激光。Dymov等[16]的研究发现在相同功率下, 铥激光碎石产生的结石回推力是钬激光的75%、60%、29%（分别对应1 J、2 J、3 J）。Traxer等[17]对比铥激光在短脉宽、中脉宽、长脉宽模式下与钬激光结石回推力的区别, 发现钬激光在短脉宽模式下结石回推力是铥激光的4倍, 在中脉宽和长脉宽下是铥激光的1.8倍。Hutchens等[18]与Ventimiglia等的实验结果一致, 该团队证明铥激光碎石具有较小的回推力, 因此在实际临床应用中具有巨大优势。Dragos等[19]对比钬激光“ 摩西模式” 与铥激光超脉冲模式下粉碎草酸钙结石的效率, 发现两者没有统计学上的显著差异。Knudsen等[20]的研究证明铥激光所使用光纤直径更小, 有利于粉碎下盏结石。Keller等[21]将铥激光碎石应用于多种结石（包括一水草酸钙结石、二水草酸钙结石、尿酸结石、胱氨酸结石、鸟粪石、磷酸氢钙结石）, 结果发现碎石后碎片平均直径不超过254 μ m, 证明铥激光适用于目前所有常见类型的结石。

目前铥激光碎石取石术在临床中的应用较为有限。2018年, Martov等[22]首次报道铥激光输尿管镜碎石取石术, 该研究共纳入44例上尿路结石患者（结石直径0.6~1.8 cm）及12例膀胱结石（结石直径1.1~3.5 cm）, 行铥激光输尿管镜碎石取石术, 平均碎石时间为19.2 min, 术后6周复查发现仅1例患者留有残石。2020年, Enikee等[23]纳入40例肾结石患者, 分别采用两种不同的参数设定 （0.5 J× 30 Hz与0.15 J× 200 Hz）进行了铥激光输尿管镜碎石取石术, 发现0.15 J× 200 Hz参数在碎石粉末化方面效果较好, 结石得以充分粉末化, 但产生的粉末会影响术野。术后随访3月, 最终92.5%患者达到完全清石。该团队进行了另一项针对孤立肾结石的铥激光碎石效率研究, 该研究共纳入149例孤立肾输尿管结石患者（其中输尿管上段结石患者占26.2%, 输尿管中段结石患者占28.2%, 输尿管下段结石患者占45.6%）, 结石直径0.4~2.1 cm不等, 术中对其中不同参数设定进行了探索[①0.8 J× 10 Hz, ②0.8 J× 12 Hz, ③0.5 J× 12 Hz, ④0.5 J× 30 Hz, ⑤0.2 J× 60 Hz, ⑥0.15 J× 100 Hz, 以及⑦ 0.15 J× 200 Hz], 术后随访3月, 发现清石率高达90%, 术后并发症发生率为5.4%（2例患者发生Clavien-Dindo Grade III级以上并发症）, 术中结石位移与碎石能量呈正相关, 故该作者建议碎石能量不超过0.8 J[24]。2020年, Rapoport等[25]报道了一项回顾性队列研究, 共纳入15例进行铥激光输尿管镜碎石术治疗下盏结石的患者, 平均激光发射时间为12 min, 平均住院天数1.1 d, 术后1个月进行随访, 清石率为86.6%, 并发症发生率为6.6%, 严重并发症（Clavien-Dindo Grade Ⅲ 级以上）为0。Ulvik等[26]报道了18例行输尿管铥激光碎石术的患者, 该研究首次纳入直径3.2 cm结石, 作者观察到在0.6~0.8 J、 30 Hz （18~24 W）参数下进行碎石时, 与0.1~0.2 J、 200~240 Hz （20~48 W）相比较, 结石可以充分碎片化、粉末化。在0.6~0.8 J、 30 Hz （18~24 W）参数条件下碎石, 能够在20 min内粉碎直径1 cm大小的结石, 在术中未见明确出血。2021年, Martov等[27]对钬激光碎石术与铥激光碎石术治疗输尿管结石进行了比较, 两种激光设置参数均设置为1 J× 10 Hz。铥激光碎石术出现结石回推现象仅为4%, 钬激光碎石术出现结石回推现象的概率为69%。术后随访时, 铥激光碎石术组患者清石率为100%, 而钬激光碎石术患者清石率为94%。铥激光碎石术激光发射时间为8.4 min, 对比钬激光激光发射时间为15.9 min。总手术时长方面, 铥激光碎石术平均手术时长24.7 min, 而钬激光碎石术平均手术时间为32.4 min。在平均住院时间方面, 铥激光碎石术患者组平均住院时间为2.4 d, 而钬激光碎石术患者平均住院时间为3.2 d。Corrales等人纳入了50例输尿管结石、肾结石患者, 铥激光参数设定为0.4 J× 40 Hz（输尿管结石）、0.3 J× 100 Hz（肾结石）, 作者得出结论在进行肾结石碎石取石术时, 铥激光碎石术较钬激光碎石术碎石速率更高[28]。Carrera等[29]报道了北美第一项铥激光输尿管镜碎石取石术相关临床研究, 铥激光参数设定为0.2 （0.3） J × 228.9 （299.3） Hz, 术中未见热损伤, 但术后出现1例严重出血。术后12周进行随访, 清石率为78.9%。

2020年, Enikeev等人首次报道微通道铥激光碎石取石术（通道直径Fr 16.5~Fr 17.5）, 共纳入120例患者, 参数设置为0.8 J× （31~38） Hz, 即（25 ~30） W, 平均激光发射时间为5.1 min, 术后清石率为85%[30]。Niu等[31]报道了微通道铥激光碎石取石术（使用Fr15/16鞘）, 该研究也报道了在0.1 J× 30 Hz参数下, 碎片化效果最好, 而在0.3 J× 50 Hz参数下, 粉末化效果最好。2020年, Shah等[32]报道了一项前瞻性队列研究, 共纳入54例患者, 使用Fr 18鞘行微通道碎石取石术, 该研究认为0.2 J× 125~200 Hz为最佳碎石参数。术后1月随访清石率为100%, 3例患者出现术后感染, 无患者出现严重并发症（Clavien-Dindo Grade III级以上并发症）。

在众多临床前研究、临床研究中, 铥激光碎石展示了铥激光的巨大优势。尽管目前标准通道经皮肾镜碎石取石术仍然是治疗大负荷结石的首选治疗方案。铥激光光纤的直径更细, 有利于改善输尿管镜碎石视野; 铥激光碎石的结石位移更小, 有利于减少组织热损伤等术后并发症; 铥激光光纤更细也有利于增加输尿管软镜的弯曲度, 未来或许可用于肾盂漏斗夹角较小、长肾盏颈结石的治疗[33]。铥激光碎石热量大多被水吸收, 与钬激光相比较, 对组织的热损伤较小。但铥激光同时也存在一些不足之处, 目前临床研究仍较少, 理论上铥激光功率可达到2000 Hz以上, 但实际使用过程中, > 300 Hz功率对于组织热损伤较大, 因此在使用时需十分谨慎[34, 35, 36]。铥激光粉末化效应较好, 带来另一个问题是难以收集大块结石行结石分析。另外, 对于铥激光碎石治疗成本方面的研究尚处于空白。在未来的结石治疗领域, 铥激光碎石取石术以其高脉冲能量、细光纤必将占据一席之地。然而, 目前的临床应用尚处于探索阶段, 需要更多的铥激光与钬激光的对照研究来进一步发现铥激光的优势之处。