水煮输尿管，危言耸听？
Thermal e ects of Ho:YAG laser lithotripsy during retrograde
intrarenal surgery and percutaneous nephrolithotomy in an ex vivo
porcine kidney model
1.没有适合的冲洗速率，5W的激光就可能水煮输尿管，引起输尿管组织的变性，而且不可逆转！
2.在临床实践中，如果插入输尿管通路鞘，则可以到达冲洗流速高达 60 ml/min，如此就不会水煮输尿管。
3.激光光纤所能作用的空间若少于20 毫升，则容易很快提升局部温度。特别是输尿管下段结石，由于空间小，且灌注速率低，激光作用后，更易出现局部温度，致输尿管损伤，进一步的后果是输尿管狭窄！
4.日常临床中，不建议100 W 的激光用于 sURS，即使是理论上的sURS 工作通道，在 5F时可达到 197.1 毫升/分钟的灌 注率[15]。
目的：
评估软性/半刚性输尿管镜检查 (fURS/sURS) 和经皮肾镜取石术 (PNL)应用高功率钬：钇-铝-石榴石（Ho：YAG）激光碎石术在体外的热效应。并构建标准化离体猪实时温度评估的肾脏模型。
方法：
实验装置由三个模型组成，旨在评估 Ho:YAG 激光光刻的热效应。分别在 fURS、sURS 和 PNL 中进行了实验。在所有设置中，将猪肾置于 37 °C 水浴中。三个热电感器插入肾实质，同时一个软性热电感器放置在激光光纤近端 3-4 毫米处，在各种灌溉速率（37 °C，0–100 ml/min），以及5 到 100 W 的激光功率工作下，评估热影响，以测量收集系统中的温度变化。
结果 ：
在所有三个实验设置中，都需要足够的灌溉以防止潜在的破坏性温度进入
肾盂和实质。如果灌溉不足，即使是 fURS 中的 5 W 也会导致潜在的有害温度升高;特别是，≥ 30 W 的高功率设置，会增加温度升高的风险。
结论
如果灌溉不足， Ho:YAG 激光碎石术即使在低功率设置下也有对尿路造成热损伤的风险。进行安全的 Ho:YAG 激光碎石术必须进行足够的冲洗。基于结果，我们开发了一个公式来计算灌溉速率 ≥ 30 ml/min 的近似 ΔT：ΔT = 15 K ×（功率 [W]/冲洗 [ml/min]）。
前言
钬:钇-铝-石榴石 (Ho:YAG) 激光 是输尿管软镜手术应用 (fURS) 的金标准，并广泛用于半刚性输尿管镜检查 (sURS) 和经皮肾镜取石术 (PNL) [1]。临床应用高功率激光系统 (> 30 W) 主要在于良性前列腺增生和尿石症的治疗，泌尿道需要承受温度迅速且不受控制地升高的风险，可引起泌尿道周围组织的连续损伤 [2]。多项研究调查了激光热效应，尤其是通过不同激光能量设置对各种体外模型的影响，强调输尿管软镜手术术中充分灌溉的重要性，以避免体内碎石术期间对机体的损害[3,4]。
这是一个非常有趣的话题，考虑到在 43 °C时，尿路则会发生蛋白质变性的证据5–7]。考虑 37 °C 作为体温或冲洗液温度，~ Δ5 K的条件下，这仅提供了很小的安全余量进行碎石术。在之前的研究中，我们评估了几种激光设置的热影响，条件，如脉冲持续时间、能量-频率交互作用，以及光纤尖端状态的影响（新切割的与已经使用的相比）[2]。所有这些因素都没有显着性关于日常临床实践的热影响，然而，激光功率是唯一相关的热影响因素。卡利多尼斯等发表了该领域的第一个体内研究；然而，Ho:YAG 激光功率被限制在 20 W 并且没有提供灌溉数据，阻碍了潜在的进一步科学研究[8]。进一步的体内研究是由 Aldoukhi 等人发表[9]。在这个非常有趣的研究中，可以证明在猪模型中，充分灌溉的可以减少热效应作用；激光功率被限制在 40 W 和冲洗速度为 38 毫升/分钟。峰值温度，测量到高达 84.8 °C 和死后肾脏尸检显示广泛的热损伤。在现在工作，我们调查了肾脏的温度变化，主要是激光应用过程中，能量 (5–100 W) 和不同灌溉率 (0–100 ml/min) 在离体猪中使用 sURS、fURS 和 PNL 时，肾模型中肾盂和肾实质的热效应变化。
材料和方法
实验装置
实验设置由sURS、fURS 和 PNL操作以及相应模型组成，研究Ho:YAG 激光碎石术对肾输尿管产生的热效应。将猪肾（雌性家猪）置于 37 °C水浴（改良的水族箱加热器，Thermocontrol 3604，Eheim GmbH & Co. KG, Deizisau, Germany)。模拟血液循环，水浴用软管均质泵 (SP 04 L, Otto Huber GmbH, Böttingen, Germany)。软镜（Cobra Vision®、Richard Wolf、Knittlingen、德国) 或半刚性输尿管镜 (6/7.5 Fr, Richard Wolf, Knittlingen,德国) 肾镜 (15/18 Fr, Richard Wolf, Knittlin-gen，德国）被插入肾集合系统。在这里，fURS 和 sURS通过远端通路鞘（UAS，12/14 Fr，Cook Medical，Bloom-ington, USA) 插入到一个输尿管内。远端通路鞘（UAS，12/14 Fr，Cook Medical，Bloom-ington, USA)，而肾镜直接插入输尿管内（示意图图 1a-c）。
图 1 a-c 实验装置示意图
热电感器
三个热电感器（K 型热电偶、PICO Technology，英国）被插入到一个定义的模板（热电偶的距离：纵向 6.5 cm并在直角 3 厘米后 1.7 厘米）进入肾实质，分析实质内温度。一个弹性ible 热电偶（K 型热电偶，PICO Technol
ogy，英国）被插入集合系统，传到每个示波器，测量温度变化的工作通道
。这个灵活的热电偶被放置在激光光纤近端 3-4 毫米距离。
激光设置
所有实验，使用 100-W Ho:YAG 激光（Sphinx、LISA）激光产品 OHG, Katlenburg-Lindau, Germany) ，设计不同的流速速率（0-100毫升/分钟）条件下，激光设置为5到100 W之间。同时考虑矿物成分的使用及对研究的影响，如应用草酸钙结石探针（IRB批准的研究）协议编号：79/16）。研究测量肾集合系统和外周真实温度。在 fURS、URS 或 PNL 中，RigiFib光纤（272 µm，LISA激光产品OHG，Katlenburg德国）/RigiFib 500光纤（550 µm，LISA）或分别使用了 RigiFib 1000 （940 µm，LISA）[2]，测试运行使用 400 µs 的持续时间。每次实验前后的激光功率输出，使用一个场主功率计（Coherent GmbH，Dieburg，德国）。如果存在显着差异（> 10%），检查激光系统后同，则测试重复运行。
灌注压
灌溉由 Reglo Z Digital 泵（Cole帕尔默，芝加哥，伊利诺伊州，美国）。直接从 37 °C 水浴中提取，并在连接到每个时间的工作通道。在 fS 和 sURS 中，连接在输尿管鞘。在PNL中，将肾镜插入输尿管中，同时连接热电感器。
数据分析和实验序列
使用 Mat 实时处理和可视化数据（MatLab® R2016b，The MathWorks, Inc., Natick, US）。一次实验进行 3 次，以平衡数据差异。以前的研究，包括同质和调查结果，可以在三次重复测试运行后进行测量。
示例性标准偏差为 ± 1.55 K/0.98 K，持续 40 秒，在试运行 II 和 V) 和 ± 0.51 K 20 s 在试运行 IX。每次测试运行都涉及120秒的连续连续应用
实验提前终止，触发或自动发射。
自动闪光发生在两种情况下：(1)在高功率环境中，实验装置中测得的温度非常高；(2)硬件故障时激光，例如，缺陷激光镜。
实验运行概述
由于使用不同的激光设置进行多次实验和应用实验设置，我们已经概述了
补充中最重要的实验运行材料。
结果
进行了多次测试；因此，我们将最明显对日常临床影响最大的那些数据列中图表中。 图 2 中展示了 fURS 的 I、II、V、IX、X XI 研究的情况。
在测试研究 I 中，评估fURS ，激光5 W 的热影响。在没有灌溉的情况下，温度上升很快，观察到前 5 秒达到临界温度> 43 °C。仅 10 毫升/分钟的冲洗可能会限制温度上升约 5 K（见图 2I）。 测试研究 II 评估fURS 中， 15 W 时的温度升高。在此，限定猪肾集合系统临界温度达到> 43 °C，灌溉至少需要 30 毫升/分钟的流速（见图2II）。值得注意的是，15 W 与 sURS（试验运行 IV) 显示出与测试研究 II (15 W infURS)相类似的情况。60 W 的强大激光设置，以评估 sURS 下的效应。在这种情况下，灌溉率 > 100 ml/min ，需要 来限制 ~ ∆10 K 的热影响（见图 2V)。在 PNL 中 100 W 的高功率设置下，∆T > 50 K 时，灌溉的测试研究 达到速率≤ 10 毫升/分钟。灌溉速度 > 100 毫升/分钟是必要的，在此功率设置下限制温升 < 15 K。
在我们的离体猪肾模型中，没有结石的实验装置与放置草酸钙结石装置，相比，在有草酸钙结石在情况下，可以产生显着的热效应（试运行 X）。在试运行XI中，先前插入的实质内热电感器，测量实质内温度升高。在 使用 fURS、sURS 和 PNL 下分别进行。在图2XI，连续激光应用，观察到实质内温度升高(fURS, 15 W, 10 ml/min) 2 分钟后，达到 > 7 K。在sURS测试研究 中，在 fURS 实质内热电感器显示出类似的结果，而在 PNL 中没有观察到温度升高（请参阅补充材料 XI）。
基于上述结果，我们开发了一个近似计算灌溉ΔT的公式
速率 ≥ 30 毫升/分钟：ΔT = 15 K ×（功率 [W]/灌溉[毫升/分钟]）。
值得注意的是，这个公式只允许基于使用的离体模型的近似计算。基于这个公式，图 3a 是从其中创建的，泌尿科医生可以解释最小灌溉量，确定激光功率所需的速率以避免日常临床中的尿路上皮/实质热损伤。在图 3b 中，我们说明了我们的汇总数据，并增加了潜在热损伤的阈值
ΔT = 5 K 以及 fURS 和sURS/PNL。此外，我们也说明了一个在室温下灌溉的理论关联。
讨论
此研究不足的是未能在人体内 进行Ho:YAG 激光碎石术的热影响科学评估。关于安全处理大功率 Ho:YAG激光碎石术，体外和体内研究对于获取信息至关重要。 在检查了几种激光设置的影响后，例如作为脉冲持续时间，光纤芯已切割与未切割的，新鲜的影响，以及预先设定给定功率下的能量和频率 [2]，我们标准化了预发送关于脉冲持续时间 (400 µs) 和频率的研究（30 赫兹）。目前的结果强调并支持先前的体外和体内研究结论。在本质上，高功率 Ho:YAG 激光碎石术 > 30 W对泌尿道可以产生有害的热效应。fURS 没有灌溉时，即使在 5 W 的低功率设置下，我们测量了肾盂-在连续激光应用 20 秒后 ΔT > 20 K（图 2I）也可以产生热损伤。在这种情况下，与我们之前的体外实验相比此研究体现了出更强的热效应，然而，过去， 15 W 的激光功率，在没有灌溉时，也并没有导致如此显着的温度升高 [2]。原因可能在于与我们之前的研究相比肾脏集合系统的状态有所不同。本研究中的测试体积较小，其中测试体积为 20 毫升。此外，实验 I 的结果具有可比性，现有研究表明输尿管温度升高[10-12]。目前的证据和我们的研究结果强调 Ho:YAG激光碎石术不应在没有冲洗的情况下进行，特别是在周围体积较小的情况下（例如，输尿管远端激光碎石术）。
在实验 II 中，常用的激光功率为 15 W，在fURS 进行了评估。在这里，我们可以证明灌溉阈值为 30 毫升/分钟，以防止潜在的温度上升。这些结果与Kallidonis 等人在体外 20 W 下进行的测量相类似 [13]。实验 III，在fURS内我们评估了 30 W 的最高功率设置，同时考虑到所使用的小型激光光纤的局限性，在 fURS 应用推荐的最大功率设置。在这次试运行中，我们证明了最低灌溉率应施加 50 毫升/分钟的流速，以防止温度升高，增加 > 10 K。这必须与灌溉进行比较，在日常临床实践中 fURS 时需 考虑灌溉达到的速率。
在临床实践中，如果插入输尿管通路鞘，则可以到达冲洗流速高达 60 ml/min [14]。特定灌溉率的主要决定因素是工作通道的大小和输尿管的直径。因此，fURS 中，如果插入输尿管通路鞘，可接受的激光功率 30 W ，并采用高灌溉。此外，连续激光在临床实践中的应用超过 120 秒，目前的工作状态下是不合适的，可以导致较小的温度变化。日常临床的影响校准实践如图 3b 所示，说明了fURS安全区域与激光功率及灌注压之间的关系见绿色部分。
在实验V-VI 中，我们评估了Ho：YAG 激光碎石在sURS 使用中所产生的热效应。该实验应用了与fURS 中相同的功率/灌注压，从 15 W 开始（参见补充材料四）。此外，我们评估了高功率激光设置60 W（实验 V）和 100 W（实验 VI），考虑到较粗的激光光纤，理论上可以应用于 sURS。据我们所知，在离体肾脏模型中，这是第一项评估这种高功率激光设置的研究。在没有灌注的情况下或低灌注时（10 毫升/分钟），实验是由于 ΔT > 50 K，在 20-30 秒后停止。即使有30-50 毫升/分钟的灌注， 不管是60 W还是100 W，< 10 秒，温度则上升的很高。当 60 W时，用于 sURS，最低冲洗速度为 100 毫升/分钟，可达到 ~ 10 K 的温度升高（图 2V），这仍然对周围的尿路上皮和薄壁组织有潜在危害。因此，灌溉率≥ 100 ml/min 来限制大功率激光所致温度上升，日常临床中激光设置安全区域中 < 5 K（见图 3a、b）。日常临床中，不建议100 W 的激光用于 sURS，即使是理论上的sURS 工作通道，在 5F时可达到 197.1 毫升/分钟的灌 注率[15]。研究也评估了被加热到体温（37°C）的盐水，来灌注的冷却效果。评估 60-100 W 高功率激光时，sURS 如果冷却灌注或在室温下灌注使用的情况（图 3b）。然而，进一步灌注研究，需要在室温下验证这一假设。有趣的是，文献中没有证据表明可用温水灌溉（例如，根据体温）或常温灌注用于尿石症的治疗。目前的指南没有就推荐术中的灌注温度 [1]。sURS 中应用高功率激光 (60 W/100 W) 的灌注效应在PNL中也 显示出类似的结果（图 2V 和 IX；补充材料 VI 和 VIII) 。我们的 PNL 实验设置有一定的局限性，这可能导致更高的温度。因为我们限制灌注速率为 100 毫升/分钟，我们创建了公式，在理论基础上说明图 3a 较高的灌注率和温度升高的关系：ΔT = 15 K ×（功率 [W]/灌注 [ml/min]）。
在临床实践中，PNL (18 Fr) 期间的灌注率介于250 和 400 毫升/分钟，如文献 [16] 中所报道。考虑到这些信息，关于构建注率曲线的临床实践（灌溉速率 > 100 毫升/分钟），图 3a、b，PNL 中应用 100 W激光 似乎是可行的，没有显著温度升高。然而，灌注的短暂中断， 在 100 W 时会导致显著的温度升高，并且可能对患者肾脏造成不可逆转的损害。所以，必须小心处理这种高功率设置。在实验 X 中， 1 g 人草酸盐结石标本在fURS/15 W激光碎石时的情况 设置时间为 30 秒，灌注压高达 30 毫升/分钟。相比没有结石实验 II ，我们测量在含有结石材的环境中温度稍微增高。可能会有额外的热效应， 由于人体结石标本产生潜在的放热反应，正如我们在之前的体外研究中所展示的那样 [2]。
据我们所知，目前的工作是首先是肾实质内温度测量，然后还进行了 肾集合系统温度的测量。尽管使用标准化的预定义模板来插入热电感器， 我们在 fURS、sURS和L 中获得了异质性结果。在 fURS 、 sUR组中，我们发现了肾实质内温度上升接近 10 K，而在 PNL 我们未记录到肾实质温度升高。可能原因是个体猪肾解剖结构的特点，以及温度升高取决于热电感器在肾实质的位置，及其与被加热物体的距离。不管这个潜在的问题如何，ldoukhi 已证明和提出在 PNL组的研究中，高激光功率设置会导致 一个显著的肾集合系统温度升高，致肾实质的损害等 [9]。所有的实验研究都不能准确再现临床现实和每个模型都有其自身的局限性。关于局限性，所有引用的研究小组都关注关于潜在的通过体内血流排热机制，有限的实验模拟实验设置。因此，我们建议，这也是我们目前研究设计的主要限制。然而，Aldoukhi 等人评估了体内散热的机制[3, 9]。由于这是关于该主题的唯一可用数据，应特别注意体外热效应产生的机制，因此，无论何时执行，Ho：YAG 激光碎石术都应进行灌注。另外，我们工作受到限制是频率，阈值为 30 Hz。一个重要的限制是实验设置PNL 的配置环境。在这里，我们无法模拟完美的现实条件的液体的流入和流出。因此，PNL 结果需谨慎解释。在我们的工作中另一个重要限制是在一段时间内连续应用激光120 秒。在日常临床实践中，激光应用并非通常连续应用这么长时间，激光应用的暂停，会导致泌尿道温度的冷却。
结论
Ho:YAG 激光碎石术有潜在的热风险，如果冲洗不足，会损害泌尿道。术中必须进行充足的灌注以冷却尿液周围环境和冲洗液可能预防温度伤害。根据我们的结果，我们开发了一个近似计算灌溉ΔT的公式：速率 ≥ 30 ml/min：ΔT = 15 K ×（功率 [W]/灌溉 [ml/分钟]）该公式提供了现实中的变化温度的估计值，它可以用来计算一个
任何给定激光功率的安全灌溉率。