如何提高输尿管软镜的碎石效果
World Journal of Urology
World J Urol. 2021; 39(6): 1673–1682.
Published online 2020 Oct 16. doi: 10.1007/s00345-020-03481-9
PMCID: PMC8217045
PMID: 33067728
Consultation on kidney stones, Copenhagen 2019: aspects of intracorporeal lithotripsy in flexible ureterorenoscopy
Søren Kissow Lildal,1 Kim Hovgaard Andreassen,2 Joyce Baard,3 Marianne Brehmer,4,5 Matthew Bultitude,6 Ylva Eriksson,4,5 Khurshid R. Ghani,7 Helene Jung,8 Guido Kamphuis,3 Peter Kronenberg,9 Ben Turney,10 Olivier Traxer,11 Øyvind Ulvik,12 and Palle Jörn Sloth Osther8
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Abstract
目的 总结当前关于输尿管输尿管软镜 (fURS) 体内激光碎石术的知识，包括激光碎石术的基础知识、技术方面、结石清除、碎石术策略、激光技术、内窥镜和安全性。方法将范围界定审查方法应用于在 PubMed、EMBASE 和 Web of Science 中搜索文献。通过 2019 年 9 月在丹麦哥本哈根举行的肾结石磋商会的讨论达成共识。结果和结论 激光广泛用于 fURS 碎石。钬激光仍然是主要技术，并且可以粉尘化碎石和具有特定设置，这扩大了 fURS 在结石管理中的作用。脉冲调制可以提高结石消融效果，可能是通过最大限度地减少结石后退。最近推出了铥光纤激光器，该技术可以提高激光碎石效率。小纤维激光提供更好的灌注、可及性和效率。为获得最佳效果，应针对单个结石调整激光设置。在提高无石率方面，碎片化和取石策略是否优于粉尘化策略尚未达成共识。相反，不同的结石情况需要不同的碎石方法。此外，对于大结石负荷，必须应用所有激光设置和碎石策略以达到最佳效果。碎石粉尘化技术应成为未来研发的重点。fURS 激光碎石术的安全问题包括高肾内压力和温度，必须采取措施减少这两个方面问题，以避免并发症。控制这些参数的技术应成为进一步研究的目标。
关键词：激光碎石术，输尿管镜检查，肾结石，内窥镜，安全性，技术
Introduction
输尿管软镜术 (fURS) 已发展成为上尿路结石治疗的主要方式之一。这一发展主要是体内碎石激光技术不断进步的结果，这是本综述的重点。肾结石领域的大多数日常临床实践，包括碎石技术，都没有随机试验和荟萃分析的支持。这不是因为该领域的研究活动低，而是因为难以设计反映日常临床实践的有意义的试验，因为结石病是如此多样化。在这种情况下，实践专家分享他们在临床应用方面的知识就显得尤为重要。本次审查所基于的“肾结石咨询”会议的概念是为临床专业知识的转移和发展创造一个论坛。
Methods
为了评估 fURS 碎石术在现有证据、专家意见以及新技术改进的安全性和有效性之间的平衡，该领域的主要意见领袖受邀在为期 2 天的题为“肾结石咨询”的会议上评估和讨论现有证据2019 年 9 月在丹麦哥本哈根举行的“体内碎石术的方面”。根据范围界定审查，使用 PubMed、EMBASE 和科学网络检索文献，为与会专家分配了不同的主题并准备了演示文稿。会议的第一天只对专家开放，他们分别提出了他们的主题，然后由整个小组讨论。如有必要，随后对列报进行了调整。第二天是一个公开会议，所有的演讲都向国际观众展示，然后是自由讨论。
激光碎石术的基础知识
激光光纤尺寸
输尿管软镜的偏转范围随着插入的激光纤维尺寸的增加而减小 [1-3]。纤维的大小对灌溉也有相反的影响。一项关于激光光纤消融效率的体外研究表明，大光纤（550 μm）比小光纤（200 μm）产生的结石裂缝更宽，但小光纤产生的裂缝更深 [4]。另一项调查发现，在碎石术期间，使用较大的纤维会使结石产生更多的后推力 [5]。总碎裂体积的比较表明，除了在非常低的脉冲能量 (0.2 J) 下，纤维之间的差异很小，在这种情况下，小纤维的效率更高 [4]。这些观察结果表明，较小的纤维具有以下作用：更好的灌溉，从而提高能见度；更好的偏转，从而增加可及性；后推力更小，因此消融效率更高，并且总体上减少了操作时间。
激光光纤提示
激光光纤可以具有标准的扁平尖端或抛光或球形尖端。球头纤维旨在减少输尿管镜工作通道内产生的破坏性摩擦力。已经表明，这种类型的纤维可以安全地通过偏转的输尿管镜，而不会导致衬里穿孔。同样的优势可以通过切割标准光纤来实现，这样涂层可以保护范围免受激光核心的影响。平头纤维在各个角度都需要更大的插入力，因此如果偏转 45° 或更多，会导致输尿管镜内衬破坏。
一项体外研究比较了不同类型激光光纤的碎石性能，发现标准光纤的功能与专门设计的光纤一样 [9]。克罗嫩伯格等指出，与从涂层材料上剥离的纤维相比，涂层激光纤维实现了更高的消融体积，并且用金属或陶瓷剪刀切割的涂层纤维之间的性能没有差异。然而，Aldoukhi 等人观察到一次性纤维和切割的可重复使用纤维的性能优于使用 Mayor 剪刀切割尖端的纤维。剥离和涂层光纤之间的效率差异可能是由于光纤本身在剥离涂层过程中受到损坏，导致激光能量分散。这种剥离的另一个缺点是在输尿管镜前很难辨别没有彩色涂层的纤维。上述因素尚未在体内进行科学评估，个别外科医生可能有不同的偏好。
激光设置
已经开发了多种激光系统，提供不同的激光设置，例如高频和长脉冲持续时间的激光。使用的总功率 (W) 等于脉冲能量 (J) 乘以脉冲频率 (Hz)。在一项体外研究中，低频和高脉冲能量的组合比具有相同总功率水平的相反组合更有效，并且脉冲能量和消融量与在结石中观察到的裂缝的宽度和深度呈线性相关。然而，高脉冲能量会导致更多的结石后退、更大的结石碎片和激光纤维消耗，所有这些都会导致手术时间延长。降低脉冲能量和增加频率会减少后推力和纤维消耗，从而导致粉尘化碎石。关于脉冲长度，一项体外研究的初步数据表明，短脉冲设置导致的消融量明显高于长脉冲设置，而长脉冲碎石术与更少的纤维消耗、更小的碎片和更多的粉尘化碎石。其他研究未能证明脉冲持续时间与结石消融之间存在显着关系 [14, 15]。
摩西Moses 技术引入了一种脉冲调制，可优化通过水的能量传输到目标结石。摩西平台有两种设置：摩西接触 (MC) 模式，用于近距离操作 (< 2 毫米)；摩西距离 (MD) 模式，用于 2 mm 距离处的碎石术。在一项临床前研究中，Moses 技术实现了更有效的激光碎石术，同时显着减少了结石的后退。在自动体外粉尘化碎石模型中，与长脉冲碎石术相比，摩西钬:钇-铝-石榴石 (Ho:YAG) (Ho:YAG) 激光技术在与结石表面接触时可以更好地烧蚀软性结石。在使用三维定位系统进行的一项调查中，研究人员检查了改变脉冲宽度或调制时激光光纤工作距离对碎裂的影响 ，这表明钬激光碎石术受光纤尖端到结石工作距离的显着影响，与结石接触的纤维获得的最大消融体积。
考虑到碎石机的最佳设置，不同的石材成分需要不同的设置才能达到预期的效果，而预期的效果可能因个人情况而异。建议从低脉冲能量和低频率的测试设置开始，以初步确定结石的反应，然后相应地调整设置以提高碎石术的效率。
fURS 期间激光碎石和结石清除的技术
已经描述了各种激光碎石方法，将它们结合起来可以更有效地消融和清除具有不同特征的结石。所描述的技术包括粉末化、dancing/painting、切屑、碎裂、爆米花等技术。所有这些策略都可以以不同的方式组合以达到预期的结果。dancing/painting技术是通过使用粉尘设置在结石表面上从一侧到另一侧移动激光纤维来完成的。切碎法需要从结石边缘用激光切割小块，留下小碎片以供自发排出，而碎裂涉及将石头切割成更大的碎片，以便随后取出。破碎和应用取石篮策略是使用低频（4-10 Hz）和高脉冲能量（0.6-2.0 J）的设置；粉尘使用高频 (15–80 Hz) 和低脉冲能量 (0.2–0.5 J) 的设置；爆米花需要设置中高频（10-20 Hz）和中等脉冲能量（1-1.5 J）。
爆米花法是一种非接触式技术，其中激光能量在与激光接触的碎片周围旋转并将它们分成更小的碎片。乔拉等人对不同激光设置下的爆米花效应进行了体外研究，观察到 1.5 J 和 40 Hz 在单位时间内产生的结石负荷平均减少最大；然而，体内不能推荐如此高的功率水平。在该研究中，1.0 J 和 20 Hz 的设置对于每使用总能量的平均结石重量损失最有效。埃米利亚尼等人 建议爆米花的一个很好的折衷方法是使用 1.5 J 和 20 Hz 的长脉冲和 270 μm 激光光纤，并花费尽可能多的时间（> 4 分钟）来产生临床上无意义的碎片。在另一个体外模型中，Aldoukhi 等人发现 与距离结石 2 毫米的距离相比，当激光纤维与结石接触时，这种方法更有效。这些体外研究不会复制临床环境，并且在有限的空间内工作，外科医生应始终致力于根据应用的冲洗流量和其他因素，包括流出量（通路鞘）和冲洗温度来选择安全的功率水平体液。
汉弗莱斯等人 进行了一项考虑粉尘化与碎石的非随机前瞻性临床比较试验，他们发现两组患者的无石率 (SFR) 和并发症发生率无统计学差异。然而，尽管粉尘化中的结石明显更大（96 对 63 mm2，p < 0.001），但该组的平均手术时间明显更短（36 对 67 分钟，p < 0.001）。这与临床数据表明，对于大结石，在除尘过程中更容易控制整个结石负荷，而破碎可能导致碎片移动到必须处理的多个不同的肾盏中，可能会延长 OR 时间并降低 SFR .
输尿管软镜治疗肾下极结石的激光治疗可能具有挑战性。必须考虑肾下极的解剖结构，因为漏斗长度长、漏斗宽度窄和漏斗肾盂角度陡峭可能会对结石清除产生负面影响，尤其是当这些方面中有一个以上不利时。使用取石篮/具将结石移动到另一个位置可能是一种可行的替代方法，可以促进碎石术、减少内镜损伤并帮助碎片通过。舒斯特等人 比较了原位治疗肾下极结石患者和碎石术前结石移位患者的 SFR。对于尺寸 > 1 cm 的结石，100% 的病例通过重新定位获得完全清除，而原位病例为 29% (p = 0.005)；对于 < 1 cm的结石，两组之间的差异不显着。在手术期间将患者置于特伦德伦伯卧位可以通过创建一个依赖的上极来促进结石从其他部位转移到上极；两项随机试验表明，这种方法可缩短 OR 时间、提高 SFR、降低输尿管镜操作的灵活性以及减少结石移入肾下极。如果结石由于尺寸或解剖结构无法重新定位，或者如果首选原位碎石术，则可以通过偏转镜体安全地引入球尖激光纤维。
2020 EAU 尿石症指南建议仅将镍钛诺制成的取石篮用于 fURS。有一系列不同的取石篮可供选择，例如三角形篮子、4 线篮、用于狭窄位置的较小篮以及用于增强强度的较大篮。取石篮的半径、扩张力和开放动力学，不同程度的抵抗范围偏转也可能不同。巴赫等人在五种不同的内窥镜中测试了各种尺寸的取石篮，发现与激光纤维相比，取石篮的大小不会影响范围的偏转，这使得结石的重新定位比原位碎石术更容易。然而，取石篮的大小对灌注流量有相反的影响。相反，帕特尔等人显示了偏转的一些限制，与 1.5 Fr 取石篮相比，2.2 Fr 的偏转更大。在实践中，这些差异将根据所使用的输尿管镜类型、使用时间以及选择的特定篮子而有所不同。
清除残留小碎片的方法包括胶凝块技术和冲洗/抽吸系统。在胶凝技术中，自体静脉血被注入肾盏，在那里它与结石碎片凝集形成可以用取石篮提取的凝块 [38]。在一项对 47 名患者进行的随机试验研究中，对自动冲洗/抽吸泵系统进行了测试，发现与传统的自动冲洗/抽吸泵系统相比，标准加压技术 ，平均手术时间减少了 35% (p = 0.04) 并将 SFR 从 69% 增加到 92% (p = 0.048)。
比较不同激光碎石策略的临床结果
事实证明，在临床结果方面比较碎片化和粉尘化较为很困难，因为这种比较的客观指标各不相同。所进行的研究在支架植入前和分阶段手术的比率以及报告并发症等级、急诊室就诊、重症监护入院、住院和再干预的方式方面存在差异。有关随访的报告在无石的定义、成像方式、随访时间和重复干预率方面也存在差异。无石被定义为零碎片， < 2 mm； > 4 mm为残留碎片。计算机断层扫描 (CT)、肾-输尿管-膀胱 X 光片 (KUB)、超声 (US) 或手术时透视的影像学检查方式各不相同，而且大部分患者显然根本没有后续影像学检查。。对美国行政数据的评估显示，39% 的患者在术后 12 个月未进行影像学检查 。
一项回顾性研究表明，尺寸 > 4 mm 的碎片与导致并发症和需要再次干预的结石生长率显着较高相关，而 > 2 mm 的碎片可能会生长，但与并发症或重新干预无关。另一项回顾性研究报告称，fURS 后 5 年的累积重复手术率与术后 CT 上残留碎片的大小成正比：无可见残留碎片、碎片 < 4 mm 或碎片 > 4 mm，重复手术率分别为 3.5%、8.2% 和 46.2%。据报道，CT 对残留碎片的敏感性为 95-100%[。
确定了 11 项比较自发排石和碎片与主动取石[45] 的研究，但由于成像方式和 SFR 定义的差异，其中大多数无法相互比较。只有三项关于治疗肾结石的各种碎石策略的比较性非随机研究被确定（表（表 1）1）[26, 46, 47]。其中两项评估使用 CT 进行随访，而第三项使用 KUB 和 US。这三项研究中只有一项分别报告了除尘和破碎的功率设置。
表格1碎石术中自发排石与主动取石的 SFR 的比较研究
|
Cohort |
Lee et al. 2016 |
Humphreys et al. 2018 |
El-Nahas et al. 2019 |
|||
|---|---|---|---|---|---|---|
|
Spontaneous |
Retrieval |
Spontaneous |
Retrieval |
Spontaneous |
Retrieval |
|
|
Study design |
Retrospective |
Retrospective |
Prospective |
Prospective |
Retrospective |
Retrospective |
|
Study period |
2010–2015 |
2010–2015 |
2013–2016 |
2013–2016 |
2015–2017 |
2015–2017 |
|
Cases, n |
76 |
172 |
68 |
82 |
51 |
56 |
|
Mean stone size (SD) |
11 mm (± 5.2) |
11 mm (± 4.8) |
11 mm (± 4.3) |
8.8 mm (± 3.5) |
NS |
NS |
|
Laser power (setting) |
NS |
NS |
30–100 W (NS) |
30–100 W (NS) |
20–60 W (0.3 J/20 Hz) |
20–60 W (1.0 J/10 Hz) |
|
OR time |
82 min |
83 min |
36 min |
67 min |
76 min |
91 min |
|
Stenting rate |
100% |
100% |
100% |
100% |
100% |
100% |
|
Complications |
11%* |
11%* |
13.2%* |
19.5%** |
8%* |
9%** |
|
Definition of SFR |
< 3 mm |
< 3 mm |
No fragment |
No fragment |
No fragment and < 4 mm |
No fragment and < 4 mm |
|
Imaging used |
CT |
CT |
KUB, US |
KUB, US |
CT |
CT |
|
Imaging timing |
4 weeks |
4 weeks |
4–6 weeks |
4–6 weeks |
2 months |
2 months |
|
Stone free rate |
87% |
89% |
58% |
74% |
59% and 86% |
79% and 89% |
SD 标准差、OR 手术室、SFR 无石率、CT 计算机断层扫描、KUB 肾-输尿管-膀胱 X 线片、超声
在一项比较常规和摩西模式 Ho:YAG 激光碎石术的随机双盲临床试验中，Ibrahim 等人表明摩西技术与显着较低的碎裂/粉碎（碎石）和手术时间相关，作者解释说，摩西模式碎石术期间结石的后退较少。
比较自发排石和主动去石策略的结论性证据有限，很难比较现有研究，因为在碎石策略、SFR 标准以及随访时间和成像方式方面各不相同。此外，调查还没有系统地报告结石的密度和成分以及术后并发症。
内窥镜和激光碎石术
输尿管镜因工作通道的位置（图 1）、偏转能力和插入激光纤维的冲洗流量、激光尖端与内窥镜尖端的距离以及手术野的光学成像质量和照明度而异。所有列出的特征都对激光碎石术有潜在影响，尽管这方面的证据主要基于体外研究和专家意见，关于对临床结果的影响很少发表。
Fig. 1 根据输尿管镜的制造商和型号，工作通道的不同位置
内窥镜工作通道的位置会影响冲洗流量，从而在结石和组织的冲洗和运动中产生差异。该位置还决定了通过通道插入的激光纤维/取石篮的位置，从而影响到达肾脏内某些位置的结石的能力 [49]。
一次性和可重复使用输尿管软镜的体外比较表明，后者具有更好的视力特征。在激光碎石术期间出现闪光、过度照明以及可以调节光强度的方面，两者的范围似乎有所不同。这些现象可能是由于自动光强度调节受到激光能量闪光或受到灌溉和激光脉冲压力波作用于周围的结头碎片或粉尘的影响而发生。引用的体外比较还表明，配备相同类型激光纤维的不同输尿管软镜之间的流量不同 。使用一次性输尿管软镜几乎可以完全克服工作通道损坏的问题。
fURS 期间激光碎石术的安全问题
直接接触激光会导致尿路上皮局部灼伤。此外，用于最佳可视化和冷却的高流量冲洗会导致腔内压力增加，尽管这种高流量冲洗是必要的。还应该注意的是，激光的不正确处理可能会损坏输尿管镜，甚至伤害外科医生和 OR 人员。应保持光纤尖端和内窥镜尖端之间的安全距离，以尽量减少损坏内窥镜的风险。塔索等人 观察到，从输尿管镜伸出的纤维长度在相机图像中第一次出现时为 1-2 毫米，而当到达屏幕的四分之一时为 3-4 毫米，在这个位置，激光气泡不会接触输尿管镜的尖端，因此输尿管镜受到保护免受损坏。
据报道，输尿管肾镜手术期间输尿管穿孔的发生率为 0.4-6.3%，确定的危险因素包括输尿管镜的大小、手术时间延长、外科医生缺乏经验、结石特征、缺乏预支架和高激光能量。穿孔的可能并发症包括外渗、血肿、败血症、疼痛、梗阻、狭窄和肾功能丧失。已观察到在体内碎石术期间使用激光是一个独立的危险因素，输尿管镜术后病变量表（PULS；1 级病变的风险为 3.6%，PULS 2 级病变的风险为 3.1%。避免输尿管穿孔，建议通过冲洗确保最佳可视化，并在激光尖端和尿路上皮之间保持至少 1 毫米的安全距离。
在激光碎石术期间，结石碎屑可能会影响可视化。为解决这个问题而增加冲洗会提高肾内压，可能导致肾小管、静脉和淋巴回流。基线肾内压约为 10 mmHg，回流阈值为 30-35 mmHg。已经注意到 fURS 和钬激光使用期间的肾内压水平高达 50-350 mmHg 。经皮肾镜取石术中肾内压超过 30 mmHg 超过 10 分钟已被证明会显着增加败血症的发生率。尽管一些研究表明，脓毒症和术后疼痛等并发症导致住院时间延长与高肾内压有关，但尚无明确的因果数据。使用输尿管通路鞘 (UAS) [64] 可以降低 fURS 期间的肾内压。如果要使用 UAS，它的直径必须大于镜体径，这使得 UAS 成为一把双刃剑：一方面，它可以降低肾内压力和潜在的败血症并发症，另一方面，它可能会增加输尿管损伤的风险 。因此，重要的是使用与所选择的输尿管镜兼容的最小 UAS，以确保安全放置。
在激光碎石术期间观察到高肾内温度，尤其是在高总功率设置 (> 30 W) [67] 下。高温会导致肾脏组织热消融，从而导致永久性肾脏损伤。总的来说，这种组织损伤取决于温度、时间和血流 [68]。在输尿管中，组织损伤的阈值已显示为 43°C 左右，持续 120 分钟，这相当于大约 50°C 持续 56 秒或 56°C 持续 0.9 秒。在体外模型中，Wollin 等人在没有灌溉的情况下，在 1 分钟内在所有激光设置下将温度提高到 > 43°C，并且在碎裂设置下可以达到的最高温度为 100°C 。阿尔杜基等人在 0.5 J 和 80 Hz 的高功率钬激光碎石术和不同的冲洗流量下记录猪肾的温度，发现只有高冲洗流量（38-40 ml/min）才能使肾盂温度保持在 ≤ 43 °C [ 72]。为了减少热量，确保连续冲洗并考虑使用冷却的冲洗液很重要。激光应该间歇性地进行，以允许在低流量区域冷却。
不同激光技术体内碎石术的比较
过去和现在的激光碎石标准是 Ho:YAG 激光，它彻底改变了逆行结石管理。高功率 Ho:YAG 激光系统的引入，利用高频和低脉冲能量 (HiFr-LoPE) 的激光设置、不同的脉冲长度以及用于减少后退和改善碎裂的摩西技术，扩大了外科医生消融尿结石的能力，从而开启了粉尘化技术的新时代。减少取碎片的需要是有利的。最近，出现了一种用于结石管理的新激光技术——铥光纤激光器 (TFL)。与 Ho:YAG 的 2100 nm 相比，TFL 发射的光波长为 1940 nm 。比较激光设置选项，TFL 提供 5–2200 Hz 的频率、0.025–6 J 的脉冲能量和 200–12,000 微秒的脉冲持续时间 [76, 80–83]，而 Ho:YAG 提供 5–100 Hz、0.2– 6 J 和 50–1300 微秒脉冲持续时间。与高功率 Ho-YAG 激光器相比，TFL 激光器的这些特性使该技术有可能产生较 Ho-YAG 激光器 3-4 倍的粉尘化效果。此外，由于 TFL 中激光二极管产生的新型激光束，可以使用更小的光纤 (50 µm)，这可能会导致光纤尖端的能量强度更高、更好的范围偏转和更好的灌注，所有这些在可比较的设置下，可能会增加结石消融量 [74, 80, 81]。临床环境中 TFL 性能的初步报告是有希望的，但仍然有限 [87]，需要进一步评估，包括考虑安全方面（温度）和激光接受所有碎石策略的能力，以确定 TFL 的作用.迄今为止，尚未对钬激光和铥光纤激光进行临床比较研究。尽管如此，HiFr-LoPE Ho:YAG 和新的 TFL 技术都显示出通过处理更大的结石和更复杂的结石情况来扩大输尿管软镜结石管理作用的前景。
结论
激光改变了 fURS 体内碎石。Ho：YAG 仍然是结石管理的主要激光，并且通过这项技术，具有粉尘化碎石的特定设置，这扩大了 fURS 在内窥镜结石管理中的作用。最近，引入了 TFL，这种新的激光源可能被证明可以进一步提高激光碎石术的效率。关于提高 SFR 的碎片化和取石篮取石策略是否优于粉尘化碎石策略仍存在争议。然而，两者可共存，因为不同的石情况需要不同的碎石方法，并且对于大的结石负荷，所有的激光碎石设置（粉尘、破碎和爆米花设置）通常可能是优化最终结果所必需的。从肾脏中去除粉尘的技术应该是未来研究和开发的重点。fURS 激光碎石术的安全方面包括高肾内压力和温度。由于必须采取降低压力和温度的措施以避免败血症、出血和肾单位丢失，因此应在进一步研究中针对控制这些参数的技术。
吕建林 教授
编著的《实用泌尿超声技术》
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