Экспериментальное обоснование тулиевой литотрипсии

DOI: https://dx.doi.org/10.18565/urology.2018.5.74-80

13.12.2018
28

1 НИИ уронефрологии и репродуктивного здоровья человека, кафедра и клиника урологии ФГАОУ ВО «Первый МГМУ им. И. М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет), Москва, Россия; 2 Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия

Цель исследования. Экспериментальная оценка эффективности и безопасности литотрипсии с использованием нового импульсного тулиевого волоконного лазера с длиной волны 1,94 мкм, с максимальной пиковой мощностью 500 Вт (максимальная средняя мощность – 50 Вт) и его сравнение с гольмиевым лазером с длиной волны 2,1 мкм (максимальная средняя мощность –
100 и 120 Вт).
Актуальность. Доля малоинвазивных хирургических методов лечения мочекаменной болезни, в том числе ретроградной интраренальной хирургии, неуклонно растет. Для их осуществления требуется лазер как единственно возможный инструмент для разрушения камней. На сегодняшний день «золотым» стандартом малоинвазивного оперативного лечения нефролитиаза является лазерная гольмиевая литотрипсия, при которой используется лазерный аппарат на алюмоиттриевом гранате, активированном ионами гольмия (Ho:YAG), с длиной волны излучения 2,1 мкм. Однако в последние годы все больший интерес стали вызывать лазеры на Tm-активированном волокне с длиной волны излучения 1,94 мкм, так как коэффициент поглощения воды для излучения Tm волоконного лазера в 5,5 раз выше, чем для лазера на основе Ho:YAG, и в 2,2 раза выше, чем для Tm:YAG-лазера. Эта разница должна приводить к увеличению эффективности и скорости абляции (дробления), что в свою очередь ведет к уменьшению времени операции.
Материалы и методы. В данной работе представлены физические основы гольмиевого и тулиевого лазерного излучения, механизмы фрагментации камней, данные серий экспериментов, посвященных сравнительной характеристике эффективности и безопасности литотрипсии ex-vivo при использовании гольмиевого твердотельного лазера с длиной волны 2,1 мкм и тулиевого волоконного лазера с длиной волны 1,94 мкм.
Результаты. Результаты собственных исследований свидетельствуют о том, что тулиевый волоконный лазер с длиной волны 1,94 мкм и максимальной мощностью 500 Вт имеет ряд преимуществ перед гольмиевым лазером в дроблении конкрементов в урологической практике.
Заключение. Таким образом, результаты экспериментальной работы позволяют заключить, что использование тулиевого волоконного лазера с длиной волны излучения 1,94 мкм и максимальной пиковой мощностью 500 Вт позволяет с высокой эффективностью и безопасностью производить литотрипсию.

Введение. Мочекаменная болезнь (МКБ) является важной медицинской и экономической проблемой для современной системы здравоохранения. Последние международные эпидемиологические данные свидетельствуют о том, что распространенность МКБ с каждым годом возрастает [1]. Так, заболеваемость МКБ в Северной Америке достигает 13%, в Европе – 9%, в Азии – 5%. Кроме того, частота рецидива колеблется, по данным разных авторов, от 34 до 50%. В последние годы доля малоинвазивных хирургических методов лечения нефролитиаза значительно увеличилась [2]. А такие виды, как мини, ультрамини-, микрочрескожная нефролитотрипсия, ретроградная интраренальная хирургия с использованием ригидного и гибкого эндоскопов, требуют применения лазера как единственно возможного инструмента для литотрипсии [3].

Рубиновый лазер был первым, при помощи которого в эксперименте были эффективно фрагментированы мочевые камни, о чем впервые сообщили Mulvaney и Beck в 1968 г. [4]. Однако по причине чрезмерного нагревания, обусловленного непрерывным излучением волн, этот лазер не подходил для клинического применения. Решение этой проблемы пришло с разработкой импульсных лазеров, показавших хорошую эффективность и безопасность в дроблении камней в урологической практике [5].

С 2010 г. отмечается резкий рост публикационной активности на тему лазерной литотрипсии (рис. 1). Такая тенденция в применении лазерных технологий в лечении МКБ отражает высокую эффективность и безопасность использования лазеров [1].

Процесс литотрипсии с применением лазерного излучения основан на различных механизмах, при которых энергия лазера преобразуется в тепло:

  • поглощение лазерного излучения в приповерхностном слое камня и формирование термических напряжений в объеме камня приводят к его растрескиванию на крупные фрагменты. Этот механизм фрагментации доминирует при большой энергии лазерных импульсов и приложении лазерной мощности в одну точку (сверление камня);
  • излучение поглощается водой, содержащейся в межкристаллических пространствах или порах камня; происходит ее вскипание, что обеспечивает растрескивание камня на микрокристаллы (рис. 2a) или их кластеры между порами (рис. 2б) [6]. Этот механизм распыления приводит к распаду камня на мелкие фрагменты, легко перемещаемые потоком воды во время операции, и позволяет обеспечить практически полное удаление пыли без необходимости использования литотомических корзин или аналогичных инструментов. Механизм распыления доминирует при использовании лазерных импульсов с малой энергией, но большой частотой повторения и непрерывном перемещении волокна вдоль поверхности камня (dancing technique).

Излучение лазера сильно поглощается и проникает на глубины 0,1 и 0,5 мм соответственно для тулиевого и гольмиевого лазеров. Между волокном и камнем всегда существует зазор, заполненный водой, что должно приводить к ослаблению лазерного излучения. Однако часть энергии в начале лазерного импульса, поглощаясь в этом зазоре, приводит к вскипанию воды и образованию газового пузыря, через который последующая часть импульса без поглощения достигает камня, разрушая его (Moses эф...

Список литературы

1. Pietropaolo A., Proietti S., Geraghty R., Skolarikos A., Papatsoris A., Liatsikos E.,Somani Bhaskar K. Trends of ‘urolithiasis: interventions, simulation, and laser technology’ over the last 16 years (2000–2015) as published in the literature (PubMed): a systematic review from European section of Uro technology (ESUT). World J Urol. 2017;35(11):1651–1658. doi: 10.1007/s00345-017-2055-z.

2. Inoue T., Okada S., Hamamoto S., Yoshida T., Matsuda T. Current trends and pitfalls in endoscopic treatment of urolithiasis. Int J Urol. 2018;25(2):121–133. Doi: 10.1111/iju.13491.

3. Platonov D.V., Zamyatina, V.A., Dymov A.M., Kovalenko A.A., Vinarov A.Z.,Minaev V. P. Laser lithotripsy. Urologiia. 2015:6:116–121. Russian (Платонова Д.В., Замятина В.А., Дымов А.М., Коваленко А.А., Винаров А.З., Минаев В.П. Лазерная литотрипсия. Урология. 2015:6:116–121).

4. Matlaga B.R., Krambeck A.E., Lingeman J.E. Surgical Management of Upper Urinary Tract Calculi. In: Wein A.J., Kavoussi L.R., Partin A.W., Peters C.A. Campbell-Walsh Urology. Eleventh Edition. Elsevier Inc; 2016;1260–1287.

5. Retrograde Ureteroscopy, Editors: Petrisor Aurelian Geavlete, Imprint: Academic Press, Published Date: 7th April 2016.

6. Hardy L.A., Irby P.B., Fried N.M. Scanning electron microscopy of real and artificial kidney stones before and after Thulium fiber laser ablation in air and water. Therapeutics and Diagnostics in Urology 2018. International Society for Optics and Photonics. 2018;10468:104680G.

7. Prieto I. Contact lithotripsy. Advantages and disadvantages. Arch Esp Urol. 2001;54(9):885–893.

8. Dymov A., Glybochko P., Alyaev Y., Vinarov A., Altshuler G., Zamyatina V., Sorokin N., Enikeev D., Lekarev V., Proskura A., Koshkarev A. Thulium lithotripsy: from experiment to clinical practice. J Urol. 2017;197(4).

9. Potemkin F.V., Mareev E.I. Dynamics of the propagation of shock waves and cavitation bubbles as a function of the energy of falling focused femtosecond laser radiation. Uchenye zapiski fizicheskogo fakul’teta. 2013;4:134401. Russian (Потемкин Ф.В., Мареев Е.И. Динамика распространения ударных волн и кавитационных пузырей в зависимости от энергии падающего сфокусированного фемтосекундного лазерного излучения. Ученые записки физического факультета. 2013;4:134401).

10. Martov A.G., Ergakov D.V., Guseinov M.A., Andronov A.S., Dutov S.V., Vinnichenko V.A., Kovalenko A.A. Initial experience in clinical application of thulium laser contact lithotripsy for transurethral treatment of urolithiasis. Urologiia. 2018;1:112–120. Russian (Мартов А.Г., Ергаков Д.В.,Гусейнов М.А., Андронов А.С., Дутов С.В., Винниченко В.А., Коваленко А.А. Первоначальный опыт клинического применения тулиевой контактной литотрипсии в трансуретральном лечении мочекаменной болезни. Урология. 2018;1:112–120).

11. Fried N.M. Thulium fiber laser lithotripsy: an in vitro analysis of stone fragmentation using a modulated 110-watt Thulium fiber laser at 1.94 microm. Lasers Surg Med. 2005;37(1):53–58.

12. Blackmon R.L., Irby P.B., Fried N.M. Comparison of holmium:YAG and thulium fiber laser lithotripsy: ablation thresholds, ablation rates, and retropulsion effects. J Biomedical Optics. 2011;16(7):071403.

13. Blackmon R.L. Thulium Fiber Laser Lithotripsy. Thesis, UNC Charlotte, 2013.

14. Fried N.M., Irby P.B. Advances in laser technology and fibre-optic delivery systems in lithotripsy. Nat Rev Urol. 2018 Jun 8. Doi: 10.1038/s41585-018-0035-8.

Об авторах / Для корреспонденции

А в т о р д л я с в я з и: А. М. Дымов – клиника урологии ФГАОУ ВО «Первый МГМУ им. И. М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет), Москва, Россия; e-mail: alimdv@mail.ru

Полный текст публикаций доступен только подписчикам

Нет комментариев

Комментариев: 0

Вы не можете оставлять комментарии
Пожалуйста, авторизуйтесь