Лазерная литотрипсия: влияние состава конкрементов на выбор параметров оборудования

Введение

В последнее десятилетие, когда лазерные технологии стали очень востребованы, сильный толчок к развитию получили и системы для лазерной литотрипсии. В частности, возросло количество оперативных вмешательств с применением новых технологий аблации и литотрипсии. Применение гольмиевых лазерных систем совместно с гибкой уретероскопией заняло лидирующее место в клинических рекомендациях развитых стран. Это происходит в том числе и из-за того, что в мире растет распространение мочекаменной болезни [1]. Более современные тулиевые лазерные системы позволили улучшить качество оказания медицинской помощи за счет уникальных свойств тулиевых волокн, отличающихся от гольмиевых проводников длиной волны. Гольмиевые лазерные системы имеют длину волны 2120 нм, что сильно сказывается на передаче энергии в водной среде от лазерного волокна к поверхности конкремента. В свою очередь тулиевые волоконные литотриптеры имеют длину волны 1940 нм, что позволяет водной среде передавать больший процент энергии для дробления камней [2].

Особенности лазерной литотрипсии камней

Лазерная фрагментация камней мочеполовой системы основана на фотоакустическом и фототермическом эффектах, которые начинаются с поглощения фотонов водой или конкрементом. Наиболее важным фактором передачи энергии от волокна к зоне интереса хирурга является плотность потока лазерного излучения или оптическая энергия, поглощенная водой или камнем. Способность к поглощению фотонов определяется зависящим от длины волны коэффициентом поглощения самого материала или субстрата. Данный коэффициент обеспечивает параметры для оценки количества генерированного тепла и акустической энергии лазерного света. Фототермический механизм дробления связан со временем воздействия лазерного луча на ткань. За счет быстрой передачи энергии происходит нагревание, приводящее к карбонизации и коагуляции прилежащих к волокну тканей [3]. Фотоакустический эффект возникает при коротких периодах импульса, вызывая перегрев зоны интереса, что приводит к быстрому термоупругому расширению, оптическому пробою, расширению жидкости в пористой структуре камня и его последующему разрушению. Все эти физические величины важны разработчикам лазерных систем для подсчета глубины проникновения лазерного луча через водную среду и ткани конкремента, что в свою очередь ведет к калибровке параметров лазерных импульсов и использованию разных подходов к литотрипсии [4].

Самым быстрым способом литотрипсии является разделение конкремента на более мелкие частицы, которые в последующем возможно извлечь при помощи корзинок или щипцов. Однако попытки извлечь осколки камней больших размеров из мочевыделительной системы могут привести к ряду осложнений: кровотечению, разрыву мочеточника, повреждению структуры чашечно-лоханочной системы. Повышенные риски интраоперационных осложнений сильно увеличивают время оперативного лечения и снижают качество предоставляемой медицинской помощи.

Даст (или каменная пыль) – это взвесь частиц (< 1-2 мм) каменной пыли, оставшейся после литотрипсии, способной к самостоятельному отхождению через естественные мочевыводящие пути. Дастинг, или формирование каменной пыли, позволяет уменьшить риски, связанные с литоэкстракцией крупных осколков (> 2 мм) конкрементов мочевыделительной системы[5].

Состав конкрементов

Согласно классификации Европейской ассоциации урологов, существует несколько видов конкрементов по своему качественному составу:

1. Оксалаты кальция (85% от общего числа обнаруживаемых) – классифицируются при обнаружении более 50% солей оксалата кальция на спектрометре. Существуют также кальций многогидратные и кальций дигидратные конкременты. Согласно мировой статистике, именно этот вид конкрементов самый часто встречаемый [6, 7].
2. Фосфаты кальция (от 5 до 10% от общего количества) – классифицируются при наличии более 50% фосфатных солей кальция в своем составе.
3. Уратные камни (10% от общего числа обнаруживаемых) – считаются таковыми при наличии в своем составе мочевой кислоты и ее производных солей (дигидрата и моногидрата мочевой кислоты, натрия кислого урата и аммония).
4. Струвитные камни (от 2 до 20%) – в основном инфицированные конкременты, которые в своем составе имеют магнезию аммония фосфат.
5. Цистиновые камни (1% от общего числа) – содержат в своей основе серу, что делает их относительно рентгенконтрастными.

Лазерная литотрипсия: настройки оборудования

В исследовании in vitro Etienne Xavier Keller и соавторы провели оценку морфологического состава пыли после дастинга тулиевым волоконным лазером различных типов камней мочеполовой системы. В качестве лазерной системы была выбрана FiberLase U2 TFL с одинаковыми настройками для всех экспериментов: 0,05 Дж, 320 Гц. В эксперименте использовались конкременты с различными морфологическими составами – оксалаты кальция, фосфаты кальция, уратные, струвитные и цистиновые камни объемом 300 мм³, и для каждого вида отсчитывалась затраченная энергия на его дробление – 2400 Дж. После дастинга всю оставшуюся пыль сканировали при помощи электронной микроскопии с целью анализа кристаллической организации остатков конкрементов. По результатам данного исследования выяснилось, что выбранной мощности и настроек лазерной системы вполне достаточно для образования каменной пыли (максимальный размер выведенных частиц составил 254 мкм), способной к самопроизвольному отхождению через естественные мочевыделительные пути. В том числе лазерное воздействие привело к изменению кристаллической решетки у струвитных и уратных камней [8].

Martov Alexey и соавторы провели проспективное одноцентровое рандомизированное исследование, в ходе которого было выполнено сравнение эффективности тулиевой лазерной системы FiberLase U2 с гольмиевым лазером в условиях in vivo. В исследовании приняли участие 174 пациента с конкрементами мочевыделительной системы, имеющими различный морфологический состав. Для обоих типов лазеров были установлены одинаковые настройки (1 Дж × 10 Гц = 10 Вт). В результате статистического анализа было показано, что тулиевая волоконная система имеет преимущество перед гольмиевыми аналогами за счет большей степени фрагментации конкрементов, приводящей к сокращению времени оперативного лечения [9].

В исследовании in vitro Jongjitaree Kantima и соавторы провели сравнение настроек гольмиевой лазерной системы для дробления уратных и оксалатных конкрементов. В эксперименте использовались следующие настройки: 1 Дж × 20 Гц, 2 Дж × 10 Гц, 1,5 Дж × 20 Гц, 3 Дж × 10 Гц и 2 Дж × 20 Гц. После дробления искусственного конкремента размером 10 мм оценивался объем осколков, имеющих размер более 2 мм. Вторым критерием эффективности авторы выделили время, затраченное на дробление каждого конкремента. Наилучшим выбором параметров лазера, экономящим время оперативного вмешательства, оказался 2 Дж × 20 Гц, отнявший 8 минут 51 секунду на дробление оксалатного и 5 минут 13 секунд на дробление уратного конкрементов. Максимальной процентной доли даста исследователям удалось получить при настройках 2 Дж × 20 Гц на обоих типах камней. Также были показаны настройки, при которых происходит максимальная быстрая деградация лазерного волокна, приводящая к его расходу. Используя параметры 3 Дж × 10 Гц, исследователи потратили 28 мм волокна на дробление оксалатного камня. При дроблении камня, имеющего в своем составе преимущественно мочевую кислоту, было затрачено 4 мм волокна при настройках 1,5 Дж × 20 Гц. Выводом исследования был факт выявления лучшей настройки гольмиевой лазерной системы для дробления твердых оксалатных камней. Показано, что параметры 2 Дж × 20 Гц имеют самое быстрое время дробления камня наряду с наименьшей фракцией даста. При этом расход лазерного волокна сопоставим с другими настройками [10].

Существует исследование in vitro Panthier, Frédéric и соавторов, проведенное на конкрементах мочевыделительной системы человека, в ходе которого было подсчитано количество энергии, которое затрачивает гольмиевый лазер для дробления 1 мм³ оксалатного, уратного и цистинового камней. В эксперименте использовались 3 разные настройки энергии (0,6; 0,8; 1 Дж) и замерялось количество раздробленного субстрата камня. По результатам исследования было продемонстрировано, что в случае воздействия на оксалатный конкремент при любой настройке энергии количество разрушенного материала было меньше, чем при аналогичных настройках при дроблении уратных и цистиновых камней. Тогда как объем расколотого цистинового конкремента за один импульс было достоверно ниже, чем для уратных камней в аналогичных условиях [11].

Заключение

На сегодняшний день на рынке доступно множество систем для лазерной литотрипсии. Результаты многих исследований, нацеленных на исследование возможностей настроек лазерных импульсов, уже доступны для изучения. Точный подбор параметров лазерной системы под конкретный клинический случай поможет уменьшить время, затраченное на оперативное лечение, и повысит качество оказываемой медицинской помощи.

Автор статьи: Грицков Игорь Олегович, врач-уролог (Москва)

Источники

1. Geraghty, Robert; Jones, Patrick; Somani, Bhaskar K (2017). Worldwide Trends of Urinary Stone Disease Treatment over the last two Decades: A Systematic Review. JournalofEndourology, (), end.2016.0895–. doi:10.1089/end.2016.0895
2. Traxer, Olivier; Keller, Etienne Xavier (2019). Thulium fiber laser: the new player for kidney stone treatment? A comparison with Holmium:YAG laser. World Journal of Urology, (), –. doi:10.1007/s00345-019-02654-5
3. G. M. WATSON; J. E. A. WICKHAM; T. N. MILLS; S. G. BOWN; P. SWAIN; P. R. SALMON (1983). Laser Fragmentation of Renal Calculi. , 55(6), 613–616. doi:10.1111/j.1464-410x.1983.tb03387.x
4. Chan, Kin Foong; Joshua Pfefer, T.; Teichman, Joel M.H.; Welch, Ashley J. (2001). A Perspective on Laser Lithotripsy: The Fragmentation Processes. Journal of Endourology, 15(3), 257–273. doi:10.1089/089277901750161737
5. Weiss, Brian; Shah, Ojas (2016). Evaluation of dusting versus basketing — can new technologies improve stone-free rates?. Nature Reviews Urology, (), –. doi:10.1038/nrurol.2016.172
6. Xizhao Sun; Luming Shen; Xiaoming Cong; Huaijun Zhu; Lei He; Jianlin Lu (2011). Infrared spectroscopic analysis of 5,248 urinary stones from Chinese patients presenting with the first stone episode. , 39(5), 339–343. doi:10.1007/s00240-011-0362-1
7. Alaya, Akram; Nouri, Abdellatif; Belgith, Mohsen; Saad, Hammadi; Jouini, Riadh; Najjar, Mohamed Fadhel (2012). Changes in Urinary Stone Composition in the Tunisian Population: A Retrospective Study of 1,301 Cases. Annals of Laboratory Medicine, 32(3), 177–. doi:10.3343/alm.2012.32.3.177
8. Keller, Etienne Xavier; De Coninck, Vincent; Doizi, Steeve; Daudon, Michel; Traxer, Olivier (2020). Thulium fiber laser: ready to dust all urinary stone composition types?. World Journal of Urology, (), –. doi:10.1007/s00345-020-03217-9
9. Martov, Alexey; Ergakov, Dmitry; Guseynov, Mirab; Andronov, Andrey; Plekhanova, Olga A. (2020). Clinical Comparison of Super Pulse Thulium Fiber Laser and High-Power Holmium Laser for Ureteral Stone Management. Journal of Endourology, (), end.2020.0581–. doi:10.1089/end.2020.0581
10. Jongjitaree, Kantima; Chotikawanich, Ekkarin (2019). Vaporizing Effect of the Popcorn Technique for Laser Lithotripsy: Comparing the Different Settings of High Energy in a Calyceal Model. Journal of Endourology, (), end.2019.0370–. doi:10.1089/end.2019.0370
11. Panthier, Frédéric; Ventimiglia, Eugenio; Berthe, Laurent; Chaussain, Catherine; Daudon, Michel; Doizi, Steeve; Traxer, Olivier (2020). How much energy do we need to ablate 1 mm3 of stone during Ho:YAG laser lithotripsy? An in vitro study. World Journal of Urology, (), –. doi:10.1007/s00345-020-03091-5