Статьи

In vitro анализ возможности фрагментации камней лазером FREDDY

In vitro анализ возможности фрагментации камней лазером FREDDY

Авторы: Fernando C. Delvecchio, Brian K. Auge, Ricardo M. Brizuela, Alon Z. Weizer, Pei Zhong, и Glenn M. Preminger

Предыстория и назначение: Frequency-Doubled Double-pulse Nd:Yag лазер (FREDDY) (Мир медицины, Берлин, Германия) является короткоимпульсным твердотельным лазером со сдвоенной частотой с длинами волн 532 нм и 1064 нм. Этот лазер невысокой мощности и малой стоимости с двойным импульсом разработан для интракорпоральной литотрипсии. Мы разработали экспериментальную установку для определения эффективности фрагментации при различных уровнях мощности и при разных частотах.

Материалы и методы: Сорок предварительно взвешенных гипсовых фантомов камней были разделены на четыре группы с целью исследования фрагментации при частотах 5 Гц и 10 Гц в течение 2 и 4 минут. Использовалась автоматическая погружная лабораторная установка, включающая держатель, фиксирующий контакт фантома камня с кварцевым волокном лазера. Лазерное волокно 280 мкм расщеплялось и зачищалось между пусками для обеспечения оптимальных условий подвода энергии. После окончания процесса разрушения камней все фрагменты камней, оставшиеся внутри держателя, высушивались в течение 48 часов и повторно взвешивались. Фрагментация оценивалась в процентах потери массы.

Результаты: Фантомы камней, разрушенные при 5 Гц в течение 2 минут, показали среднюю потерю веса 24%, в то время как 4-х-минутная обработка при 5 Гц снижала массу камней на 54%. Обработка при 10 Гц в течение 2 минут продемонстрировала результаты, схожие с результатами на камнях, обработанных за 4 минуты при 5 Гц, при снижении массы камней на 51%. Фрагментация при 10 Гц за 4 минуты дала 64% потери массы - менее чем ожидалось для данной мощности. Разрушение самого волокна, наблюдаемое при больших мощностях, может стать причиной снижения эффективности фрагментации.

Введение

С начала 1990-х годов сокращение размеров эндоскопов и возрастающая доступность более безопасных и эффективных интракорпоральных литотриптеров расширили применение уретероскопии со слабого диагностического прибора до терапевтического устройства с широким диапазоном применения.1 Начиная с более ранних импульсных лазеров на красителе и до лазеров на гольмии способность к разрушению всех композиций камней повышалась, а болезненность для пациента снижалась. Более того, совершенствуемые лазерные технологии дали возможность подводить больше энергии для разрушения камней, удаления ткани, гемостаза при эффективном и безопасном использовании малых гибких волокон.2-5 Однако сдерживание роста стоимости остаётся актуальным.

Frequency-Doubled Double-pulse Nd:Yag лазер (FREDDY) (Мир медицины, Берлин, Германия) является вновь разработанным короткоимпульсным твердотельным лазером с двойной частотой с длинами волн 532 нм и 1064 нм. Он разработан специально для разрушения мочевых и жёлчных камней. Целью настоящего исследования является исследование разрушающей способности этого нового лазера при различных режимах подвода энергии, а также определение его применимости в клинической практике.

Рис. 1. Лабораторная установка для оценки характеристик лазера. Лазер FREDDY представлен слева (см. по стрелке)

Материалы и методы

Для оценки разрушающей способности лазера использовались предварительно взвешенные гипсовые фантомы камней. Гипс имеет предел прочности на растяжение (мера хрупкости) 2,0 МПа, в то время как предел прочности на растяжение камней в теле человека и струвитных камней находится в диапазоне от 0,1 до 3,4 МПа.6 Десять фантомов камней были разделены на четыре группы для оценки фрагментации при 5 или 10 Гц в течение 2 или 4 минут. Камни размещались по одному в перевёрнутом шприце 30 см3, и через наконечник волокно лазера приводилось в контакт с фантомом. Это автоматическое лабораторное устройство погружалось затем в водопроводную воду (Рис. 1). Лазер активировался при энергии импульсов 120 мДж с длительностью импульса 1,2 мкс при частоте повтора импульсов 5 или 10 Гц в течение 2 или 4 минут. Лазерное кварцевое волокно диаметром 280 мкм расщеплялось и зачищалось между пусками лазера для обеспечения оптимального подвода энергии. Когда фрагментация завершалась, фрагменты камней пропускались через 2-мм сито. Оставшиеся фрагменты > 2мм высушивались в течение 48 часов и взвешивались. Фрагментация измерялась в процентах потери массы.

Результаты

Фантомы камней, разрушенных при 5 Гц за 2 мин, показали среднюю потерю массы 24%, в то время как 4-минутная обработка при 5 Гц снижала массу на 54%, 100% рост фрагментации. Обработка при 10 Гц в течение 2 минут показала результат, аналогичный результату для камней, обработанных за 4 мин при 5 Гц, при снижении массы на 51%. Фрагментация при 10 Гц в течение 4 минут выявила 64% потери массы, улучшение всего на 50%, что значительно меньше, чем ожидалось для этой мощности. Изнашивание волокна при больших мощностях могло стать причиной снижения эффективности фрагментации. Таблица 1 содержит данные о потере массы при различных режимах.

Дискуссия

Лазер FREDDY является короткоимпульсным, с модулятором добротности и удвоением частоты, с двойным импульсом Nd:Yag твердотельным лазером, который излучает длинные импульсы в диапазоне от 1 до 1,4 мкс. Этот лазер способен излучать импульсы высокой интенсивности вследствие удвоения парциальной частоты инфракрасного луча в зелёный спектр. Механизм действия состоит в генерации пузырька плазмы, который при схлопывании создаёт механическую ударную волну, ответственную за разрушение камней. Генерация ударной волны в непосредственной близости от камня может иметь нежелательный эффект проталкивания камня или разрушения вне лазерного волокна. В сравнении с гольмиевым лазером лазер FREDDY не вызывает термического эффекта.7

Лазерная установка состоит из внутреннего водяного охлаждающего контура с водо-воздушным теплообменником и не нуждается в подсоединении к внешнему водоснабжению. Более того, поскольку лазер FREDDY работает от обычного источника тока 120 В и мал по размеру, он чрезвычайно мобилен и прост в обращении. Эта лазерная система соединяет преимущества твердотельного лазера и импульсного лазера на красителе, имеющих более низкие закупочную стоимость и стоимость эксплуатации, чем другие имеющиеся системы, такие как 80…100 Вт гольмиевый лазер.

Большая часть камней в организме человека, за исключением цистиновых камней, преимущественно поглощают волны лазера FREDDY при минимальном поглощении их окружающими тканями, обеспечивая этим высокую безопасность. Когда лазер активируется и волокно находится в непосредственном контакте со слизистой оболочкой мочевого пузыря усыплённого кролика, гистопатологические изменения оказываются минимальными даже при максимальных параметрах 90 мДж и 2000 импульсов.8 Аналогично, в этом же исследовании выявлено, что лазер был чрезвычайно эффективным при ex-vivo фрагментации широкого спектра камней человеческого организма, мочевой кислоты и смешанных почечных камней. В данном исследовании лазер FREDDY эффективно разрушал фантомы камней в режимах, характеризуемых зависимостью от уровня энергии.

Как и импульсный лазер на красителе, лазер FREDDY не в состоянии разрушить цистиновые камни, т.к. цистин не поглощает волны длиной 532 нм и 1064 нм. Однако совершенствование лазера FREDDY в будущем может позволить добиться разрушения цистиновых камней. Несмотря на подкожный метод, предпочтительно используемый при работе с почечными цистиновыми камнями ввиду высокой степени успеха, иногда рекомендуется утероскопический метод.9 При определённых обстоятельствах рекомендуется утероскопический внутрипочечный метод, предусматривающий использование лазерного литотриптера, способного обращаться с цистиновыми камнями.7,10,11.

Лазер FREDDY способен к фрагментации подавляющего большинства камней. Поэтому клинические сравнения лазера FREDDY с гольмиевым лазером, теперешним стандартом для лазерной литотрипсии, должны оценивать полезность и эффективность этого нового дешёвого лазера. Лазер FREDDY может использоваться урологом, не желающим приобрести более дорогой гольмиевый лазер, несмотря на неспособность FREDDY коагулировать, надсекать, испарять живую ткань.

Таблица 1. Потеря в процентах массы камней после фрагментации при 5 или 10 Гц в течение 2 или 4 минут

2 мин 4 мин
5 Гц 24,15 54,45
10 Гц 51,25 64,42

Заключение

Фрагментация фантомов камней лазером FREDDY в группах 5 Гц, 4 мин, и 10 Гц, 2 мин сравнима в предположении, что фрагментация хорошо согласуется с суммарной энергией, подаваемой на камень. Небольшое падение эффективности при 10 Гц, 4 мин скорее всего объясняется повреждением волокна, случающимся при этих режимах с большой энергией. Высокий уровень безопасности работы, низкая стоимость приобретения и эксплуатации лазера FREDDY дают преимущества, гарантирующие дальнейшие клинические испытания устройства. Клинические применения оцениваются в настоящее время в нашей организации.

Литература

  1. Grasso M, Bagley D. Small diameter, actively deflectable, flexible ureteropyeloscopy. J Urol 1998;160:1648-1653; discussion 1653— 1654.
  2. Lam JS. Greene TD, Gupta M. Treatment of proximal ureteral calculi: Holmium:YAG laser ureterolithotripsy versus extracorporeal shock wave lithotripsy. J Urol 2002;167:1972-1976.
  3. Sofer M. Denstedt J. Flexible urcteroscopy and lithotripsy with the holmium:YAG laser. Can J Urol 2000;7:952-956.
  4. Razvi HA, Denstedt JD. Chun SS, Sales JL. Intracorporeal lithotripsy with the holmium:YAG laser. J Urol 1996;156:912-914.
  5. Bagley DH. Ureteroscopic laser treatment of upper urinary tract tumors. J Clin Laser Med Surg 1998;16:55-59.
  6. Chuong GIC, Zhong P, Preminger GM. A comparison of stone damage caused by different modes of shock wave generation. J Urol 1992;148:200-205.
  7. Delvecchio FC, Preminger GM. Endoscopic management of urologie disease with the holmium laser. CurrOpin Urol 2000; 10:233-237.
  8. Zorcher T, Hochberger J, Schrott KM, Kuhn R, Schafhauser W. In vitro study concerning the efficiency of the frequency-doubled dou-ble-pulsc neodymium:YAG laser (FREDDY) for lithotripsy of calculi in the urinary tract. Lasers Surg Med 1999:25:38-42.
  9. Kuo RL, Aslan P. Fitzgerald KB, Preminger GM. Use of ureteroscopy and holmium:YAG laser in patients with bleeding diatheses. Urology 1998:52:609-613.
  10. Kourambas J, Munver R. Preminger GM. Ureteroscopic management of recurrent renal cystine calculi. J Endourol 2000:14:489-492.
  11. Maes K, Goethuys H, Baert L. A cystine lower pole renal calculus treated with holmium: YAG laser using a flexible 9,5F transurethral uretcroscope. Acta Urol Belg 1998;66:29-32.