激光碎石术
什么是激光碎石术？
激光碎石术是起源于上世纪八十年代的一种利用激光来治疗肾结石的方法，这种方法通常比其他方法的治疗效果更好。 钬激光器是该方法目前的“黄金标准”，不过随着技术持续进步，掺铥光纤激光器有望取代它。
一般成年人的肾脏每天过滤大约 150 升血液。 有时这种过滤会产生矿物质堆积。 这可能是由各种功能问题、健康状况或饮食因素引起。 在某些情况下，这些物质会结晶形成“肾结石”。
肾结石可以小到一粒沙子那么小，也可以大到一个高尔夫球那么大。 大多数肾结石只有几毫米或更小。 小于约 4 毫米的结石通常会自行通过尿道随尿液排出体外。
但有时结石会卡在尿道的某个地方，尤其是当结石较大时。 如果结石不能自行（或在药物帮助下）排出，可能严重阻塞尿道，进而导致严重感染。 这会令患者感到异常痛苦。 在这种情况下，必需医疗介入。
图 1：用于从器官中取出结石的内窥镜取石网篮。
治疗肾结石
根据肾结石的大小、成分（有几种不同类型）和位置，有多种治疗选项。
冲击波碎石术 (SWL) |
碎石术（Lithotripsy，源自希腊语，意为“打碎石头”）涉及利用某些手段来粉碎肾结石。 然后，当结石变得足够小时，就可以自然排出或通过手术去除。 SWL 也称为体外冲击波碎石术 (ESWL)，利用超声冲击（声）波来打碎结石。 患者躺在一台专门的机器上，机器产生粉碎石头的冲击波。 SWL 广泛用于处理位于肾脏内部或输尿管上部的较小结石。 一般在门诊，在对患者实施轻度全身麻醉或局部麻醉后就可以实施 SWL 手术。 |
输尿管镜手术 |
输尿管镜是一根细长的管子，可以直接插入尿道，然后被引导通过尿道。 输尿管镜包含一个照明源和一些成像光学器件，让外科医生能够看到体内的一切。 输尿管镜的末端还有一个“套篮”，用于物理捕获结石。 然后，当从体内拉出输尿管镜时，这些结石被带出来。 或者，还可以将光纤插入输尿管镜中。 高功率脉冲激光器的输出通过光纤传输并聚焦到结石上将其打碎。 这就是激光碎石术。 对患者作全身麻醉后，即可实施输尿管镜手术，手术通常在门诊进行。 手术期间往往会在相关部位置入一个可取出的支架。 输尿管镜手术是治疗多发结石的首选方法。 它对于正在服用血液稀释药物的患者也特别有用，因为任何需要切口的治疗都会给这类患者带来一定的风险。 |
经皮肾镜取石术 (PCNL) |
PCNL 用于处理其他手段无法处理的结石 — 例如，结石太大、太多或位置难以接近。 PCNL 需要在患者背部做一个切口，将肾镜插入肾脏。 然后通过超声波粉碎石头，并通过抽吸去除碎石。 或者，可以在这一步采用激光碎石术。 实施 PCNL 通常需要对患者作全身麻醉，并且患者需要住院康复。 手术期间往往会置入一个可取出的尿道支架。 |
传统手术 |
传统手术方法只用来去除最大的结石，这种情况很少见（不到 1%）。 因为这种方法更具侵入性，切口更大，患者必须住院， 而且恢复时间也比其他方法更长。 |
钬激光碎石术
输尿管镜手术通常与激光碎石术结合使用，是治疗肾结石的常用方法，有着比其他方法更明显的优点。 例如，无论结石的大小、位置或成分如何，它都能有效处理。 而 SWL 并非如此。 此外，激光碎石术的成功率高于 SWL。 通常，它也不会在尿道中留下仍然大到足以引起阻塞的碎片。
钬:YAG (Ho:YAG) 激光器是碎石术的主要工具。 这是一种闪光灯泵浦固态激光器，可在 2.1 µm 的波长下产生高功率脉冲输出。
Ho:YAG 激光器之所以流行有几个原因。 例如，它的波长很容易被水吸收，有助于高效碎石。 另外，它也可以通过光纤输送，这在结合输尿管镜使用时必不可少。
Ho:YAG 也是一种灵活的工具， 可以调整多个激光输出参数 — 重复频率、脉冲能量和脉冲持续时间。 这使得外科医生可以利用多种方法来去除结石。 例如，在较高的重复频率下使用较低的脉冲能量通常会产生“粉末化”（产生亚毫米大小的结石碎片）。 这样即可将石头打碎成足够小的碎片以便其自行排出。
在较低的重复频率下使用较高的脉冲能量会产生较大的碎片。 这种方法称为“提取碎片”，外科医生随后使用收集套篮去除这些较大的碎片。
可以使用较长的激光脉冲持续时间来减少结石回移（用来描述碎石后结石或碎片从光纤尖端移开的术语）。 限制回移是有益的，因为它最大限度地减少了外科医生移动范围以定位和捕获这些逃逸的结石碎片的需要。
铥光纤激光器
尽管 Ho:YAG 激光碎石术取得了成功并被广泛认可，但它并不是一个完美的工具。 在过去几年中，铥光纤激光器 (TFL) 已逐渐成为一种替代方案，其在成本、可靠性、性能和治疗效果方面更具明显优势。
TFL 使用与大多数光纤激光器相同的配置。 也就是说，来自半导体激光器的泵浦光被耦合到增益光纤中，在这里是掺铥光纤，例如Coherent NuTDF 系列。 激光腔由这种光纤形成，它结合了光纤布拉格光栅 (FBG) 作为端镜。
相比闪光灯泵浦 Ho:YAG 技术，这种结构具有许多实用优势，包括：
电光转换效率更高 |
闪光灯发出的光大部分被浪费掉并转化为热量。 相反，大多数半导体激光器的输出泵浦掺铥光纤，产生更高的工作效率和更低的功耗。 |
简化冷却 |
Ho:YAG 激光器中的大量废热需要水冷却，带来了种种相关成本和复杂性。 TFL 通常可以风冷。 |
尺寸更小 |
取消水冷系统节省了空间，并且泵浦二极管激光器模块本身也比闪光灯系统更加紧凑。 |
降低了设施要求 |
TFL 可以利用标准电源（110 V 或 220 V），无需专门的大电流或高压电源。 而且它的尺寸也很小。 因此，TFL 可以轻松移动，然后只需插入电源即可在几乎任何地方使用。 |
TFL 的输出特性也为碎石术带来了显著优势。 首先，TFL 输出波长为 1940 nm。 水吸收该波长的强度大约是吸收 Ho:YAG 波长的四倍。 这有助于更高效地碎石。
图 2： TFL 在接近水的近红外光吸收峰值的波长下传输输出，并且可以更高效地通过光纤进行传输。 该优势使其成为比 Ho:YAG 激光器更为理想的外科手术激光源。
其次，TFL 产生高质量的输出光束。 Ho:YAG 激光器产生多模、非均匀光束。 这很难耦合到芯径小于 200 µm 的光纤中。 这降低了系统光学效率，也限制了在光纤输出端实现小焦斑的能力。
相反，TFL 产生衍射有限的近高斯分布输出曲线，没有热斑。 这样的光束可以很容易聚焦到芯径小至 50 µm 的光纤中。 这将更容易构建产生小焦斑的输尿管镜，实现更高效的结石处理。
在脉冲能量、重复频率（脉冲频率）甚至脉冲形状方面，TFL 也支持更大的操作范围。 这为医生提供了更大的工作“参数空间”，便于选择更多手术方式。
例如，TFL 既可以产生比 Ho:YAG 低十倍的脉冲能量，也可以维持较后者高十倍的脉冲重复频率。 这种组合有利于实施更高级的“粉末化”碎石技术。 TFL 能够产生比 Ho:YAG 更长的脉冲，这进一步限制了回移。 此外，更长的脉冲持续时间与减少光纤尖端回烧和退化直接关联。
最后，通过更小直径的光纤从 TFL 传输光可以造就新一代更有效的输尿管镜。 通过减小光纤尺寸，可提供更多的冲洗流空间，从而使外科医生获得更高的可见度。 它可以使仪器变得更小，光纤更灵活，从而在更广泛的外科手术场景中得到应用。
尽管 TFL 在几乎所有方面都是更好的碎石术激光器，但医疗用户采用新技术的步伐很慢。 他们需要临床研究来证实和量化任何新方法的优势来说服他们去使用。 他们需要接受如何使用新工具的培训。此外，要使一项新的医疗技术获得普遍使用的资格，还存在各种监管障碍。 但是，随着时间的推移，TFL 几乎不可避免地会取代 Ho:YAG，成为激光碎石术的首选激光器。