Hans Journal of Surgery外科, 2017, 6(4), 37-44
Published Online October 2017 in Hans. /journal/hjs
/10.12677/hjs.2017.64006
The Development of Lasers in Urology
Zhen Zhao1, Jian Li2, Fei Luo2
1Graduate Department, Tianjin Medical University, Tianjin
2People’s Hospital of Tianjin, Tianjin
Received: Aug. 25th, 2017; accepted: Sep. 8th, 2017; published: Sep. 14th, 2017
Abstract
There has been a long time since the start of lasers in urology, and now it’s becoming more usual.
With the development of science, people are exploring a new way. Among these devices available, holmium, diode and thulium lasers are the most popular. Lasers can be used for coagulation, va-porization and enucleation depending on the wavelength, the absorption by water and hemoglo-bin and the depth of penetration. Lasers play a key role when pharmacological treatment was useless for benign prostatic hyperplasia (BPH) patients in many medical centers. Compared with open or endoscopic operations, lasers have better therapeutic results. Treatment of older patient with multiple comorbidities has been made safe when lasers were used in the treatment of urolithiasis, urinary strictures and bladder tumors, and it can reduce the necessity to modify the anticoagulant drug treatment. Laser procedures are less invasive, shorter hospitalization time and guarantee a shorter bladder catheterization time, even eliminate the need for bladder catheterization com-pletely. At the same time, it enables more stable outcomes and lower reoperation rate. However, with the increased competition between laser manufacturers, decreased purchase and mainten-ance costs, and increased operational safety, laser technology will become an indispensable tool in modern urology.
Keywords
Lasers, Urology, BPH, Urolithiasis
赵真1，李健2，罗飞2
白介素81天津医科大学研究生院，天津
2天津市人民医院，天津
收稿日期：2017年8月25日；录用日期：2017年9月8日；发布日期：2017年9月14日
赵真 等
数值仿真
马恒昌
摘 要
激光的使用贯穿于现代泌尿外科始终，激光设备的使用也愈发普遍。随着科学技术的发展，人们一直在探索激光的更多应用。在众多设备中，钬激光、半导体激光和铥激光是目前使用最多的工具。根据激光的波长、水吸收度、血红蛋白吸收度和穿透深度不同，激光可以用来凝固、汽化和剜除。在许多医疗中心，经过众多药物无效的良性前列腺增生，激光常常被用作它的主要手段。并且和传统开放手术、经尿道电切手术相比，激光具有更好的效果。激光在泌尿系结石、尿道(输尿管)狭窄和膀胱肿瘤中的应用，让伴有基础疾病的高龄患者的手术方案变得更加安全，同时减少抗凝药方案改变的烦恼。激光手术更加微创化，缩短住院时长、减少保留尿管时间，有时甚至可以完全避免尿管的置入。而且，在术后并发症和二次手术率方面，激光也具有明显改善。总之，随着激光设备间竞争的激烈化，设备花费和维修费用的下降，手术安全性能的提高，激光将会成为泌尿外科领域不可或缺的设备。 关键词
激光，泌尿外科，前列腺增生，结石
Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
自从1960年激光发明以来，50多种激光曾在临床应用，多数因为安全因素已经弃用，不过仍然有10种(波长)左右的激光在临床工作中使用。目前，得益于设备改良、临床需求合理化和术者经验的累计，加之其学习曲线短、疗效可靠，激光已在临床疾病中发挥重要作用。例如：在伴有心血管疾病并且需要抗凝药物的高龄患者的过程中，接受激光的患者拥有更长的存活期[1]。可见对于此类患者，激光技术比传统手术具有更高的安全性。与传统手术相比，激光具有以下优点。第一，精确度和准确度更高。第二，创伤更小，对于血管损伤拥有极好的热凝效果，因此出血量、水肿、疼痛、瘢痕明显改善。第三，适用于伴有严重并发症的患者。此外，激光技术住院时间短，许多操作可在门诊完成。在泌尿外科领域，激光在碎石术、前列腺汽化剜除术、肾脏肿瘤部分切除术、尿路上皮肿物切除术、盆底筋膜切开、尿道和输尿管狭窄处理等方面已逐渐广泛应用[2]。EAU 指南显示尽管经尿道前列腺电切术是中–小体积良性前列腺梗阻的金指标，但前列腺激光汽化、切除、剜除术可作为替代手段，并且激光技术是粉碎泌尿系结石的最佳方案。现就激光在泌尿外科中的应用现状及发展前景综述如下。
激光(Laser)来自“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ”首字母的缩合。激光光源可能来自于气体、晶体、半导体或者染料等。激光束和组织间的相互作用依靠反射、散射和吸收等物理
现象[3]。从医学视角来看，最重要的现象是激光束经发团吸收后转化为热能。人体组织中，光束被血红蛋白、水和黑素所吸收，激光能量转化为高温灼烧，甚至凝固、汽化人体组织(见图1) [4]。组织对于激光吸收系数越低，穿透深度越深；相反吸收系数越高，穿透深度越浅。此外，激光发射的波长越短，转化为热能的比例越高。总之，激光疗效由吸收介质与激光波长两方面决定。
1. 激光种类
多种激光技术曾运用于泌尿外科领域，由于存在严重并发症的原因，许多激光渐渐弃用[5]。目前，
赵真 等
Figure 1. Absorption spectra of melanin, hemoglobin and water by different wavelengths of laser
图1. 不同波长激光对黑素、血红蛋白、水的吸收光谱
在泌尿外科领域使用最多的激光主要有：钬激光(Holmium:YAG laser)、绿激光(KTP:YAG)、半导体激光(Diode lasers)和铥激光(thulium lasers)。
1.1. 钕(Nd:YAG)激光
钕激光是过去应用最广泛，同时也是学习最多的一种激光。其波长1064 nm ，组织穿透深度达1 cm ，常引起深层组织凝固性坏死和周围组织的热损伤。Nd:YAG 激光可以通过非接触式作用在视觉上达到激光对前列腺组织的烧蚀(VLAP)，也可以通过接触式烧灼或者间质组织激光烧灼(ILC)。术后常引起水肿导致刺激性下尿路症状(LUTS)和尿潴留，常常延长保留尿管时间。
1.2. 钬激光
钬激光原理是通过激发连接于钇–铝–石榴石晶体上的稀有元素钬产生波长为2100 nm 的脉冲激光及其瞬间释放的强大能量，达到组织切割凝固作用，同时由于其水吸收的特征，能量主要为表浅组织吸收并达到较高温度而产生汽化作用，而其热损伤深度仅为0.4 mm 。钬激光是目前泌尿外科手术中应用最广的激光，可用于精确的外科止血和切割，并且具有高能脉冲波的特性，可用于结石、尿路上
皮肿瘤等。
1.3. 绿激光
绿激光原理是当Nd:YAG (钕激光)穿过碳酸钛氧钾(KTP)晶体时产生波长为532 nm (位于可见光谱绿光区域)的脉冲激光，故称绿激光。其能量优先被氧合血红蛋白所吸收，因此有利于血管的凝固和组织的汽化，热损伤深度为1~2 mm 。当然PVP 也存在一些缺陷，由于组织汽化术后无法对组织进行病理诊断，所以术前必须严格完善前列腺癌的鉴别诊断。梅奥(Mayo)医学中心的临床研究，通过对PVP 术后5
年的
赵真等
随访显示绿激光长期效果确切可靠[6]。
台湾公共电视1.4. 半导体二极管激光
二极管半导体激光波长从980 nm到1470 nm，能量可被水和血红蛋白吸收，因此具有良好的止血能力和汽化效果。虽然不同文献报道其穿透深度大不相同，但两种激光在前列腺汽化中的应用均得到印证
[7] [8]。然而，半导体激光同时伴有较高的术后并发症发生率，如：膀胱刺激性症状和附睾炎等。
1.5. 铥激光(2 um激光)
铥激光是微量元素钇–铝–石榴石晶体激发产生的连续激光，包括有波长1.92 um与2.01 um，因此常统称为2 um激光。由于其波长接近于水的能量吸收峰值，因而能发挥有效的组织汽化、切割和凝固作用。研究表明，经尿道前列腺铥激光切除术中出血量明显减少，术后疗效(最大尿流率、术后IPSS评分的改善)与TURP相似，但远期疗效仍有待循证医学证据支持[9]。
2. 激光在膀胱出口梗阻(BOO)病人中的应用
膀胱出口梗阻是尿流动力学上的概念。良性前列腺增生(BPH)是引起中老年男性排尿障碍最常见的一种良性疾病，主要表现是组织学上的前列腺间质和腺体成分的增生、解剖学上的前列腺增大、尿流动力学上的膀胱出口梗阻和以下尿路症状(LUTS)为主的临床症状。BPH的发病率随着年龄的增长而增加，目前已成为泌尿外科最常见的疾病之一。尽管TURP手术仍是BPH的“金标准”，但激光凭借良好的凝固止血效果和非导电特性，经尿道前列腺激光手术已成为BPH重要的方式。经尿道前列腺激光手术是通过激光对组织的汽化、切割及切除或组织的凝固、坏死及迟发组织脱落，达到解除梗阻的目的。
据美国国家医保数据统计，截止到2008年为止，经尿道前列腺激光汽化术已成为仅次于TURP的首选外科方案[10]。James A.Thomas等人比较接受PVP和TURP患者发现PVP和TURP具有相似的安全性和疗效。一项80W和120W PVP的随访调查显示：术后4年最大尿流率增加82.5%，平均IPSS评分、PSA值、前列腺体积分别下降79.1%、43.8%、22.9%，PVP展示出稳定疗效、对继发于BPO的LUTS 症状具有明显改善作用[11]。由于绿激光氧化血红蛋白吸收的特性，故PVP具有良好的止血效果。Kumar A对接受TURP和PVP的BPH患者进行随机研究显示，PVP组患者具有相对较少的失血量、较低的输血率及更短的尿管保留时间[12]。此外，侧出束绿激光操作中镜鞘摆动幅度更小，有效较少术中对尿道外括约肌的损伤，降低术后尿失禁的发生率。但PVP将病理组织完全汽化，无法获得病理检查结果。
王筱鹏另一个经常使用的激光是钬激光，其手术途径主要包括前列腺凝结(HoLAP)、剜除术(HoLEP)、切除术(HoLRP)。而钬激光剜除术对于膀胱出口梗阻的疗效得到广泛认可，同时具有微创手术的诸多好处：并发症少，保留尿管时间短，住院时间缩减[13] [14] [15]。Elshal AM研究HoLEP与PVP小体积前列腺(<40 ml)LUTS患者，结果显示二者疗效与安全性相似，并且可适用于前列腺增生的高危患者[16]。
前列腺剜除术HoLEP在解剖上达到完全剜除腺体的效果，等同于内镜化的开放手术，是目前BPH外科中研究最多的手术方式[17] [18] [19]。Meta分析显示HoLEP较TURP患者显著减少术后尿管保留
时间与住院时间，并显著降低围手术期并发症发生率[20]。
半导体激光的波长从980 nm到1470 nm，能量可被水和血红蛋白吸收，因此具有良好的止血能力和汽化效果。Cetinkaya M比较了980 nm激光前列腺汽化术和TURP术，证实半导体激光前列腺汽化术前列腺增生疗效确切，同时还具有住院时间短、保留尿管时间短(1.45 ± 0.75 VS 2.63 ± 0.49)的优点[1]。
起初，半导体激光主要用于前列腺汽化术，大量研究表明汽化术具有较高的并发症发生，有文献报道其二次手术率高达35% (文献)。一项对比200 W的980 nm半导体激光和120 W的KTP激光BPH的
赵真等
RCT研究显示：两者的症状改善近乎相同，而半导体激光止血效果更佳。但半导体激光更易出现脱落组织导致的排尿困难、附睾炎和刺激症状[21]。目前，已有关于半导体激光前列腺剜除术(DiLEP)的相关研究，但由于激光种类繁多严重阻碍了对比研究。影响半导体激光推广使用的主要副作用是刺激症状和逆行射精，其他文献报道的并发症还有输血要求、穿孔和尿失禁等[22] [23] [24]。
铥激光可应用于BPH和膀胱颈挛缩的患者。铥激光穿透深度0.2 mm，可以迅速汽化组织，因此可以采用汽化术(THuVAP)、汽切术(THuVARP)、汽化剜除术(THuVEP)和剜除术(THuLEP)，文献分析钬激
光相关文章显示其安全性、疗效得到有效证明[25]。此外术后一月随访结果显示，铥激光组患者PSA明显下降、Qmax术后并发症发生率两者相似，但铥激光组尿失禁发生率高于TURP组(20.9% VS 4.7%) [26]。另一项对比THuVAP和HoLEP研究显示，120 W铥激光剜除组剜除时间明显短于HoLEP组(58.3 ± 12.8 min vs. 70.5 ± 22.3 min, P = 0.003)，两组围手术期血红蛋白下降量相似(17.1 ± 12.0 g/L vs. 15.2 ± 10.1 g/L, P = 0.415)，术后1个月、6个月和12个月的随访结果显示，两组患者的IPSS、QoL评分、Qmax无明显差异[27]。
激光是BOO的一种工具，切割术、汽化术、汽切术、剜除术是众多的手术方式选择。具体激光种类和手术方式选择取决于患者基础疾病、术者对不同术式的研究和激光设备的获取。简而言之，PVP 对有高危出血风险的患者疗效显著，尤其适用于前列腺体积小于100 ml。激光剜除术围手术期并发症少，具有良好的远期疗效，但学习曲线较陡峭。就目前而言，HoLEP手术具有最高的1级的研究数据支持，并且随访时间最长[28]。
3. 激光在泌尿系结石中的应用
目前腔内碎石的主要方法包括超声碎石、气压弹道碎石和激光碎石。随着输尿管镜和激光技术的发展，输尿管软镜配合钬激光肾结石(小于2 cm)和肾盏憩室结石取得良好效果。钬激光方向性好，95%能量被周围5 mm的介质水吸收，安全、结石粉末化效果好，且不易引起输尿管、膀胱穿孔。由于
该技术利用泌尿道的自然腔道，无需建立其他创伤性通道，创伤小、恢复快、疗效好(优于SWL)，临床应用前景广阔。
对于特殊体质结石患者，如肥胖、儿童结石、凝血功能障碍患者，钬激光碎石也是安全、有效的方案[29]。Elsheemy MS等人研究104儿童结石患者的钬激光碎石疗效，患者平均年龄4.7岁，结石平均大小为11 mm，碎石成功率为81.25% [30]。Aboumarzouk OM等人回顾性分析输尿管镜钬激光碎石术伴有出血疾病泌尿系结石患者，结果显示87.7%的患者结石完全排除，仅4%的病人存在少量出血。
4. 激光在膀胱癌和尿道狭窄中的应用聋人电影
研究显示，激光技术可用于膀胱恶性肿瘤。Muraro等人对钬激光和电切术表浅型膀胱癌效果研究，数据显示钬激光组病人围手术期并发症低于经尿道电切膀胱肿瘤电切术(TUR-BT)组，钬激光组54%的患者术后24小时内拔出尿管，76%术后24~48小时内出院；而TUR-BT组仅4%患者术后24内拔出尿管，6%术后24~48小时出院[31]。He D等人应用新型直出束绿激光剜除非肌层浸润性膀胱癌，研究显示入组患者瘤体直径从0.3~3.0 cm不等(平均 1.8 cm)，平均手术时间和剜除时间分别是21(12~38) min和12(4~23) min，术后平均住院时间为2.5(1.5~4.0)天，未出现膀胱出血、穿孔和闭孔反射等并发症，术后随访6月未发现肿瘤复发[32]。多项研究显示激光为传统电切手术提供有力的补充，
更加符合肿瘤的外科原则并且为术后病理检查提供完善的标本，但需要分类化系统评估和大规模随机对照试验来补充研究。
开放或经验性尿道切开术是泌尿道狭窄的“金指标”，但激光技术已逐渐应用于该疾病的中。
