脉冲固态掺铥钇铝石榴石（Tm:YAG）激光器与掺钬钇铝石榴石（Holmium:YAG）激光器在微创经皮肾镜手术（mini-PCNL）中的比较

《Canadian Journal of Urology》：Pulsed solid-state thulium: YAG laser compared to holmium: YAG laser during mini-PCNL

　　贝内迪克特·贝克尔|索菲亚·胡克|卡拉·达珀|尤利乌斯·伯格曼|克里斯托弗·内奇|西蒙·菲尔马
德国汉堡Barmbek医院泌尿科，邮编22307

**背景**
钬：钇铝石榴石（Ho: YAG）激光技术长期以来一直用于肾结石碎石治疗；然而，其局限性促使人们探索替代系统，如铥激光。本研究旨在比较新型脉冲固态铥：钇铝石榴石（Tm: YAG）激光与标准Ho: YAG激光在微型经皮肾镜取石术（Mini-PCNL）中的疗效。

**方法**
共有100名接受Mini-PCNL治疗的患者参与了这项临床试验。从回顾性数据库中选取了50名使用钬激光治疗的患者，并将这些患者与50名前瞻性入组并使用新型铥激光治疗的患者进行对比。记录并统计了患者特征、结石参数、手术细节和并发症情况。

**结果**
两组患者在人口统计学和结石特征方面具有可比性。与Ho: YAG组相比，Tm: YAG组的激光照射时间（7.20分钟 vs 10.46分钟；p < 0.05）和手术时间（32.6分钟 vs 41.2分钟；p < 0.05）显著缩短。24小时无结石率（SFR）无统计学差异，Ho: YAG组为90%，Tm: YAG组为92%（p > 0.999）。两组术中并发症无显著差异。

**结论**
新型脉冲固态Tm: YAG激光在激光照射时间和手术时间方面优于Ho: YAG激光，而在无结石率和并发症方面表现相当。需要进一步的临床试验来比较Tm: YAG激光和Ho: YAG激光在不同情境下的效果，并将Tm: YAG激光与铥纤维激光（TFL）进行对比，以全面了解每种技术的优势。

**引言**
在过去三十年中，钬：钇铝石榴石（Ho: YAG）激光已成为安全有效的碎石工具，是逆行肾内手术（RIRS）和经皮肾镜取石术（PCNL）的标准选择。然而，低功率Ho: YAG技术存在一些缺点，如结石排斥现象和除尘能力不足。结石治疗的创新引入了新型铥激光作为潜在替代方案。铥纤维激光（TFL）已成为与Ho: YAG激光竞争的主要选择。通过使用高功率激光二极管和掺铥光纤，TFL能高效地将电能转化为激光输出。另一种创新技术是脉冲固态铥：钇铝石榴石（Tm: YAG）激光。尽管它主要在连续波模式下用于软组织手术，但其作为脉冲激光在碎石中的应用前景广阔但尚未充分研究。与TFL类似，Tm: YAG激光也利用激光二极管激发光子，但使用的是YAG晶体而非光纤。光纤耦合器和智能光纤连接器将激光输出传输到输送光纤。Tm: YAG激光的工作波长为2013纳米，略短于Ho: YAG激光，因此在水中具有更好的能量吸收效果，从而实现更低的碎石阈值和更浅的穿透深度。Tm: YAG激光的脉冲持续时间可调，范围从100微秒到4750微秒，可生成高达300赫兹的频率，峰值功率超过1000瓦。与TFL相比，这些特性使得Tm: YAG激光在碎石和除尘方面更高效、更快。TFL能够向结石/组织传递相同的能量，但由于峰值功率较低，需要更长的脉冲持续时间，导致激光照射时间和手术时间延长。伯格曼等人的最新研究证实了Tm: YAG激光在PCNL碎石中的安全性和有效性。

**材料与方法**
我们在2022年9月至2023年8月期间前瞻性入组了汉堡Barmbek医院泌尿科的所有患者，这些患者使用新型固态Tm: YAG激光（RevoLix Hybrid Thulium Laser（HTL）（LISA Laser products GmbH，Katlenburg，德国）进行Mini-PCNL碎石治疗。随后，我们将这些患者与来自同一医院回顾性数据库中的患者进行对比，后者使用Sphinx Jr. 钨激光（LISA Laser products GmbH，Katlenburg，德国）进行治疗。为增强方法严谨性和确保两组之间的可比性，从数据库的最新条目中回顾性选取了50名患者，并前瞻性入组了另外50名患者以减少选择偏差。总共纳入100名患者，每组各50名。本研究采用非随机、非同时期队列设计。Tm: YAG组为前瞻性入组，Ho: YAG组则从机构数据库中回顾性选取。回顾性数据是一种伪随机化方法，因为两种激光系统同时可用，激光选择主要基于可用性和常规操作。尽管如此，这种设计可能引入选择偏差，我们通过严格纳入标准和基线特征比较进行了纠正。

**纳入与排除标准**
仅纳入患有肾结石且结石大小在1至4厘米之间的患者。排除标准包括年龄<18岁、同时接受其他外科治疗、潜在恶性肾肿瘤、凝血障碍和妊娠。该试验获得了汉堡医师协会伦理委员会的批准（地址：Weidestr. 122 b, 22083 Hamburg，方案代码PV5212）。手术前进行了尿液分析和培养，以及血清肌酐和凝血参数的血样检测。进行了非对比增强计算机断层扫描（NCCT）检查，并记录了结石负荷、结石位置和以Hounsfield单位（HU）表示的结石密度。同时记录了术前是否放置了双J尿管。

**手术技术**
无论选择哪种激光，所有手术均由同一经验丰富的泌尿科医生采用相同的技术执行。由于该医生在此之前已完成了300多例PCNL手术，因此可以排除学习曲线偏差。所有患者均接受全身麻醉，并根据药敏结果给予头孢呋辛抗生素预防感染。通过尿道插入7F多孔双J导管和22F三通冲洗导管后，逆行填充肾盂系统。患者采取俯卧位，在超声和透视引导下穿刺下肾盏。然后通过一次性扩张器扩张经皮通道，使用微创PCNL套装（MIP M, 16.5F，KARL STORZ SE & Co. KG，Tuttlingen，德国）进行手术。

**激光系统和碎石参数**
根据治疗组的不同，使用指定的激光进行碎石。激光光纤（LISA Laser products GmbH，Katlenburg，德国）直径为550微米。初始激光参数设置为1焦耳、20赫兹，根据结石成分进行调整。结石碎片通过肾镜的“吸尘器效应”或额外插入的 Basket 清除。取出器械后，在通道中放置16-F肾造瘘管。术中分别由设备测量辐射剂量（μg/m2）、透视时间（秒）、激光能量（焦耳）和频率（赫兹）以及激光照射时间（分钟）。记录了术中并发症情况。

**结果指标**
主要结果包括激光照射时间、手术时间和无结石率（SFR）。手术时间定义为从肾脏穿刺到放置肾造瘘管的时间。如果术后第一天内内镜检查、术后肾脏X光片、输尿管X光片（KUB）或NCCT未发现残留结石，则视为无结石。所有仍有结石的患者均接受了RIRS以彻底清除结石。次要结果为并发症，按照Clavien-Dindo分类标准进行定义和分类。

**统计分析**
使用SPSS 20.0（IBM Corp.，美国阿蒙克）进行统计分析。数据以均值±标准差（SD）表示，并通过t检验进行统计分析。显著性水平设为p < 0.05。

**结果**
共有100名患者纳入研究，其中50人使用Ho: YAG激光，50人使用Tm: YAG激光进行Mini-PCNL治疗。

**基线人口统计学和患者特征**
两组在性别（p > 0.99）、年龄（p = 0.08）、术前状况（p > 0.99）、结石大小（p = 0.75）和结石密度（p = 0.78）方面无显著差异。Ho: YAG组中有25人（50%）和Tm: YAG组中有38人（76%）仅有一个结石，存在显著差异（p = 0.01）。两组住院时间也无差异（2.40 ± 1.16天 vs 2.50 ± 1.03天）（表1和表2）。

**表1. 研究患者的基线特征比较（数据以n（%）表示）**
| Tm: YAG组（n = 50） | Ho: YAG组（n = 50） | p值 |
| --- | --- | --- |
| 女性比例（%） | 19（38） | 20（40） | >0.99 |
| 年龄（岁） | 52.6 | 62.6 | 0.08 |
| ASA评分 | 0.6 | 3（6） | 6（12） | 40（80） | 34（68） | 7（14） | 10（20） |
| 注：Tm: YAG为铥：钇铝石榴石激光；Ho: YAG为钬：钇铝石榴石激光；ASA为美国麻醉师协会体能状态分类。 |

**表2. 结石特征和基线参数（数据以均值±SD或n（%）表示）**
| Tm: YAG组 | Ho: YAG组 | p值 |
| --- | --- | --- |
| 结石数量 | 38（76%） | 25（50%） | 0.01 |
| 2个结石 | 9（18%） | 14（28%） | 0.34 |
| 3个及以上结石 | 2（4%） | 8（16%） | 0.09 |
| 结石中位数大小（mm2） | 251.8 | 262.4 | 0.75 |
| 结石中位数密度（HU） | 899 | 918 | 80.8 | 0.78 |
| 结石位置（侧） | 右侧 | 18（36%） | 20（40%） | 左侧 | 32（64%） | 30（60%） |
| 术前状况 | 3（6%） | 4（8%） | >0.99 |

**表3. 24小时无结石率**
两组24小时无结石率无差异，Ho: YAG组为90%，Tm: YAG组为92%（p > 0.999）。Ho: YAG组中有5名患者和Tm: YAG组中有1名患者未达到无结石标准，这些患者通过RIRS清除了残留结石。其余Tm: YAG组患者仅有结石粉尘，未能取出结石组织。

**表3. 术中和术后参数**
两组24小时无结石率无差异。所有Ho: YAG组患者和Tm: YAG组中有1名患者未达到无结石标准，这些患者的残留结石通过RIRS清除。

**激光效率和手术参数**
Tm: YAG组的激光照射时间（7.20分钟 vs 10.46分钟；p < 0.05）显著缩短。手术时间也有显著差异（32.56分钟 vs 41.20分钟；p < 0.05），Tm: YAG激光更优。使用Tm: YAG激光时，结石消融的总能量平均值更高（13.07 ± 13.23千焦 vs 9.11 ± 6.24千焦）。平均而言，Tm: YAG激光的使用频率（25 ± 14赫兹 vs 20 ± 4赫兹）和能量水平（0.7 ± 0.2焦耳 vs 1.0 ± 0.5焦耳）也更高。两组透视时间和辐射剂量无差异。

**并发症**
根据Clavien-Dindo分类标准，两组术中和术后并发症发生率无显著差异。并发症（数据以n（%）表示）
Clavien-Dindo并发症

Tm: YAG组
Ho: YAG组
p值

术中
0.14

I级
黏膜损伤
10（20%）
7（14%）

II级
肾盂穿孔
0（0%）
1（2%）

术后
0.63

I级
膀胱填塞
2（4%）
1（2%）
发热
2（4%）
3（6%）
血清肌酐短暂升高
3（6%）
2（4%）

总计
7（14%）
6（12%）

II级
尿路感染
3（6%）
4（8%）
输血
1（2%）
尿瘤
0（0%）
1（2%）
总计
4（8%）
5（10%）

**讨论**
本研究显示，在使用Tm: YAG激光进行Mini-PCNL碎石术时，手术时间（OT）和激光照射时间（LOT）显著较短，而成功率（SFR）和并发症发生率没有差异。尽管LOT和OT的差异具有统计学意义，但绝对减少的时间（激光照射时间约短3分钟，手术时间约短9分钟）相对较小。从临床角度来看，这些时间上的节省不太可能降低其他方面健康患者的围手术期麻醉风险。然而，即使时间上的微小减少也能提高手术室效率，减少高风险人群的累积麻醉暴露，并提高高容量中心的病例处理量。因此，虽然对个别患者安全的影响可能有限，但在工作流程和资源利用方面的系统级益处仍然具有重要意义。这些发现与当前关于新型铥基脉冲激光器的证据一致，后者相比成熟的老型Ho: YAG激光器具有多项优势。9,11,13,18
2022年，Ulvik等人证明了TFL在RIRS中的优越性，包括成功率、术中出血和手术时间方面。16 Mahajan等人最近对TFL的综述强调了其有效性，因为其消融效果更好、反冲力更低、碎石效果更佳，并且在RIRS和PCNL中都是安全的碎石设备。15 在治疗较大结石（>20毫米）时，TFL与Mini-PCNL相比，消融率和成功率没有差异。19 Korolev和Shah等人报告了在PCNL中使用TFL时相似或更高的成功率。20,21 仅考虑TFL时，Korolev等人观察到20至49赫兹频率范围内的消融率最高。21 此外，他们还表明，尽管之前研究发现高频会导致RIRS中视野差，但高频实际上可以提高PCNL中的视野。19,21,22
Mahajan等人描述了在Mini-PCNL中使用TFL时，由于结石碎裂更快（Ho: YAG激光的中位碎裂时间为20分45秒，而TFL为11分19秒），激光时间和手术时间也更短，并且成功率更高。15 虽然大多数研究将TFL与低功率Ho: YAG激光进行比较，但当使用Moses模式的高功率Ho: YAG激光时，两者之间没有显著差异。14–16,23 这些现代高功率Ho: YAG激光器模型通过脉冲调制技术克服了反冲问题，从而提高了结石消融率。8,24,25
据我们所知，目前尚无试比较Tm: YAG激光与Ho: YAG激光在Mini-PCNL中的效果。然而，两项最近的非比较性研究表明Tm: YAG激光在RIRS和Mini-PCNL中是安全且有效的。13,18 此外，体外试验表明Tm: YAG激光能够碎裂所有类型的泌尿系统结石，并且与TFL具有相同的效率。11 由于Tm: YAG激光具有更广泛的设置范围，它可能在碎石方面比Ho: YAG激光更有效。然而，部分数据基于人工结石模型，因此需要进一步临床验证。26,27 Bergmann等人展示了Tm: YAG激光在Mini-PCNL中的高效果，无论是碎石还是粉碎模式，成功率均为84%。13 他们的研究包括了50名患者，不论结石大小，全部使用Tm: YAG激光治疗。在我们的研究中，使用固态Tm: YAG激光的成功率为92%，与PCNL中的TFL数据相当或更高。15,19–21 成功率主要通过术中内窥镜检查和术后第1天的KUB评估，仅在特定情况下（例如透明结石或其他临床指征）进行NCCT。尽管NCCT在检测残留结石方面比KUB具有更高的敏感性和特异性，28,29 但其常规使用并不符合我们的临床标准。我们中心的经验表明，早期NCCT（第1天）可能会高估残留结石量，从而导致不必要的重新干预，而延迟NCCT（4-12周）更为准确，但这与我们的以患者为中心的治疗理念（一次住院完成治疗和立即拔除肾造瘘管）不符。因此，我们不能排除成功率可能被低估的可能性；不过，我们认为基于临床和内窥镜结果的同一医院内的重新干预最能反映实际情况和患者的生活质量。我们研究中Tm: YAG激光的激光照射时间较短，为7.2分钟，这与当前文献中报道的PCNL中TFL的5-10分钟范围一致。7,14 我们研究中Tm: YAG激光的手术时间为32.6分钟，显著短于文献中描述的PCNL手术时间。30 我们的研究没有发现Tm: YAG激光与Ho: YAG激光在并发症方面存在显著差异。这些发现与当前文献中关于使用TFL进行PCNL的数据相似，尤其是大多数并发症似乎与所选激光器无关。15,20,31 尽管激光照射时间仅短3分钟，但手术时间的显著缩短可归因于Tm: YAG激光更好的水吸收能力，这使得碎石更快，产生的碎片更小，更容易冲洗干净。Panthier等人也证明了类似的效果，他们还指出Tm: YAG的物理特性有助于在激光消融时间之外更快清除碎片。18 总而言之，这表明Tm: YAG激光在碎石方面与Ho: YAG激光相当，根据我们的数据，甚至更优。Panthier等人在一项前瞻性研究中表明，脉冲Tm: YAG激光在RIRS中实现了高结石清除率、满意的消融效率和良好的安全性能。这些发现强调了这种新型激光系统的临床可行性；然而，样本量较小且缺乏对照组限制了结果的普遍性。32 最新推出的脉冲铥: YAG激光（Thulio?，Dornier）于2021年引入临床泌尿学领域，是一种用于碎石的新型固态激光系统。33 它是激光技术领域的最新补充，旨在扩展传统Ho: YAG的标准治疗范围。
新型脉冲铥激光的波长略短于Ho: YAG激光，因此更接近水吸收峰值，这意味着碎裂阈值和穿透深度更低。更高的能量吸收导致结石碎片更小，从而解释了我们在和其他临床试验中观察到的更快结石碎裂和更短的手术时间。15,16,34 TFL和Tm: YAG激光都可以在工作频率范围内操作，并提供可调的峰值功率、脉冲能量和脉冲持续时间，从而提供不同的脉冲特征。这些脉冲特征与恒定峰值功率相比更具优势。这提高了碎石质量和消融效率，并减少了反冲效应。12,18,27,34 此外，Kraft等人的体外试验表明，由于其更高的峰值功率，Tm: YAG激光的碎裂效果优于TFL。9 当需要碎裂和粉碎两种模式时，这可能更加重要。9 TFL和脉冲铥: YAG系统在峰值功率上有所不同（约1.94–1.96 μm vs. 约2.01 μm）。TFL通常每脉冲输出0.025–6焦耳的能量，持续时间为0.2–50毫秒，平均功率可达60瓦，峰值光功率约为0.1–0.5千瓦。相比之下，脉冲Tm: YAG激光每脉冲输出2.5焦耳的能量，频率为300赫兹，平均功率为100瓦，峰值光功率约为3.7千瓦。此外，它的日常使用也具有更多优势。虽然Tm: YAG激光比TFL稍重，但它比Ho: YAG激光更轻，依靠空气冷却，并通过标准电源插座供电，能量效率更高。由于它可以在脉冲模式或连续波模式下工作，其在临床应用中的实用性得到了进一步提升。

**局限性**
本研究的主要局限性是比较高功率激光和低功率激光。低功率钬: YAG（Ho: YAG）激光（约20–30瓦）通常以0.2–1焦耳的脉冲能量和200–800微秒的脉冲持续时间工作，峰值功率约为0.25–1千瓦。相比之下，脉冲Tm: YAG系统每脉冲输出高达2.5焦耳的能量，频率不超过300赫兹，平均功率为100瓦，峰值功率约为3.7千瓦。然而，低功率Ho: YAG激光是大多数泌尿外科部门碎石术的标准，因此是与其他新技术比较的合适参考。1 尽管两种激光在手术开始时使用了相同的设置，但观察到了显著差异，使用Tm: YAG激光时结石碎裂更快。
另一个局限性是单中心设计和样本量相对较小。在确定样本量时，我们参考了其他研究。尽管没有预先计算样本量以确保足够的统计功效，但为了克服外科医生相关的偏见，所有手术均由同一位泌尿科医生完成。虽然包括了各种成分的结石，但治疗组之间的结石密度没有差异，因此这个参数不太可能导致比较偏差。本研究的另一个局限性是没有评估结石体积；只测量了两个尺寸和表面积。虽然我们认为使用表面积而不是体积对手术技术和手术时间没有显著影响，但我们承认与体积相比，表面积是一个不太精确的参数。
Tm: YAG组中单颗结石病例的比例显著较高，这可能有助于提高成功率、缩短手术时间和激光照射时间，因为这类手术通常复杂度较低，因此可能在结果中引入了一些偏差。我们使用了术中内窥镜检查和术后第1天的KUB或NCCT来定义成功率。尽管NCCT在检测残留结石方面比KUB具有更高的敏感性和特异性，28,29 但它不是我们的临床标准。28,29 因此，只有在某些临床情况下（如复杂病例或透明结石）才会进行NCCT以排除残留结石。作为有经验的PCNL中心，我们观察到在PCNL后早期NCCT经常误判残留结石量，从而导致不必要的重新手术。因此，更准确的NCCT应在手术后4-12周进行，但这不符合我们的以患者为中心的治疗理念。我们认为任何必要的重新手术应在同一住院期间完成，以获得更好的生活质量，无需使用肾造瘘管。

**结论**
新型脉冲固态Tm: YAG激光在激光照射时间和手术时间方面表现出显著优势，而在成功率（SFR）和并发症方面与Ho: YAG激光相当，使其成为未来激光碎石术的一个有前景的新选择。由于其峰值功率高达1000瓦，它甚至可能比TFL更适合处理较硬和较大的结石。此外，它提供两种工作模式（脉冲模式和连续波模式），使其在结石治疗和软组织应用方面更具灵活性。需要进行更多的临床试验，以便在不同的应用环境下比较Tm:YAG激光与Ho:YAG激光的性能，同时也将Tm:YAG激光与TFL进行对比，从而明确每种技术的优势。

**资金声明**
作者们未为此研究获得任何特定资助。

**作者贡献**
作者们对论文的贡献情况如下：
- 研究构思与设计：Benedikt Becker
- 修订与撰写：Sophia Hook
- 数据收集：Carla Dapper
- 数据分析与撰写：Julius Bergmann
- 修订：Christopher Netsch
- 草稿准备：Simon Filmar
所有作者均审核了研究结果并批准了最终稿件版本。

**数据与材料的可获得性**
支持本研究结论的数据可向通讯作者Simon Filmar索取（经合理请求）。

**伦理审批**
所有受试者在参与研究前均签署了知情同意书。本研究遵循《赫尔辛基宣言》展开，相关方案已获得汉堡医师协会伦理委员会（Ethik-Kommission der ?rztekammer Hamburg，地址：Weidestr. 122 b, 22083 Hamburg）的批准（方案代码：PV5212）。

**利益冲突**
Benedikt Becker和Christopher Netsch是Richard Wolf GmbH公司的顾问。其他所有作者声明与本文讨论的主题或材料相关的任何组织或实体均不存在财务或非财务利益关系，亦未参与其中。