Setările laserului Holmium-YAG în endourologie

Laserul pulsat Holmium: YAG este principala sursă de laser în endourologie. Optimizarea parametrilor laser este cu siguranță cel mai important factor care nu depinde de operator în asigurarea succesului unei proceduri endo-urologice.

Parametrii laserului

Trei parametri determină eficiența biologică a unui fascicul laser: frecvența pulsului, durata impulsului și energia per impuls. Definim 4 profiluri principale de parametrizare ale laserului pentru endourologia tractului urinar superior: praf și fragmentarea pentru tratamentul calculilor, secțiunea pentru stricturi uretere și coagulare/ablație pentru tumorile tractului excretor. Pentru calcul, praf are avantajul de a evita formarea de fragmente reziduale. Fragmentarea este mai potrivită pentru pietrele dense.

Diametrul fibrei

O fibră cu diametru mic (200-270 μm) este echivalentă ca eficiență cu o fibră cu diametru mai mare și oferă o mai bună irigare și manevrabilitate.

Introducere

Tratamentul endoscopic al pietrelor tractului urinar a progresat în ultimii ani, atât datorită îmbunătățirii endoscopilor, cât și a mijloacelor de litotriție. Laserul pulsat Holmium: YAG a devenit principala sursă de laser din 2 motive principale: energia laserului poate fi livrată printr-o fibră optică flexibilă potrivită pentru endoscoape rigide și flexibile, iar acest laser este capabil să fragmenteze calculele indiferent de densitatea și compoziția lor.

Ca și în cazul oricărei intervenții chirurgicale, abilitatea operatorului este importantă, dar tot în optimizarea parametrilor laserului, cea mai mare marjă de progresie constă în timpul de funcționare, tratamentul complet fără fragment rezidual într-un minim de întâlnire. În acest articol propunem să rezumăm cunoștințele și datele tehnice esențiale pentru configurarea și utilizarea în cel mai bun caz a unei surse laser Holmium-YAG pentru toate aplicațiile sale endourologice ale tractului urinar superior.

Principiul laserului

Cuvântul laser este un acronim în engleză amplificarea luminii prin emisie stimulată de radiații (Figura 1). Numai acest acronim rezumă principiul fizic pentru obținerea unui fascicul laser. Aceasta implică excitarea unui cristal de către o sursă de lumină (cel mai adesea o diodă sau o lampă flash). Fotonii produși de cristalul excitat sunt concentrate între 2 oglinzi și sunt emise sub forma unui fascicul laser.

Principiul producției unui fascicul laser.

Cel mai comun cristal utilizat în lasere medicale este Yttrium Aluminium Garnet (Y3 Al5 O12) mai cunoscut prin acronimul său: YAG. Holmium-YAG înseamnă că cristalul este combinat cu un metal de pământuri rare - holmiu - al cărui rol este de a amplifica producția de fotoni de cristalul solid excitat. Pentru laserele medicale, principala alternativă la Ho-YAG este Nd-YAG (pentru Neodim-YAG).

Parametrii fasciculului laser

Laserul Holmium-YAG este un laser pulsat cu o lungime de undă de 2100 nm. Este unul dintre cele mai populare tipuri de laser de uz medical. O putere de 20 de wați este suficientă pentru tratamentul calculilor, stricturilor și tumorilor tractului urinar superior. O potență mai mare devine necesară pentru tratamentul endoscopic al hipertrofiei benigne de prostată. Majoritatea dispozitivelor oferă 3 presetări corespunzătoare a 3 efecte:

Pentru a înțelege cum același laser poate produce aceste 3 efecte biologice diferite, trebuie să cunoașteți cei 3 parametri care definesc fiecare impuls al laserului Ho-YAG: energie, durata impulsului și frecvența (Figura 2).

Cele 8 profiluri de configurare a fasciculului laser.

Pentru un laser de 20 de wați, panoul de energie începe în general de la 200 mJ, care este cu energie redusă și poate ajunge sau chiar depăși cu mult 2000 mJ pentru cele mai puternice lasere. Energia este cuantificată în Jouli (J). Frecvența este cuantificată în Hz, de la 1 Hz (1 impuls pe secundă) la 20 Hz (20 impulsuri pe secundă).

Durata impulsului este măsurată în μS, de la 280 μS, care este un impuls scurt, la 885 μS, care este un impuls lung.

Energia, frecvența și puterea sunt legate de următoarea ecuație: putere (în wați) = energie (în Jouli) × frecvență (în Hz).

Laserul ar putea fi comparat cu o armă. Frecvența ar corespunde ratei de foc sau numărul de gloanțe lansate pe secundă. Energia ar corespunde calibrului glonțului, el însuși reflectarea greutății proiectilului (1/2 × masă × viteză 2 = energie cinetică, pentru laser viteza luminii fiind constantă, doar masa proiectilului - grupul de fotoni care alcătuiesc pulsul - crește energia livrată). Durata pulsului ar putea corespunde profilului mingii; cu calibru echivalent: un glonț lung și ascuțit care corespunde unui impuls lung, un glonț rotund și scurt, care corespunde unui impuls scurt.

Având în vedere schematic 2 setări pentru fiecare dintre cei 3 parametri, o frecvență joasă sau înaltă, un impuls scurt sau lung și o energie scăzută sau mare, există 8 combinații sau profiluri de fotografiere (Figura 2). În realitate, puține lasere oferă setarea manuală a duratei impulsului. Majoritatea surselor laser moderne pot varia durata impulsului, dar aceste timpuri sunt setate automat în moduri prestabilite.

Dintre cele 8 combinații teoretice de impuls, energie și frecvență, doar 4 combinații sunt interesante și corespund celor 4 utilizări ale laserului Holmium-YAG în endourologie: fragmentare, praf sau vaporizare, incizie, ablație/coagulare.

Procesare calcul: fragmentare și praf

Fragmentarea și praf sunt setări adaptate la tratamentul pietrelor [1 Chawla S.N., Chang M.F., Chang A., Lenoir J., Bagley D.H. Eficacitatea Holmium de înaltă frecvență: fragmentarea cu pietre laser YAG: „efectul popcorn” J Endourol Endourol Soc 2008; 22 (4): 645-650 [cross-ref]

Faceți clic aici pentru a vedea secțiunea Referințe, 2 Kronenberg P., Traxer O. Eficiența de fragmentare in vitro a Holmiului: litotrizia laser Yttrium-Aluminium-Garnet (YAG) - un studiu cuprinzător care cuprinde diferite frecvențe, energii puls, niveluri totale de putere și fibre laser diametre BJU Int 2014; 114 (2): 261-267 [cross-ref]

Faceți clic aici pentru a vedea secțiunea Referințe, 3 Sea J., Jonat L.M., Chew B.H., Qiu J., Wang B., Hoopman J., și colab. Setări optime de putere pentru litotrizia Holmium: YAG J Urol 2012; 187 (3): 914-919 [ref. Încrucișată]

Faceți clic aici pentru a accesa secțiunea Referințe]. Aceste 2 profiluri de fotografiere sunt caracterizate de setările celor 3 parametri complet opuși:

Conform studiilor in vitro, cea mai eficientă parametrizare (cea care ar permite o pierdere maximă în greutate a calculului într-un timp minim) ar fi mai degrabă fragmentarea. Pentru același nivel de putere, o energie mare și o frecvență scăzută ar face posibilă întreruperea unui calcul de 4 până la 10 ori mai rapid decât în praf [2 Kronenberg P., Traxer O. Eficiența de fragmentare in vitro a Holmiului: litotrizia laser cu itriu-aluminiu-granat (YAG) - un studiu cuprinzător care cuprinde diferite frecvențe, energii impulsurilor, niveluri totale de putere și diametre ale fibrelor laser BJU Int 2014; 114 (2): 261-267 [cross-ref]

Cu toate acestea, studiile in vitro nu reproduc toate condițiile reale ale endoscopiei: natura pietrei, dimensiunea fragmentelor care condiționează eliminarea spontană și, mai presus de toate, efectul de retropulsie (adică mișcările calculului la fiecare impact laser) [4 Bader MJ, Pongratz T., Khoder W., Stief CG, Herrmann T., Nagele U., și colab. Impactul duratei pulsului asupra litotriției cu laser Ho: YAG: fragmentare și performanță de praf Lumea J Urol 2015; 33 (4): 471-477 [cross-ref]

Faceți clic aici pentru a accesa secțiunea Referințe]. În condiții reale, praf are cel puțin 3 avantaje:

Din punct de vedere practic, nu există o setare de parametri unică și standard care să permită tratarea tuturor dimensiunilor și a tuturor tipurilor de calcul. Aspectul optic al calculului sau natura sa chimică cunoscută pot, de asemenea, să predetermine alegerea inițială a parametrizării. Pentru pietrele friabile (OxCa diOH) modul praf este utilizat mai întâi, pentru pietre mai rezistente (OxCamonoOH, PhCa) este de preferat să începeți în modul de fragmentare.

Pentru a găsi setarea optimă prin praf, este necesar să setați frecvența impulsului la 15-20 Hz și să nu o modificați. Măriți energia pe impuls pas cu pas de la 500 mJ până când obțineți un compromis bun între aspectul „furtună de zăpadă” caracteristic praf și propulsie minimă în spate. Un fragment de litiază de 5 mm la sfârșitul tratamentului va avea în mod necesar un recul mai mare decât o piatră de 15 mm la începutul tratamentului. Va fi necesar să se adapteze energia prin impuls pe tot parcursul gestului.

Incizia

Incizia este utilizată în chirurgia endoscopică urologică la toate nivelurile căii excretoare: joncțiunea pielo-ureterală (endopielotomia cu laser), stricturile ureterale, sfincterotomia și enucleația prostatică. Pentru utilizarea laserului în „incizie”, toți parametrii sunt la maxim: o energie mare de 1,2 până la 2 Jouli, o frecvență rapidă de 12 până la 20 Hz și impuls lung (800 μS) (Tabelul I). Prin urmare, aceasta este setarea care solicită cel mai mult capacitățile sursei laser și care este cea mai limitată de puterea sa maximă. Pentru tratamentul endoscopic al sindromului de joncțiune pielo-ureteral, stricturi ureteral sau chiar sfincterotomie, este suficient un laser de calcul standard de 30 de wați. Dar pentru enucleația adenomului de prostată este esențială o putere de cel puțin 50 de wați.

Coagulare și ablație

Coagularea/ablația este setarea utilizată pentru tratamentul endoscopic al tumorilor tractului excretor. Setările parametrilor sunt apropiate de incizie: frecvență înaltă (10 Hz), impuls lung (800 μS), dar o energie puțin mai mică (1 joule) decât pentru incizie (Tabelul I).

parametri tehnici

În plus față de 3 parametri laser (energie, puls și frecvență), se adaugă 3 parametri tehnici: diametrul fibrei și distanța dintre fibră și țintă.

Distanța laser-țintă

Laserul Holmium-YAG este un laser cu contact direct cu focul. Energia livrată la capătul fibrei difuzează cu mai puțin de 1 mm într-un mediu apos. Atunci când este necesar să se furnizeze o energie mare pe impuls (fragmentare și secțiune), contactul capătului fibrei cu ținta face posibilă limitarea pierderii de energie și a pierderii de eficiență prin concentrarea energiei luminoase. În schimb, pentru setările care utilizează energie redusă și favorizează o frecvență ridicată ( praf și coagulare), capătul fibrei ar trebui să fie departe de țintă: 0,2 până la 0,4 mm.

Diametrul fibrei

Există 3 categorii de fibre în funcție de diametrul lor: diametru mic (200 până la 270 μm), diametru intermediar (300 până la 370 μm) și diametre mari (> 500 μm). Cu sursele laser curente, diametrul fibrei are o influență foarte mică asupra eficienței biologice a laserului [2 Kronenberg P., Traxer O. studiu cuprinzând diferite frecvențe, energii de impulsuri, niveluri totale de putere și diametre ale fibrelor laser BJU Int 2014; 114 (2): 261-267 [cross-ref]

Faceți clic aici pentru a accesa secțiunea Referințe]. Diametrul nu afectează eficiența fragmentării, o fibră cu diametru mic (200-270 μm) permite menținerea unei irigări mai bune, a unei viziuni mai bune și a unei manevrabilități mai bune [6 Akar EC, Knudsen BE Evaluarea a 16 noi Holmium: Yttrium-Aluminum-Garnet fibre optice laser pentru ureteroscopie Urologie 2015; 86 (2): 230-235 [inter-ref]

Faceți clic aici pentru a vedea secțiunea Referințe, 5 Lusch A., Heidari E., Okhunov Z., Osann K., Landman J. Evaluarea fibrelor laser contemporane de holmiu pentru caracteristicile de performanță J Endourol Endourol Soc 2016; 10.1089/sfârșit.2015.0600

Faceți clic aici pentru a accesa secțiunea Referințe]. Pentru dispozitivul de sus se recomandă utilizarea fibrelor cu diametru mic (200 până la 270 μm).

Pe de altă parte, calitatea fibrei și monitorizarea deteriorării capătului acesteia în timpul intervenției sunt parametri importanți care influențează eficiența laserului.

În practică, la începutul operației, capătul distal al unei fibre reutilizabile trebuie tăiat (1 cm). Indiferent dacă sfârșitul este dezbrăcat sau nu, este puțin important pentru eficiență. Preferăm să folosim fibre de capăt ne-stripate. În timpul operației, capătul fibrei trebuie tăiat cu 1 cm la fiecare 10-20 de minute de fotografiere sau la fiecare 10.000 de Jouli, în special în modul de fragmentare, calcul cu friabilitate redusă sau lucrul în caliciul inferior.

Concluzie

Cei 3 parametri ai unui fascicul laser sunt durata pulsului (μS), frecvența (Hz) și energia per impuls (J). Setarea duratei impulsului este un parametru predefinit în funcție de profilul de tragere de către producător. praf și fragmentarea sunt 2 moduri de litotriție intrarenală, respectiv definite de frecvență înaltă și energie scăzută, frecvență joasă și energie ridicată. Fragmentarea are dezavantajul generării de macrofragmente, a căror extracție poate prelungi timpul de funcționare. La o eficiență echivalentă, o fibră cu diametru mic permite manevrabilitate, vizibilitate și irigare mai mare decât o fibră cu diametru mare. Distanța dintre fibră și ținta sa este, de asemenea, un parametru care trebuie luat în considerare pentru o eficiență optimă: în contact cu ținta pentru fragmentare și secțiune, la o distanță pentru praf și coagulare/ablație. În cele din urmă, trebuie verificate calitatea și întreținerea fibrei în timpul intervenției.

Declarația de interese

Autorii declară că nu au niciun interes concurent.

Mulțumiri

Mulțumesc prof. O. Traxer, secția de urologie, spitalul Tenon, AP-HP, Paris.