PTU - Polskie Towarzystwo Urologiczne

Ocena zużycia i uszkodzeń włókien różnego typu laserów podczas zabiegów urologicznych
Artykuł opublikowany w Urologii Polskiej 2007/60/4.

autorzy

Waldemar Różański, Leszek Klimek, Piotr Chłosta, Stanisław Stępień, Zbigniew Jabłonowski, Marek Lipiński, Marek Sosnowski
II Klinika Urologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi
Instytut Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej
Oddział Urologii Świętokrzyskiego Centrum Onkologii w Kielcach
Kliniczny Oddział Urologii i Urologii Onkologicznej 10. Wojskowego Szpitala w Bydgoszczy
I Klinika Urologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi

słowa kluczowe

lasery urologiczne, uszkodzenia sond i włókien

streszczenie

Wstęp. Wspólnym elementem dla laserów stosowanych w medycynie są włókna przewodzące promień światła z generatora do tkanki ze specjalnie przystosowanymi do wykonywania zabiegów endoskopowych końcówkami lub sondami. Są one jednocześnie częścią lasera, ulegającą częściowemu lub całkowitemu zużyciu po wykonaniu jednego zabiegu.

Cel pracy. Celem pracy jest ocena stopnia zużycia lub zniszczenia sond i końcówek włókien różnych typów laserów po wykonaniu zabiegów urologicznych.

Materiał metody. Materiał stanowiło 15 sond i zakończeń włókien laserów stosowanych w zabiegach urologicznych. Zbadano powierzchnię sond końcówek włókien laserów: neodymium:yttrium-aluminum-garnet (Nd:YAG) u 7, potassium-titanyl-phosphate (KTP-GreenLight) u 4 i tulowego (RevoLix®) u 2 po jednorazowej ablacji gruczolaka stercza, a lasera holmowo-YAG (Omni-Pulse) u 2 po zabiegu litotrypsji złogu w drogach moczowych. Obserwacje i badania wykonano przy pomocy elektronowego mikroskopu skaningowego Hitachi S 3000N, firmy Hitachi. Dla oceny głębokości zmian następujących przy zniszczeniu końcówki włókna lasera Nd:YAG wykonano przekroje lustra jego sondy Urolase® zatopione w żywicy.

Wyniki. Po przeprowadzeniu badań stwierdzono uszkodzenia z zużycia, zachodzące w sondach i na końcówkach włókien, niezależnie od rodzaju wykonywanego zabiegu oraz mocy używanej podczas pracy lasera i typu stosowanego włókna. Zmiany, to częściowe zniszczenie osłony włókna lub sondy oraz deformacja jej końcówki. Po przypadkowym kontakcie sondy lasera Nd:YAG z tkanką stercza następuje całkowite zniszczenie lustra odbijającego promień wiązki światła lasera.

Wnioski. Stosując lasery różnego typu podczas wykonywania zabiegów urologicznych, należy pamiętać o znacznym zużyciu sond lub końcówek włókien przewodzących promień światła bezpośrednio do tkanki leczonego narządu. Ponieważ uszkodzenie sondy lub końcówki włókna laserowego występuje już po wykonaniu jednego zabiegu, zmieniają się wtedy właściwości i moc wiązki światła laserowego. W tej sytuacji używanie technicznie sprawnych sond i końcówek jest rzeczą bardzo istotną dla efektywnej pracy lasera i prawidłowego przebiegu zabiegu z jego użyciem.

Wprowadzenie

Od końca XX wieku urządzenia laserowe są wykorzystywane w leczeniu zaburzeń odpływu moczu w przebiegu łagodnego rozrostu stercza (BPH – Benign Prostatic Hyperplasia) i kamicy moczowej [1,2,3,4]. W odniesieniu do tkanki BPH skuteczność działania lasera zapewniają właściwości jednoczesnego cięcia i odparowywania tkanki ze skutecznym koagulowaniem licznych naczyń krwionośnych. Możliwe jest wtedy uzyskanie prawie bezkrwawego pola operacyjnego [5]. W ten sposób zabiegi z użyciem lasera pozwalają na uniknięcie powikłań związanych z krwawieniem, które spotykamy podczas i po elektroresekcji gruczolaka stercza [6,7]. W leczeniu kamicy moczowej energia promienia laserowego jest stosowana przez urologów do szybkiego i efektywnego rozbijania kamieni moczowych podczas wszelkiego rodzaju zabiegów endoskopowych, a przede wszystkim z użyciem giętkich endoskopów [2,8]. Coraz powszechniejszemu stosowaniu różnego rodzaju urządzeń laserowych towarzyszy wprowadzanie bardziej nowoczesnych włókien światłowodowych z zakończeniami lub sondami pozwalającymi na ich stosowanie w opcji kontaktowej i bezkontaktowej, przewodzące promień lasera na wprost lub załamujące go pod odpowiednim kątem [10,11,12]. Wydaje się, że to włókna światłowodowe, a szczególnie ich zakończenia przystosowywane do zabiegów endoskopowych, są najsłabszym elementem w systemie przekazywania energii wiązki lasera z generatora do tkanki gruczolaka lub kamienia moczowego [8,12].

Celem pracy jest ocena stopnia zużycia lub uszkodzenia końcówek włókien różnych typów laserów stosowanych w leczeniu BPH i kamicy dróg moczowych.

Materiał i metody

W I Klinice Urologii UM w Łodzi (d. Klinika Urologii WAM) od 1995 roku w leczeniu chorych na BPH stosowano laser Nd:YAG firmy Trimedyne z włóknami zakończonymi złotą reflektoryczną sondą Urolase® o średnicy 7,5 F. Sonda ta jest przystosowana do pracy bezkontaktowej, załamuje strumień światła laserowego pod kątem 90° i rozprasza go do kąta 30°.

Technika zabiegu przeprowadzanego laserem Nd:YAG

Włókno laserowe zakończone złotą sondą Urolase z lusterkiem wprowadzamy do światła cewki moczowej za pomocą uretrocystoskopu, tak aby można było skierować odbity promień lasera w kierunku tkanki gruczolaka stercza w dowolnym punkcie. Zabieg przeprowadza się bez kontaktu sondy z tkanką stercza. Stosujemy po 2-4 ekspozycje na godzinie 8 i 10 na płat prawy, a następnie po 2-4 ekspozycje na godzinie 2 i 4 na płat lewy. W zależności od wielkości środkowego płata stosujemy jedną ekspozycję na godzinie 6 lub dwie ekspozycje na godzinie 5 i 7, a nawet trzy ekspozycje na godzinach 5, 6, 7 w przypadku znacznie powiększonego środkowego płata. Czas ekspozycji wiązki lasera trwa od 60 do 90 sekund przy zastosowaniu energii o mocy od 40 do 60 wat. Prawidłowa ekspozycja wiązki lasera prowadzi do miejscowej martwicy tkanki gruczolaka, co zapewnia później jej demarkację, zmniejszenie stercza i właściwy efekt leczenia. Analizie poddano siedem włókien z sondą Urolase®; jedno nowe nieużywane i sześć po wykonaniu jednego zabiegu ablacji na sterczu o objętości od 40-90 cm3 (VLAP – Visual Laser Ablation of Prostate).

W II Klinice Urologii UM w Łodzi od 2003 roku stosuje się laser KTP – Niagara Green Light PVTM firmy Laserscope o długości fali 532 nm – do odparowywania tkanki gruczolaka stercza.

Technika zabiegu przeprowadzanego laserem KTP

Przez kanał pracy uretrocystoskopu – 22 F wprowadza się do cewki sterczowej włókno z sondą odbijającą promień lasera pod kątem 70°. Zabieg waporyzacji stercza przebiega również bezkontaktowo (sonda jest utrzymywana w odległości 1-2 mm od tkanki stercza). Moc stosowanego promienia laserowego światła wynosi 80W, a głębokość penetracji wiązki promienia w głąb tkanki jest możliwa do 0,9 mm. Wskazane jest w związku z tym stałe poruszanie końcówką włókna nad tkanką stercza w sposób wahadłowy. Wielkość zastosowanej energii zależy od wielkości stercza. Czas trwania zabiegu średnio wynosi 30 min. Oceniono cztery końcówki włókien lasera KTP; jedną nową nieużywaną i trzy po wykonaniu zabiegu na sterczu o objętości 50-80 cm3.

Na Oddziale Urologii Świętokrzyskiego Centrum Onkologii w Kielcach stosowany jest 80W laser holmowo-YAG (Omni PulseTM) firmy Trimedyne Inc., model 1210 VHP.

Technika zabiegu przeprowadzanego laserem tulowym

Dezintegracje kamieni moczowych wykonywane są endoskopowo, instrumentami giętkimi lub sztywnymi w trakcie cystoskopii, ureterorenoskopii lub nefroskopii przez przetokę skórno-nerkową. Czas dezintegracji kamieni wynosi 6-25 min w zależności od ich wielkości i lokalizacji. Moc lasera holmowo- YAG wynosi 80W, a długość wiązki promienia 2100 nm. Zakres stosowanej energii: 0,2-3,5 J. Częstotliwość promienia laserowego podwójnej pulsacji: 5-60 Hz. Oceniono dwie końcówki włókna przystosowanego do przekazywania promienia lasera w linii prostej, jedną nową, a drugą po dezintegracji złogu w moczowodzie w czasie około 25 minut.

Na Oddziale Urologii i Urologii Onkologicznej 10. Wojskowego Szpitala w Bydgoszczy używany jest laser tulowy o mocy 70W, model RevoLix® firmy Lisa do laserowej enukleacji gruczolaka stercza. Zabieg rozpoczyna się nacięciem bruzdy między płatami bocznymi a środkowym, a cięcie prowadzi się aż do granicy torebki. W pierwszym etapie usuwa się płat środkowy, a następnie płaty boczne. Cięcie laserem odbywa się bezkontaktowo przez zbliżenie końcówki włókna do tkanki gruczolaka, a koagulacja następuje przy zbliżeniu włókna na odległość 2-3 mm. Płaty gruczolaka stercza z pęcherza moczowego usuwa się specjalnym rozdrabniaczem (morcelerator/9/). Do przewodzenia wiązki światła laserowego stosowane jest włókno silikonowe wielorazowe emitujące falę ciągłą o długości 2000 nm. Używana moc lasera: 30-70W. Włókna przekazują promienie lasera tulowego w linii prostej. Badaniom poddano dwie końcówki; jedną nieużywaną i jedną po laserowej enukleacji średniej wielkości gruczolaka stercza.

Zbadanie zużycia sond i końcówek włókien laserów; Nd:YAG, KTP, holmowo;YAG i tulowego przeprowadzono w Instytucie Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej, przeprowadzając badania za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego Hitachi S 3000N, firmy Hitachi. Dla oceny głębokości zmian następujących przy zniszczeniu sondy lasera Nd:YAG wykonano przekroje lustra sondy lasera zatopione w żywicy przewodzącej prąd PolyFast firmy Struers. Przekrój podłużny i szlify wykonano na wodoodpornych papierach ściernych o zmniejszającej się gradacji ziarna wykorzystując specjalną szlifierkę Labo Pol – 5 firmy Struers.

Wyniki

Na rycinie 1a widoczna jest złota sonda (Urolase®) jako zakończenie włókna lasera Nd:YAG o gładkiej nienaruszonej powierzchni. Kanał prowadzący wiązkę promienia lasera ma niezmienione ściany, a lustro odbijające promień laserowy – zachowany gładki menisk zapewniający prawidłowe kierowanie wiązki (ryc. 1b). Przekrój podłużny sondy ukazuje zachowane regularne warstwy metali i elementy lustra (ryc. 1c).

Uszkodzona sonda włókna laserowego w wyniku bezpośredniego kontaktu z tkanką gruczolaka stercza ulega zniekształceniu i wypaleniu (ryc. 2a). Obserwowany w mikroskopie skaningowym kanał przewodzący wiązkę lasera i lustro odbijające ulegają znacznemu zniekształceniu i częściowemu zniszczeniu (ryc. 2b). Przekrój podłużny ukazuje natomiast całkowite zniszczenie struktur złotej końcówki włókna lasera Nd:YAG (ryc. 2c).

Na rycinach 3a i 3b przedstawiono końcówkę włókna lasera KTP-GreenLight, na ryc. 3a – końcówkę włókna lasera KTP nieużywaną do zabiegu. Jest ona gładka z zatopionym w cylindrowatym wnętrzu zakończenia włókna (sondy) lustrem odbijającym promień światła laserowego. Rycina 3b: ta sama końcówka pokryta złotem i przygotowana do obserwacji w mikroskopie elektronowym.

Na rycinach 4a i 4b przedstawiono końcówkę włókna (sondy) lasera KTP po wykonaniu zabiegu laserowej ablacji gruczolaka stercza. W celu przeprowadzenia dokładnej obserwacji, końcówkę roboczą (sondę) z zatopionym w niej lustrem pokryto złotem. Pozwoliło to na uwidocznienie zniszczenia osłonki końcówki na wysokości lustra odbijającego promień lasera. Widoczne są zmiany pod postacią ubytków i pęcherzyków w obudowie włókna. Opisane zmiany w miejscu transmisji wiązki promienia lasera tworzą krater zlokalizowany dokładnie nad lustrem odbijającym promień.

Rycina 5 przedstawia zakończenia włókna lasera holmowo- YAG przed i po zabiegu kruszenia kamienia moczowego. Krawędzie końcówki są ostro zakończone. Zakończenie tego typu włókna jest stosowane do transmisji wiązki promienia w linii prostej i nie jest zakończone specjalną sondą lub końcówką. Rycina 5a przedstawia zakończenie włókna lasera holmowo-YAG przygotowanego do zabiegu. Na rycinie 5b widoczna końcówka tego samego włókna lasera holmowego przed zabiegiem pokryta złotem i badana w mikroskopie skaningowym przy powiększeniu 150 razy. Rycina 5c przedstawia użytą do zabiegu końcówkę lasera holmowego; widoczne jest zlewanie się oraz zaokrąglanie brzegów włókna po ekspozycjach promienia lasera.

Rycina 6a przedstawia zakończenie włókna lasera tulowego przed zabiegiem enukleacji laserowej gruczolaka stercza, a na rycinie 6b przedstawiono końcówkę tego samego włókna lasera tulowego po wykonaniu zabiegu enukleacji stercza.

Dyskusja

Nowoczesne urządzenia laserowe, stosowane coraz powszechniej w diagnostyce i leczeniu rozmaitych schorzeń, wymagają bezpiecznych i niezawodnych włókien przewodzących wiązkę lasera. Włókno musi być bezpieczne dla pacjenta i lekarza oraz precyzyjnie i wydajnie przenosić promień lasera z generatora do tkanki leczonego narządu. Włókno każdego urządzenia laserowego rozpoczyna się łącznikiem służącym do bezpośredniego połączenia z generatorem promieniowania światła lasera. W ten stalowy łącznik wbudowane jest włókno przewodzące promień lasera, a z drugiej strony zakończone specjalną końcówką lub sondą do kontaktu z leczonym narządem. Włókno pokryte jest płaszczem zabezpieczającym przed rozchodzeniem się światła lasera na zewnątrz. Takie włókno może przewodzić promień lasera tylko w linii prostej. W przypadku konieczności zagięcia wiązki promienia lasera i rozproszenia w leczonej tkance, konieczne jest wbudowanie w zakończenie włókna/sondy zwierciadła, odbijającego promień światła lasera. Zarówno łączniki, jak i końcówki włókien stanowią punkty mogące być przyczyną osłabienia przepływu energii promienia

Nowoczesne urządzenia laserowe, stosowane coraz powszechniej w diagnostyce i leczeniu rozmaitych schorzeń, wymagają bezpiecznych i niezawodnych włókien przewodzących wiązkę lasera. Włókno musi być bezpieczne dla pacjenta i lekarza oraz precyzyjnie i wydajnie przenosić promień lasera z generatora do tkanki leczonego narządu. Włókno każdego urządzenia laserowego rozpoczyna się łącznikiem służącym do bezpośredniego połączenia z generatorem promieniowania światła lasera. W ten stalowy łącznik wbudowane jest włókno przewodzące promień lasera, a z drugiej strony zakończone specjalną końcówką lub sondą do kontaktu z leczonym narządem. Włókno pokryte jest płaszczem zabezpieczającym przed rozchodzeniem się światła lasera na zewnątrz. Takie włókno może przewodzić promień lasera tylko w linii prostej. W przypadku konieczności zagięcia wiązki promienia lasera i rozproszenia w leczonej tkance, konieczne jest wbudowanie w zakończenie włókna/sondy zwierciadła, odbijającego promień światła lasera. Zarówno łączniki, jak i końcówki włókien stanowią punkty mogące być przyczyną osłabienia przepływu energii promienia ą punkty mogące być przyczyną osłabienia przepływu energii promienia lasera, zmniejszając jego moc, a w skrajnych przypadkach być miejscem trwałego uszkodzenia. Omar i współautorzy [8] w bardzo szczegółowy sposób przedstawili problem bezpiecznego przekazu promienia laserowego przez włókna stosowane w urologicznych zabiegach endoskopowych z użyciem giętkich narzędzi. Zwrócili uwagę na znaczenie łącznika włókna z generatorem oraz problem transmisji światła lasera przez włókno ulegające zagięciu. Podkreślili znaczenie łuku zagięcia włókna jako punktu wymuszonego przebiegu wiązki. W tym miejscu może nastąpić kumulowanie się przenoszonej energii lasera z następowym uszkodzeniem osłonek włókna. W wyniku takiego zdarzenia może dojść nie tylko do jego uszkodzenia, ale i do zniszczenia instrumentu, np. ureterorenoskopu. Podczas badań zwróciliśmy uwagę na sondy i końcówki włókien, a zwłaszcza tych, które zaopatrzone są w zwierciadła załamujące pod odpowiednim kątem promień światła lasera. Stwierdziliśmy, że włókno lasera Nd:YAG, zakończone złotą końcówką, jest szczególnie podatne na zniszczenie w przypadku jej utrzymywania w bardzo bliskiej odległości lub bezpośredniego kontaktu lustra sondy z tkanką gruczolaka stercza (ryc. 2). Wydaje się, że brak zachowania prawidłowej odległości lustra od tkanki powoduje nadmierną kumulację energii w złotej sondzie i w konsekwencji jej zniszczenie. Stopień tych zmian może być tak duży, że następuje mieszanie i niszczenie elementów różnych metali tworzących złotą sondę włókna Urolase® lasera Nd:YAG [13,14]. Włókna i sondy stosowane w laserze KTP są zdecydowanie bezpieczniejsze. Obserwowane są zmiany pod postacią pęcherzyków wokół lustra na powierzchni końcówki z zatopionym w niej zwierciadłem, ale są one związane z faktem przekazu wiązki promienia laserowego do tkanki stercza (ryc. 3). Zatopienie lustra w cylindrowatym zakończeniu włókna (sonda), zabezpiecza je przed bezpośrednim kontaktem z tkanką stercza. Należy zauważyć, że przepływ energii promienia lasera o dużej mocy powoduje również zmiany na końcówkach innych typów włókien laserowych przekazujących wiązkę promienia w linii prostej. Przykładem jest włókno lasera holmowo-YAG i tulowego (ryc. 5, 6), w którym obserwujemy wytapianie się końcówki. Może to znacznie utrudniać właściwy przekaz wiązki promienia laserowego. Podobne zmiany obserwujemy w zakończeniach włókien lasera tulowego przekazujących również wiązkę promieniowania laserowego na wprost. Widoczne jest wyraźne zużywanie się końcówki włókna, która po jednym zabiegu przybiera stożkowaty kształt (ryc. 6b) i dla dalszej prawidłowej pracy wymagane jest jej obcinanie przed kolejnymi zabiegami. Na podstawie dokonanych obserwacji możemy przypuszczać, że uszkodzone sondy i włókna laserowe już po jednym zabiegu mogą zmieniać właściwości promienia laserowego, osłabiać jego moc, a nawet zmieniać kierunek działania i spowodować uszkodzenie sąsiednich narządów. W tej sytuacji w pełni potwierdzamy zalecenia producentów laserów do stosowania tylko włókien i sond w odpowiednim stanie i technicznie sprawnych [15].

Wnioski

Stosując lasery różnego typu podczas wykonywania zabiegów urologicznych, należy pamiętać o znacznym zużyciu sond lub końcówek włókien przewodzących promień światła lasera bezpośrednio do tkanki leczonego narządu. Uszkodzenie zakończenia włókna laserowego może nastąpić już po jednym zabiegu, niezależnie od rodzaju i mocy używanego lasera; zmieniają się wtedy właściwości i moc wiązki światła laserowego. Używanie technicznie sprawnych sond i końcówek jest zatem bardzo istotne dla efektywnej pracy lasera i prawidłowego przebiegu operacji.

piśmiennictwo

  1. Gilling PJ, Cass CB, Malcolm AR et al: Combination holmium and Nd:YAG laser ablation of the prostate: initial clinical experience. J Endourol 1995, 9, 151-153.
  2. Sofer M: Holmium:YAG laser lithotripsy for upper urinary tract calculi in 598 patients. J Urol 2002, 167, 31-34.
  3. Miękoś M, Jabłonowski Z, Różański W et al: Wizualna laserowa ablacja stercza. Lek Woj 1996, supl. III, 199-202.
  4. Miękoś M, Różański W, Pawlak Cz, Jabłonowski Z: Odległe wyniki leczenia gruczolaka stercza na drodze wizualnej laserowej ablacji. Lek Woj 1996, supl. III, 74- 77.
  5. Nathaniel M Fred, Keith E Murray: New technologies in endourology high-power thulium fiber laser ablation of urinary tissues at 1.94 um. J Endourol 2005, 1, 25-31.
  6. Naspro R, Alonia A, Cestari A et al: A critical analysis of laser prostatectomy
  7. in the management of benign prostatic hyperplasia. BJU Int 2005, 96, 736-739.
  8. AUA Practice Guidelines Committee. AUA guideline on management of benign prostatic hyperplasia (2003). Chapter 1: diagnosis and treatment recommendations. J Urol 2003, 170, 530.
  9. Omar A, Nazif MD, Joel MH et al: Welch. Review of laser fibers: a practical guide for urologists. J Endourol 2004, 9, 818-829.
  10. Hurie R, Vavassoni I, Piccinelli A et al: Holmium laser enucleation of the prostate combined mechanical morcellation in 155 patients with Benin prostatic hyperplasia. Urology 2002, 60, 449-453.
  11. Lipiński M, Jeromin M, Jeromin L: Fotoselektywna waporyzacja wysokoenergetycznym
  12. laserem potasowo-tytanowo-fosforanowym – nowa metoda leczenia łagodnego rozrostu stercza. Urol Pol 2004, 57, 4.
  13. Zieliński H, Piotrowicz G, Bortnowski L: Fotoselektywna waporyzacja w leczeniu łagodnego rozrostu stercza. Urol Pol 2007, 60, 121-125.
  14. Knudsen BE, Glickman RD, Stallman KJ et al: Performance and safety of holmium:YAG laser optical fibers. J Endourol 2005, 9, 1092-1097.
  15. Malek RS, Nahen K: Laser w leczeniu objawów BPH. Problemy i postępy. Contemp Urol (wyd. pol.) 2004, 10, 20-26.
  16. Różański W, Jeromin L, Klimek L i in: Badania uszkodzeń włókien świat-łowodowych podczas laserowej ablacji łagodnego rozrostu stercza. Inż Biomem 2007, 1, 68-70.
  17. Fred NM: Therapeutic application of lasers in urology: an update. Expert Review of Medical Devices 2006, 3, 81-94.

adres autorów

Waldemar Różański
II Klinika Urologii UM
ul. Pabianicka 62
93-513 Łódź
tel. (042) 689 5211
walroz@op.pl