超脉冲铥光纤激光碎石体外实验研究

丁天福, 肖博, 黄忠月, 等. 超脉冲铥光纤激光碎石体外实验研究[J]. 临床泌尿外科杂志, 2023, 38(9): 690-695. doi: 10.13201/j.issn.1001-1420.2023.09.010
引用本文: 丁天福, 肖博, 黄忠月, 等. 超脉冲铥光纤激光碎石体外实验研究[J]. 临床泌尿外科杂志, 2023, 38(9): 690-695. doi: 10.13201/j.issn.1001-1420.2023.09.010
DING Tianfu, XIAO Bo, HUANG Zhongyue, et al. In vitro experimental study of super pulse thulium fiber laser lithotripsy[J]. J Clin Urol, 2023, 38(9): 690-695. doi: 10.13201/j.issn.1001-1420.2023.09.010
Citation: DING Tianfu, XIAO Bo, HUANG Zhongyue, et al. In vitro experimental study of super pulse thulium fiber laser lithotripsy[J]. J Clin Urol, 2023, 38(9): 690-695. doi: 10.13201/j.issn.1001-1420.2023.09.010

超脉冲铥光纤激光碎石体外实验研究

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    通讯作者: 李建兴,E-mail:ljx1@sina.com
  • 中图分类号: R454

In vitro experimental study of super pulse thulium fiber laser lithotripsy

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  • 目的 探索超脉冲铥光纤激光(super pulse thulium fiber laser,SP-TFL)碎石体外环境下的碎石效率及热效应情况。方法 将BegoStones结石置于弯盘内固定。连接光纤与激光机器,光纤与结石平面接触进行碎石。三维步进电机速度为1 mm/s,激光激发时间为连续激发30 s,按照预先设计,三维步进电机运动轨迹为“之”字形路线。测量每次碎石的重量,每组实验进行10次,最终计算平均值。操作时频率或者激光能量其中一个条件固定不变,另一个条件逐步增加。激光能量及频率范围为0.8~2.0 J×8~30 Hz及0.1~0.3 J×100~300 Hz,脉宽为7 ms。测温实验:调节实验室温度为22 ℃,激光功率:10 W(10 Hz×1 J)、15 W(10 Hz×1.5 J)、20 W(10 Hz×2 J)、25 W(10 Hz×2.5 J)、30 W(10 Hz×3 J)和灌注速度:0、15、25、35 mL/min(灌注液:生理盐水,温度为24 ℃)。激光连续激发120 s,测温仪每秒记录1次温度,记录激光激发时的实时温度以及激光激发前后温度的差值,每组实验重复10次,最终记录平均值。结果 同一种结石成分,相同的碎石功率,不同的脉冲能量、碎石频率组合10 W(1.0 J×10 Hz vs 0.1 J×100 Hz)、12 W(1.2 J×10 Hz vs 0.1 J×120 Hz)、15 W(1.5 J×10 Hz vs 0.1 J×150 Hz),而产生的碎石效率不同:10 W[(57.40±6.68) mg/min vs (19.98±2.29) mg/min]、12 W[(64.49±11.31) mg/min vs (24.59±0.40) mg/min]、15 W[(98.98±2.89) mg/min vs (34.74±1.69) mg/min]。当单脉冲能量为0.1 J固定时,随着碎石频率的增加为100 Hz、120 Hz、150 Hz、180 Hz时,相对应的功率为10 W、12 W、15 W、18 W,激光的碎石效率也相应增加(19.98±2.29) mg/min、(24.59±0.40) mg/min、(34.74±1.69) mg/min、(39.73±5.70) mg/min。当碎石频率固定为100 Hz时,随着脉冲能量的增加为0.1 J、0.2 J、0.3 J,激光的碎石效率也相应增加(19.98±2.29) mg/min、(38.92±0.11) mg/min、(62.32±18.27) mg/min。相同的碎石频率与脉冲能量组合,不同的结石成分所造成的碎石效率不同,“软结石”组>“硬结石”组(P < 0.05)。在灌注流量为15 mL/min,碎石功率为10 W、15 W时,平台期温度均为低于安全阈值。碎石功率在20 W、25 W、30 W时,平台期温度超过安全阈值43 ℃。在灌注流量为25 mL/min时,碎石功率为10 W、15 W、20 W、25 W时平台期温度均为低于安全阈值。只有碎石功率在30 W时,平台期温度超过安全阈值43 ℃。在灌注流量为35 mL/min时,所有功率下的平台期温度不超过安全阈值43℃。结论 初步的碎石体外实验研究结果显示,SP-TFL对结石具有良好的碎石效果,同时,为避免较高的热效应,在使用过程中应当选择其合适的灌注速度。
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  • 图 1  超脉冲铥激光机器

    图 2  人工结石在SP-TFL联合三维步进电机下激发后的形状

    图 3  SP-TFL激发后所形成的结石粉末

    表 1  “硬石头”高能低频碎石结果 mg/min,X±S

    频率 能量/J
    0.8 1.0 1.2 1.5 2.0
    8 Hz 26.08±4.42 43.36±11.32 74.36±11.67 138.71±17.12
    10 Hz 33.66±9.57 57.40±6.68 64.49±11.31 98.98±2.89 139.36±6.82
    15 Hz 63.08±9.62 90.28±16.01 119.50±20.00 121.60±21.22 165.97±32.34
    20 Hz 71.99±8.42 110.08±17.75 144.66±21.72 187.43±11.18
    25 Hz 116.39±37.12 132.73±13.63 173.14±25.53
    30 Hz 138.84±12.91 182.20±28.22 192.34±27.78
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    表 2  “硬石头”低能高频碎石结果mg/min,X±S

    能量 频率/Hz
    100 120 150 180 200 250 300
    0.1 J 19.98±2.29 24.59±0.40 34.74±1.69 39.73±5.70 41.24±2.35 75.94±0.09 89.636±5.59
    0.2 J 38.92±0.11 48.30±9.95 114.67±17.39 118.15±13.29 136.38±4.92
    0.3 J 62.32±18.27 102.81±13.48 163.65±10.50
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    表 3  “软石头”高能低频碎石结果 mg/min,X±S

    频率 能量/J
    0.8 1.0 1.2 1.5 2.0
    8 Hz 40.39±2.41 61.98±1.65 88.94±2.91 168.31±5.00
    10 Hz 52.34±6.28 71.82±1.24 80.31±0.86 118.23±2.94 156.34±5.11
    15 Hz 76.51±5.24 106.20±5.51 152.37±2.48 142.87±9.64 182.32±7.24
    20 Hz 79.16±4.43 127.90±3.59 168.57±10.83 204.29±7.49
    25 Hz 133.14±5.58 147.79±3.23 198.64±8.17
    30 Hz 153.65±5.00 237.13±10.61 221.89±7.61
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    表 4  “软石头”低能高频碎石结果mg/min,X±S

    能量 频率/Hz
    100 120 150 180 200 250 300
    0.1 J 32.64±10.40 36.50±2.62 38.70±10.79 55.01±2.05 61.45±2.84 86.35±1.00 101.46±1.89
    0.2 J 60.05±4.63 75.64±2.91 108.35±5.19 152.72±6.76 176.32±8.34
    0.3 J 80.20±1.43 125.98±4.62 181.27±3.52
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    表 5  “硬石头”与“软石头”高能低频碎石结果比较 mg/min,X±S

    频率 1.0 J 1.2 J 1.5 J
    硬结石 软结石 P 硬结石 软结石 P 硬结石 软结石 P
    8 Hz 26.08±4.42 40.39±2.41 < 0.05 43.36±11.32 61.98±1.65 < 0.05 74.36±11.67 88.94±2.91 < 0.05
    10 Hz 57.40±6.68 71.82±1.24 < 0.05 64.49±11.31 80.31±0.86 < 0.05 98.98±2.89 118.23±2.94 < 0.05
    15 Hz 90.28±16.01 106.20±5.51 < 0.05 119.50±20.00 152.37±2.48 < 0.05 121.60±21.22 142.87±9.64 < 0.05
    20 Hz 110.08±17.75 127.90±3.59 < 0.05 144.66±21.72 168.57±10.83 < 0.05 187.43±11.18 204.29±7.49 < 0.05
    25 Hz 132.73±13.63 147.79±3.23 < 0.05 173.14±25.53 198.64±8.17 < 0.05
    30 Hz 182.20±28.22 237.13±10.61 < 0.05 192.34±27.78 221.89±7.61 < 0.05
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    表 6  在不同灌注流速时不同的碎石功率情况下的温度 ℃,X±S

    激光功率 15 mL/min 25 mL/min 35 mL/min
    平台期平均温度 平台期温度波动范围 平台期平均温度 平台期温度波动范围 平台期平均温度 平台期温度波动范围
    15 W 37.58±0.69 35.5~39.6 31.95±1.00 29.4~33.9 31.13±0.61 30.1~32.6
    20 W 42.20±0.85 39.1~44.5 35.53±0.89 32.8~37.6 31.28±0.75 29.3~32.7
    25 W 48.60±0.34 46.9~49.9 39.24±0.59 37.6~40.7 34.33±0.68 32.6~35.9
    30 W 51.63±0.36 49.6~54.0 41.84±0.77 40.3~43.5 34.83±0.73 33.0~36.3
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出版历程
收稿日期:  2022-11-21
刊出日期:  2023-09-06

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