砕石術用の新しいレーザー光源を探しています

腎臓結石は先進国で非常に一般的です。これらの国の人口の約10％が腎臓結石に苦しんでいます。 主に高度な尿管鏡検査によるレーザー砕石術は、尿管結石と腎臓結石を切除するための低侵襲手術の主要な技術になっています。 過去20年間、フラッシュ励起固体ホルミウム：YAGレーザーは、レーザー砕石術の主要な技術でした。 しかし、この成熟したテクノロジーにはいくつかの基本的な制限があります。 人々はまた、ツリウムファイバーレーザー、ツリウム：YAGレーザー、エルビウム：YAGレーザーなど、レーザー砕石術の代替技術を模索しています。

レーザー砕石術とは何ですか？



レーザー砕石術は、レーザーを使用して尿中の結石を粉砕および除去する低侵襲内視鏡技術（尿管鏡検査）です。膀胱、尿管、または腎臓内の結石の位置が特定されると、医師は尿管鏡の作業チャネルに光ファイバーを挿入し、レーザーを作動させて結石を細かく砕きます。



石の破砕は主に光熱焼灼によって達成されます。レーザー放射を直接吸収すると熱が発生し、石の溶解と切除につながります。光は水を吸収して二次アブレーションを生成します-細孔内の水は急速に蒸発または膨張し、より高い局所圧力を生成してアブレーションを引き起こします。
通常、外科医はクランプを使用して尿道から大きな破片を取り除き、小さな破片は後で尿中に排泄される可能性があります。使用するレーザーの種類とそのパラメーターに応じて、外科医はさまざまな方法を使用して手術を行うことができます。



パルスエネルギー：利用可能なパルスエネルギーは、使用するレーザーシステムによって異なり、0.2J〜6.0Jの範囲ですが、腎臓結石切除の一般的な設定範囲は0.2J〜2.0Jです。周波数またはパルス周波数：ホルミウムレーザーの技術的制限により、通常の周波数値は5Hz〜80Hzです。パルス幅：ホルミウムレーザーの一般的なパルス幅は150µsから500µsの間です。ホルミウム：YAGレーザーが砕石術の現在の臨床標準レーザーである主な理由は、その発光波長が2120nmであるためです。この波長の光は、石の細孔や空洞内の水に強く吸収され、水を熱膨張させて蒸発させ、それによってアブレーション効果を高めます。さらに、ホルミウム：YAGレーザーは、さまざまな岩石成分のアブレーションに成功しています。



近年、レーザー砕石術を使用して尿路結石を治療する多くの方法が追加されていますが、主な技術モードは、破片、ほこりの除去、および「ポップコーン」の3つです。フラグメンテーションモードでは、低パルスレートの高パルスエネルギーを使用して、石を複数のフラグメントにアブレーションします。クランプを使用して、より大きな直径の破片（> 2mm）を取り除きます。ほこり除去モードでは、腎臓結石は直径1 mm未満の小さな断片に分割され、それらを除去するためのアクティブなクランプは必要ありません。 「ポップコーン」モードでは、光ファイバーを一箇所に固定し、高パルスエネルギーを使用して乱流を発生させ、石を細かく砕くまで繰り返し焼結します。表1は、3つのレーザー砕石術モードの典型的なパルスエネルギーとパルス周波数の値をまとめたものです。



レーザー砕石術の今後の開発動向は？



過去数十年で、ソリッドステートホルミウム：YAGレーザーが最も一般的に使用される砕石術レーザーになりました。その主な利点は、さまざまな種類の石を粉砕でき、成功率が高く、低出力レーザーで比較的低コストであるということです。しかし、このテクノロジーには制限と欠点もあります。その最も重要なパラメータは次のとおりです。



波長、ホルミウム：YAGレーザーの発光波長は、吸水ピークと完全には一致していません。差は約2μmです。ツリウムファイバーレーザーの発光波長は吸水ピークに近いですが、モノコムは吸水ピークに完全に一致するように設計により発光波長を調整する可能性を提供し、より効果的な石のアブレーションにつながることが証明されています。



パルス繰り返し周波数、その最大パルスレートまたはパルス周波数は一般に20Hz〜80Hzであり、これは処理方法、特にダスト除去モードに一定の制限を課します。最新のホルミウム：YAGレーザーシステムは100Hz〜120Hzの繰り返し周波数を達成でき、パルス繰り返し周波数が連続的に増加する傾向を示しています。モノコム製のダイレクトダイオードシステムで、電子パルス周波数は1000Hzを超えることがあります。さらに、はんだフリーのレーザーバー取り付け技術（クランプ）は、半導体と電極間のCTEの不一致の影響を受けないため、ハードパルスアプリケーションの寿命を延ばすことができます。



平均出力と最大平均出力も同様の成長傾向を示しています。最新の高出力レーザーシステムは、120〜140Wの出力を実現できます。 MonocromFLEXレーザーの平均出力は105Wに達します。次世代シリーズのレーザーは、このパラメーターを増やし続ける可能性があります。



挿入効率、ホルミウム：YAGレーザーの壁挿入効率は非常に低く、約1〜2％です。ツリウムファイバーレーザーの壁挿入効率は最高で、最大約10％です。モノコム製のダイレクトダイオードレーザーは、最大約5％の壁挿入効率を達成できます。これは、ホルミウム：YAGレーザーの約4倍です。
ダイレクトダイオードレーザーソリューションを連続波およびパルス動作に効果的に使用できることも非常に重要です。この利点は、発光波長を低温および高温の水の吸収ピークに完全に一致させる能力と相まって、ダイレクトダイオードレーザーソリューションを理想的な選択肢にします。このソリューションは、良性前立腺肥大症（BPH）など、軟部組織の切除および/または凝固を必要とする場合にも使用できます。



この記事では、Monocomが製造した2µmホルミウム：YAGレーザー光源とダイレクトダイオードレーザー光源の長所と短所をまとめています。レーザータイプの長所と短所を要約します。ホルミウム：YAGレーザーの利点は、あらゆる種類の石を粉砕することが証明されています。低出力レーザーは比較的低コストです。欠点は、吸水率のピークと一致せず、低パルスレート、非常に低い壁に制限されることです。挿入効率、高いメンテナンスコスト、および高度なレーザーシステムには非常に高い使用制限があり、ファイバーは200µm以上です。



ダイレクトダイオードレーザーの利点は、波長が吸水ピークと完全に一致し、連続波とパルスの2つのモードで動作し、パルスの周波数と持続時間が非常に柔軟で、波長を設計によって調整できることと、壁です。挿入効率はホルミウムの4倍：YAGレーザー（〜5％）、メンテナンスコストが非常に低く、臨床試験が行われておらず、200μm以上の光ファイバの使用が制限されているというデメリットがあります。