体外冲击波碎石术：在机器人泌尿外科时代仍然有效吗？能不能更有效率？

Rassweiler, Jensa; Rieker, Phillipa; Rassweiler-Seyfried, Marie-Claireb. Extracorporeal shock-wave lithotripsy: is it still valid in the era of robotic endourology? Can it be more efficient?. Current Opinion in Urology: March 2020 - Volume 30 - Issue 2 - p 120-129 doi: 10.1097/MOU.0000000000000732

本文的目的是根据输尿管软镜 (FURS) 和经皮肾镜取石术 (PCNL) 的新发展，评估体外冲击波碎石术 (ESWL) 在治疗尿石症中的实际作用。在西欧，用于治疗肾结石的技术发生了显着变化，FURS 增加而 ESWL 降低。造成这种情况的原因包括适应症的变化、内窥镜设备的技术改进，包括机器人辅助。最相关的是数字可重复使用和一次性柔性输尿管镜的引入，而 micro-PCNL 已被放弃。一些公司已停止生产碎石机，提高冲击波功效的新想法尚未在实际系统中实施。有前途的冲击波技术包括使用突发冲击波碎石术 (SWL) 或高频 ESWL。如体外模型所示，主要优点是可以非常快速地粉碎石头。ESWL 在治疗尿石症中的作用正在减弱，而 FURS 则在不断发展。在内镜控制下使用钬：YAG激光进行的体内冲击波碎石术的质量和安全性明显超过了无创ESWL的优势。为了夺回市场，必须在新系统中实施突发 SWL 或高频 ESWL 等新技术。

    泌尿外科的最新技术发展导致尿石症治疗发生了巨大变化。在西欧，体外冲击波碎石术（ESWL）的数量正在减少，而输尿管软镜（FURS）和逆行肾内手术的数量正在稳步发展（图1）[1-6]。其原因包括适应症的变化、仪器和设备的改进、导航系统的引入以及机器人技术的使用。基于文献和个人经验，我们希望对石材管理的未来进行展望。这里的基本问题是，ESWL 是否会在即将到来的机器人泌尿外科时代生存下来。 

图1：德国治疗尿石症的不同治疗方式分布

材料与方法

     从 2016 年到 2019 年，在 Medline/PubMed 上进行了一项文献研究，重点关注主动结石管理的各个方面。此外，还完成了一项互联网研究，以便能够获取体外冲击波碎石术和内窥镜结石手术的所有相关新奇事物。

适应症的变化

输尿管软镜的趋势

     体外冲击波碎石术有明显的趋势，即使对患者的侵入性影响最小[3–6,7▪▪]。这有几个原因。   在西欧，几乎 80% 的结石病例是有症状的输尿管结石，在大多数情况下需要放置输尿管支架以排出或绕过结石。不幸的是，由于组织问题 ，很少使用“紧急ESWL”的概念。另一个原因是二次 ESWL 治疗的高发生率，这在高达 60% 的情况下可能是必要的，例如下极结石。有趣的是，关于定义为小于 4 毫米而没有尿路感染或症状的“残留微不足道碎片”的命运的讨论再次被提出. 因此，患者（和医生）更喜欢一次性解决结石问题，要么将结石完全碎成沙粒状，要么主要通过通路鞘将其破碎成可直接提取的碎片。基于此，必须讨论不同治疗方式的未来作用，特别是 ESWL 如何重新获得其地位。

经皮肾镜取石的作用

   经皮肾镜取石术 (PCNL) 取得了许多重大改进，包括设备的小型化和导航，以提供更安全的收集系统通道。然而，尽管有所有这些发展，PCNL 的频率并没有显着变化（  图 1  ）。这意味着，穿刺的侵入性仍然被认为是经尿道途径的劣势。PCNL 的经典适应症仍然是结石负荷较大的病例，例如部分或完全的鹿角形结石。然而，在这种情况下，军械库的小型化起着次要的作用。

经皮肾镜取石术的技术创新

进入肾脏

   准确进入肾脏收集系统对于 PCNL 的成功至关重要。传统上，这可以通过使用透视、超声或两者结合来完成[18]。穿刺应与最少的出血相关联，并提供对收集系统的最佳访问以去除最大的结石负担。最近，理想的穿刺应该通过相关杯的乳头的理论受到了挑战[19]。这也可能对访问技术产生影响。  提出了一些改进肾集合穿刺的尝试（  表 1  ）。然而，这些技术都没有被广泛应用，分别成为临床常规。(uro-)Dyna 计算机断层扫描 (CT) 的使用是有效的，但由于投资成本高而受到限制。在临床测试期间，使用 iPad 进行的基于标记的跟踪并未证明足够稳定。此外，虚拟现实的覆盖不是实时的，仅在 2D 中代表了针对更广泛应用的关键事实。

表格1：  不同技术穿刺肾集合系统的比较

   最有前途的技术是 Lima等人开发的电磁跟踪系统。最初，他们使用输尿管导管，传感器粘在尖端上。在临床应用中，他们使用柔性输尿管镜进入所需的花萼，并通过工作通道插入专门设计的电磁传感器。在电磁引导穿刺之前，他们使用常规超声排除穿刺路径中的任何肠道[28]. 这种技术可能更昂贵。然而，使用小口径可重复使用的柔性内窥镜并不比球囊-输尿管导管更具侵入性和成本效益。除此之外，最近还提倡在此类复杂情况下并行使用 FURS 和 PCNL。2014 年，Clearguide One（Clearguide-medical，美国巴尔的摩）获得 FDA 批准，作为一种光学跟踪设备，可实现轻松的超声引导穿刺。最近，一项使用模型的研究表明，这种实时虚拟仪器导航设备可以有效提高住院医师执行穿刺器官核心技能的信心、速度和准确性[30]。另一种方法可能是使用电磁场发生器通过使用穿刺针的电磁特性来导航超声穿刺[31]。一种非常有趣的方法是使用超声波跟踪作为声学跟踪的一种特殊模式。在这种情况下，光纤水听器固定在套管内，使用标准超声探头实现 3D 超声跟踪。显然，超声将是进入肾脏集合系统的基本成像工具的首选模式，而 CT 引导或 Dyna CT 等透视技术似乎过于昂贵。此外，还有一个优点是可以最大限度地减少辐射暴露。因此，未来可能不会使用像 Acubot 这样的机器人设备[21]。引导无线超声系统的机械臂可能会成为一个有趣的选择。在莱比锡的计算机辅助手术创新中心，对 KUKA 手臂进行了测试，以提供机器人辅助的肾脏穿刺。

器械小型化

     Mini-PCNL 已成为肾结石的标准方法，可替代输尿管软镜和 ESWL。制造商已经开发了特定的套件。此外，已经探索了几种清洗碎片的概念，例如基于伯努利原理的真空吸尘器效应。然而，一些“新发展”并没有经受住时间的考验，例如微型 PCNL 或“看针”。很明显，与 FURS相比，这种非常低口径的访问策略没有优势。一般来说，PCNL 根据各自鞘的大小进行分类：从 midi-PCNL (20-22 F) 开始，仍然可以使用刚性超声碎石机。经典的 mini-PCNL (16–18 F) 已经允许仅使用柔性激光纤维进行结石分解。Ultramini-PCNL 和 supermini-PCNL (11–14 F) 也可以使用激光光纤，但仍然可以冲洗碎片。即使，如果对用于经皮肾脏手术的不同尺寸的微型器械进行新分类，这种方法的主要目标应该是确定最大的管道尺寸，同时根据最小的副作用和合理的碎片排出。相关指示。实际上，这意味着 16-18 F 的通道大小，可以根据图像质量和充分冲洗进行有效的激光碎石术。最近的研究甚至显示出更大的访问尺寸（21 F，midi-PCNL）优于 mini-PCNL（16.5 F）。

柔性输尿管镜的技术创新

一次性数字输尿管软镜

   输尿管软镜的质量和适应症的扩展发生了重大变化。小口径数字柔性的引入提供了具有更高分辨率和视野的出色图像。然而，这些设备很脆弱，导致维修的发生率很高，而且成本很高。大约 70% 的病例需要对输尿管镜进行全面修复，因为工作通道、数字视频尖端或机械师受伤严重。这意味着维修费用为 6750–11 500 欧元。在这种情况下，一次性设备可以发挥作用：有两种设备（LithoVue R，Boston Scientific，USA；PUSEN R，浦森，中国）在市场上，与经典的可重复使用的数字内窥镜相比，被证明具有足够的质量[40]。在我们自己的系列中，这些设备的智能选择性使用可以显着降低整体成本30%（  表2  ）。这与最近对 Somani等人的评论一致。[41]指出，一次性输尿管镜目前的作用应该更适合大于 1 厘米的下极结石、大肾结石（>2 厘米）、多发性结石、肾脏解剖异常的病例以及既往与结石相关的尿毒症或多重耐药术前尿培养。

表 2：  使用可重复使用的输尿管镜 (Flex XC R ) 与选择性使用一次性输尿管镜 (LithoVue R , PUSEN R ) 的成本比较，德国 SLK Kliniken Heilbronn 泌尿科

有效的激光碎石术

   钬：YAG 激光碎石术代表了刚性和 FURS 以及小型化 PCNL 的黄金标准。已经定义了根据不同目的的各种激光碎石机设置，例如碎石、使用“爆米花”或“按摩浴缸效果”分别碎裂。除了消融速度和崩解效率外，激光碎石还有其他重要因素。在肾脏中，由于 FURS 对较大结石的适应证增加，碎裂的概念需要多个通道通过通路鞘提取结石。“石粉”旨在将结石在其表面周围细碎而不分解。这可以通过使用光热激光效应在石头表面上“绘制”纤维运动来实现。为此，使用较高频率（10-20 Hz）的低能量设置（即0.5 J）。这还具有在最终接触时对粘膜的创伤最小的优点。  当石头负荷仍然很大，但碎片较小时，以非接触方式发射激光会导致漩涡状现象（“按摩浴缸效应”）。  由于这类似于在爆米花机中飞来飞去的玉米粒，这被称为“爆米花效应”   。  这种现象尚不完全清楚；  然而，它类似于使用更高频率的压电体外碎石术。  与 ESWL 相比，体内激光诱导的碎石术可以控制和内窥镜检查。

机器人输尿管软镜检查

    尽管输尿管镜和附件的设计取得了进展，但外科医生必须使用次优的人体工程学，这可能会导致骨科投诉，并且是性能不完美的原因之一。机器人设备可以代表改善人体工程学的替代方案。尽管为心脏病学开发的 Hansen 设备的试验证明是不够的，但 Avicenna Roboflex TM（ELMED，土耳其安卡拉）的临床引入是成功的。

    该设备由外科医生控制台和带有可更换支架的操纵器组成，用于三个不同的数字输尿管镜。外科医生控制两个操纵杆来操纵内窥镜：与标准器械的手柄相比，右轮可以实现更精细的偏转。左操纵杆允许旋转和前进/缩回。在控制台上，外科医生完全控制插入的激光光纤和冲洗泵。首选激光碎石机的脚踏板集成在控制台中。在海尔布隆，七名外科医生进行了 300 多个案例，再现了最初的经验并扩大了 Roboflex TM的使用范围用于碎片去除。主要优点包括系统的准确性，同时提供非详尽的环境，特别是在技术要求高的情况下的长期手术期间。当然，投资成本对于更广泛的应用仍然是一个问题。然而，与数字输尿管镜的高维护成本相比，对机器人系统的投资可能变得不那么重要。

体外冲击波碎石术的技术创新

与针对骨科、甚至神经系统适应症的跨学科体外冲击波治疗的繁荣相反，几家制造商开发了新设备，而碎石机市场却显着萎缩。西门子完全放弃了多功能泌尿科工作站 Lithoskop 的生产。Storz Medical 收购了 Jena MedTech（德国耶拿），因此不再生产提供电液冲击波源和声学跟踪系统的Lithospace R。在欧洲，基本上只有四家公司在生产碎石机（  表 3  ）。因此，新的修改变得非常罕见（  表 4  ）。

表3：  仍在制造的欧洲碎石机的技术细节比较

表 4：体外冲击波碎石领域的最新进展综述

结石定位的跟踪选项

    由于 Storz Medical 现在有两种可用的跟踪选项，因此他们将声学跟踪与光学跟踪进行了比较，结果表明光学跟踪更为出色。因此，EDAP-TMS 也使用光学跟踪来进行石头定位。两家制造商都将其与超声作为图像模式相结合（  表 3  ）。

耦合质量控制

    水垫与患者身体的最佳耦合对于碎石机的良好性能是必不可少的。与此同时，用于控制耦合质量的 Dornier 碎石机内置摄像系统已成为常规，并且能够显示结石崩解的脉冲数显着减少25%（  表 3  ）。

放大焦距

    有证据表明，扩大的焦距对结石的崩解有显着的优势。这得到了支持动态挤压原理的关于石头碎裂的实验试验和理论的支持。Neisius等人]表明，在动物模型中，对电磁冲击波源的晶状体进行改造提高了崩解效果并减少了冲击波引起的肾损伤量（  表 4  ）。我们可以证明低压宽焦点电磁系统具有与高压小焦点电磁冲击波源相同的分解效率（  表5  ）。然而，低压系统将试石破碎成均匀的 2 毫米小块（  图 2  ）。唯一的缺点是治疗时间较长，因为应用频率较低。

表 5：  两种电磁冲击波发生器的比较——低压宽焦点（Xinin）与高压小焦点（Lithoskop）

图 2：  两种不同电磁冲击波源的碎片模式比较。(a) Bego-test 石头；(b) 使用低功率和大焦点时的均匀碎片（Xinin；2500 脉冲）；(c) 使用小焦点高功率时的不均匀碎片（Lithoskop；2270 个脉冲）。

不幸的是，这两种发展都没有应用于设计良好的碎石机（表 4）。此外，最近的一份出版物将动量传递和惯性理论作为结石崩解的主要机制进行了推广：作者观察到重复相同冲击波的断裂模式，显示出支持散裂（霍普金森效应）和动量传递机制的典型特征。这不利于大焦距的概念。

新的冲击波（burst and high frequency）

关于体外冲击波碎石术未来作用的改变游戏规则的可能是临床引入“burst-SWL”或高频冲击波碎石术（SWL）。Burst-SWL 表示由压电源产生的具有递增和递减振幅的高频超声波。麦克斯韦等人。在体外表明，这可以在非常短的应用时间内分解细石，具体取决于结石成分和应用频率。此外，作者在动物模型中没有发现任何明显的肾脏损伤或热效应。

我们自己的早期实验是使用产生高频冲击波（即100 Hz；Storz-Medical，瑞士）的电液源完成的，其振幅和脉冲行为与标准冲击波相同（  图3a     ）。我们能够在不到 2 分钟的时间内粉碎坚硬的 Bego-test 石头（  图 3      b）。另一方面，使用灌注肾脏的标准化模型，这种高频冲击波并没有显示出任何明显的肾脏损伤。轻微损伤可能归因于气蚀（  图 3      c、d）。

图 3：  使用电液冲击波源 (12nF) 的高频 ESWL。(a) 标准 (1 Hz) 与高频冲击波的压力曲线比较。这不是突发 ESWL。(b) Bego-stone 在 100 秒（10 000 次冲击波）后解体的体外模型。(c) 灌注猪肾脏的标准化离体模型 [56]。(d) 硫酸钡微血管造影中仅可见轻微病变（I 级）。

图 3（续）：使用电液冲击波源 (12nF) 的高频 ESWL。(a) 标准 (1 Hz) 与高频冲击波的压力曲线比较。这不是突发 ESWL。(b) Bego-stone 在 100 秒（10 000 次冲击波）后解体的体外模型。(c) 灌注猪肾脏的标准化离体模型 [56]。(d) 在硫酸钡微血管造影中仅可见轻微病变（I 级）。

对于体外冲击波碎石术的未来，什么是必不可少的？

   除了适应症的变化，较高的二次手术率是ESWL的主要障碍。这可以通过使用光学导航、耦合质量的视频控制和减少肾脏的呼吸运动来改善]。然而，这并没有解决如何通过任何常规成像技术来评估结石碎裂程度。在 ESWL 的情况下，仍然可以接受小于 4 mm 的片段大小. 相比之下，在 FURS 期间，可能会提取所有碎片，或者在内窥镜下使用除尘模式将结石粉碎。在这种情况下，只有在短期内进行精细碎片化的新方法才能代表有效的选择，例如BWL。将这种有前途的技术推向市场取决于制造商。

结论

   PCNL 和 FURS 的最新发展基于改进的视频技术、小型化、导航和机器人技术。实际上，特别是 FURS 提供了更高的主要成功率和最小的副作用，与 ESWL 相比，这可以抵消略高程度的侵入性。尽管如此，对于 ESWL，突发或高频冲击波等新技术也即将出现。

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