Optimierung von Laser-, Spül- und Absaug-Einstellungen für automatisierte ureteroskopische Lithotripsie bei impaktierten Steinen: Ex-vivo-Studie, Teil II

Warum das für Menschen mit Nierensteinen wichtig ist

Wenn ein Nierenstein in dem dünnen Kanal stecken bleibt, der den Urin vom Nierenbecken zur Blase ableitet, kann das äußerst schmerzhaft und gefährlich sein. Ärztinnen und Ärzte können inzwischen winzige Kameras und Laser verwenden, um diese Steine zu zerkleinern, doch die Hitze des Lasers und der Druck der Spülflüssigkeit können gelegentlich die empfindliche Schleimhaut des Harntrakts schädigen. Diese Studie untersucht, wie sich Laserleistung, Wasserfluss und Absaugung so einstellen lassen, dass Steine effizient behandelt werden können, während Temperatur und Druck im Ureter in einem sicheren Bereich bleiben – ein Schritt hin zu sichereren, stärker automatisierten Steinbehandlungen.

Blick auf eingeklemmte Steine

Steine, die monatelang im Ureter verbleiben, können den Harnabfluss blockieren, die Niere aufweiten und in schweren Fällen zu Infektionen, Blutvergiftung oder Nierenversagen führen. Die Standardbehandlung nutzt ein dünnes flexibles Endoskop, das über die Blase in den Ureter eingeführt wird, kombiniert mit einem leistungsstarken Laser, um den Stein zu zertrümmern. Eine neuere Technik, „Pop‑Dusting“ genannt, verwendet schnelle, wiederholte Laserpulse, um den Stein schonend zu feinem Staub zu machen. In dem engen Raum um einen impaktierten Stein kann Wasser jedoch nicht frei zirkulieren, sodass sich Laserwärme und Spüldruck aufbauen können. Zu verstehen, wie verschiedene Laser­einstellungen und Wasserflüsse Temperatur und Druck beeinflussen, ist entscheidend, um Verbrennungen oder druckbedingte Schäden zu vermeiden.

Aufbau eines sicheren Testsystems

Um diese Effekte detailliert zu untersuchen, verwendeten die Forschenden Nieren und Ureteren von Schweinen, die der menschlichen Anatomie sehr ähnlich sind. Sie platzierten einen künstlichen 1 cm großen Stein im oberen Ureter und führten ein flexibles Endoskop und den Laser durch eine hohle Kunststoffhülse, die als Ureterzugangsscheide dient. Getestet wurden zwei häufig verwendete Operationslaser: ein Holmium-Laser und ein neuerer Thulium-Faserlaser, jeweils in zwei unterschiedlichen Energie‑Frequenz-Kombinationen, die dieselbe Gesamtleistung lieferten. Wasser wurde durch das Endoskop bei zwei Druckstufen gepumpt, die ungefähr geringere und höhere Spülung repräsentieren. In einigen Experimenten wurde eine spezielle Zugangsscheide mit Absaugfunktion hinzugefügt, um warme Flüssigkeit und Steinfragmente zu entfernen.

Den Laser im Herzschlagrhythmus timen

In der realen Operation behalten Chirurginnen und Chirurgen den Laser nicht dauerhaft aktiv; sie betätigen ein Fußpedal in kurzen Intervallen und pausieren, um die Sicht wiederherzustellen und Abkühlung zu ermöglichen. Um dieses Muster nachzuahmen und zu verfeinern, führte das Team eine einfache Zeitregel ein, die sie Laser: Stop (LS)-Verhältnis nennen. Ein Verhältnis von beispielsweise 2 Sekunden an und 6 Sekunden aus verteilt die Laserenergie schonender als 2 Sekunden an und 2 Sekunden aus. Die Forschenden testeten systematisch mehrere LS‑Verhältnisse und zeichneten alle 30 Sekunden über fünf Minuten Temperatur und Druck im Ureter auf. Sie definierten Gefahrenzonen anhand der Dauer, in der Gewebe über 50 °C ausgesetzt war, und danach, ob jemals 56 °C überschritten wurden – Werte, die aus früheren Arbeiten als innerhalb kurzer Zeiten zellschädigend bekannt sind.

Wie Spülung und Absaugung das Ergebnis veränderten

Die Experimente zeigten, dass bei niedriger Spülung und ohne Absaugung Pop‑Dusting nur für wenige Sekunden bis wenige Minuten fortgesetzt werden konnte, bevor die Temperaturen die Sicherheitsgrenze überschritten – selbst bei längeren Pausen zwischen den Laserimpulsen. Die Verwendung niedrigerer Pulsenergie bei höherer Frequenz erlaubte längeres sicheres Pop‑Dusting als höhere Energiepulse, obwohl die Gesamtleistung gleich war, was darauf hinweist, dass die Art der Leistungsabgabe genauso wichtig ist wie die Höhe der Leistung. Eine Erhöhung des Spüldrucks steigerte den Wasserfluss um die Laserspitze, wodurch Wärme effektiv abgeführt wurde. Bei der höheren Spülung wurde kontinuierliches Pop‑Dusting in allen getesteten Lasermodi sicher. Die zusätzlich eingesetzte Absaugscheide bot weiteren Schutz: In den meisten Einstellungen hielt sie die Temperaturen niedriger und die Drücke äußerst gering, während bei ausreichender Spülstärke und moderater Laserleistung weiterhin kontinuierliches Dusting möglich war.

Folgen für die künftige Steinchirurgie

Insgesamt legt die Studie nahe, dass eine einfache Ein‑Aus‑Zeitregel für das Laserschießen kombiniert mit Aufmerksamkeit für Wasserfluss und Absaugung sicherere und effizientere Steinbehandlungen ermöglichen kann. In engen Ureteren mit schlechter Flüssigkeitszirkulation warnen die Ergebnisse vor ausgedehntem, hochenergetischem Pop‑Dusting und sprechen sich stattdessen für konservativere Fragmentierungsstrategien aus, die den Stein in größere Stücke teilen. Sind stärkere Spülung und Absaugung verfügbar, erscheint kontinuierliches Pop‑Dusting dagegen sowohl sicher als auch effektiv und hält Temperaturen und Drücke gut innerhalb akzeptabler Grenzen. Diese Erkenntnisse liefern praktische Hinweise für Chirurginnen und Chirurgen heute und bieten eine Blaupause für künftige robotergestützte Systeme, die klare, physikbasierte Regeln benötigen, um Laser automatisch abzufeuern, ohne den Harntrakt zu schädigen.

Zitation: Lee, H., Elises, J.C.R., Kang, D.H. et al. Optimization of laser, irrigation and suction settings for automated ureteroscopic lithotripsy in impacted stones ex vivo study part II. Sci Rep 16, 8287 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37999-6

Schlüsselwörter: Uretersteine, Laserlithotripsie, Spülung und Absaugung, thermische Sicherheit, robotische Ureteroskopie