Оптимизация параметров лазера, орошения и аспирации для автоматизированной уретероскопической литотрипсии при импакте конкрементов: экс‑виво исследование, часть II

Почему это важно для людей с камнями в почках

Когда камень застревает в тонкой трубке, по которой моча оттекает из почки в мочевой пузырь, это может быть крайне болезненно и опасно. Врачи теперь используют миниатюрные камеры и лазеры, чтобы раздробить такие камни, но тепло от лазера и давление промывочной жидкости иногда повреждают тонкую оболочку мочевых путей. В этом исследовании изучают, как настроить мощность лазера, расход воды и аспирацию, чтобы эффективно обрабатывать камни, при этом поддерживая температуру и давление в уретре в безопасных пределах — что открывает путь к более безопасным, частично автоматизированным операциям по удалению камней.

Ближе к проблеме застрявших конкрементов

Камни, остающиеся в уретере месяцами, блокируют отток мочи, растягивают почку и в тяжёлых случаях могут привести к инфекции, сепсису или почечной недостаточности. Стандартный метод лечения — гибкий тонкий уретероскоп, вводимый через мочевой пузырь в уретер, в сочетании с мощным лазером для разрушения камня. Новая техника «pop‑dusting» использует быстрые повторяющиеся лазерные импульсы, чтобы аккуратно измельчить камень в тонкую пыль. Однако в стеснённом пространстве вокруг импактированного камня вода не циркулирует свободно, поэтому тепло от лазера и давление от ирригации могут накапливаться. Понимание того, как разные настройки лазера и потоки воды влияют на температуру и давление, имеет решающее значение для предотвращения ожогов или травм, связанных с давлением.

Проектирование безопасной экспериментальной системы

Чтобы подробно изучить эти эффекты, исследователи использовали почки и уретеры свиней, анатомически близкие к человеческим. Они поместили искусственный камень диаметром 1 см в верхний отдел уретера и провели гибкий уретероскоп и лазер через полую пластиковую трубку — уретеральный доступный шиив (access sheath). Были протестированы два широко используемых хирургических лазера: гольмиевый лазер и более новый талиевый волоконный лазер, каждый в двух комбинациях энергии и частоты, дающих одинаковую суммарную мощность. Воду подавали через инструмент при двух уровнях давления, примерно соответствующих низкой и высокой ирригации. В ряде опытов добавляли специальный шиив с возможностью аспирации для удаления тёплой жидкости и фрагментов камня.

Тайминг лазера как ритм сердца

В реальной операции хирурги не держат лазер включённым непрерывно; они ступнёй включают его короткими импульсами, делая паузы для восстановления видимости и охлаждения. Чтобы имитировать и уточнить этот режим, команда ввела простое правило временного чередования, которое назвала отношение Laser: Stop (LS). Например, соотношение 2 секунды включён и 6 секунд выключен распределяет энергию лазера более щадяще, чем 2 секунды включён и 2 секунды выключен. Исследователи систематически тестировали несколько LS‑отношений, регистрируя температуру и давление внутри уретера каждые 30 секунд в течение пяти минут. Они определили зоны опасности, основываясь на длительности экспозиции тканей выше 50 °C и на факте превышения 56 °C — уровнях, которые по прежним работам вызывают гибель клеток за короткое время.

Как поток воды и аспирация поменяли правила

Эксперименты показали, что при низком давлении ирригации и без аспирации pop‑dusting можно было продолжать лишь от нескольких секунд до нескольких минут, прежде чем температура пересекала безопасный порог, даже при более длинных паузах между вспышками лазера. Использование меньшей энергии импульса при более высокой частоте позволяло дольше безопасно выполнять pop‑dusting по сравнению с более энергоёмкими импульсами, несмотря на одинаковую суммарную мощность, что указывает: важна не только общая мощность, но и способ её подачи. Повышение давления ирригации увеличивало поток воды вокруг наконечника лазера, эффективно унося тепло. При более высокой ирригации непрерывный pop‑dusting стал безопасным во всех протестированных режимах лазера. Добавление шиива с аспирацией давало дополнительную защиту: в большинстве режимов он удерживал температуру ниже и давление чрезвычайно низким, позволяя при достаточной ирригации и умеренной мощности лазера выполнять непрерывное распыление.

Что это значит для будущих операций по удалению камней

В целом исследование показывает, что простое правило включения‑выключения лазера в сочетании с учётом потока воды и аспирации может служить руководством для более безопасного и эффективного лечения камней. В узких уретерах с плохой циркуляцией жидкости полученные данные предостерегают от длительного высокомощного pop‑dusting и склоняют в пользу более консервативной стратегии «фрагментации», когда камень дробят на более крупные фрагменты. Однако при наличии сильной ирригации и аспирации непрерывный pop‑dusting оказывается и безопасным, и эффективным, поддерживая температуру и давление в допустимых пределах. Эти результаты дают практические рекомендации хирургам сегодня и предоставляют шаблон для будущих роботизированных систем, которым потребуются прозрачные, основанные на физике правила для автоматического управления лазером без вреда для мочевых путей.

Цитирование: 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

Ключевые слова: уретральные камни, лазерная литотрипсия, орошение и аспирация, тепловая безопасность, роботизированная уретероскопия