Ứng dụng của laser homium trong tán sỏi tiết niệu

Thứ ba - 06/10/2020 20:19

1. Laser là gì
Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation trong tiếng Anh, có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích". Ánh sáng laser có ba đặc tính độc đáo.
- Không giống như ánh sáng thường bị tán xạ nhanh chóng, ánh sáng laser là chuẩn trực (Collimated) nghĩa là chùm sáng đi theo một hướng duy nhất, không bị tán xạ khi đi xa. Ánh sáng chuẩn trực có thể tạo ra ảnh sáng cực mạnh. Đặc tính này làm cho laser có năng lượng tiềm tàng.

- Không giống như anh sáng thường có nhiều bước sóng, laser là ánh sáng đơn sắc (Monochromatic), tất cả các sóng có cùng một bước sóng. Đặc tính này khiến cho laser đặc trưng hơn trong ứng dụng vì tác động của nó lên mô phụ thuộc vào sự nhạy cảm vốn hữu của mô đích với các bước sóng cụ thể.

- Cuối cùng ánh sáng laser là mạch lạc (Coherent ) với tất cả các sóng đều cùng pha. Ba đặc tính vật lý độc đáo này tạo ra chùm năng lượng cao, tập trung, chính xác và định hướng với tác dụng trên mô đích có thể tiên lượng và lặp lại.

2. Tương tác giữa Laser và mô đích
Khi năng lượng Laser chạm vào bề mặt mô đích, có 4 tương tác chính có thể xảy ra: phản xạ, tán xạ, hấp thu và dẫn truyền. Tương tác chủ yếu của laser là hấp thu, gây nóng mô và là cơ chế mà các tia laser thường tạo nên tác dụng lâm sàng của chúng.

Mặc dù phản xạ, tán xạ trên bề mặt cũng như dẫn truyền qua mô đích có thể xảy ra nhưng chúng thường không có ý nghĩa và ít làm nóng mô xung quanh. Các khác biệt về hiệu quả lâm sàng của các Laser khác nhau phần lớn la do mức độ các bước sóng laser riêng biệt được hấp thu bởi mô đích. Khi càng ít năng lượng được hấp thu, thì càng nhiều năng lượng được dẫn truyền qua bên kia mô đích. Trường hợp này có thể vô ý làm nóng các mô sâu hơn và gây tổn thương mô sâu bởi nhiệt. Mỗi một loại mô đều có đặc tính quang học riêng của mình (hấp thu ánh sáng có các bước sóng riêng) mà phụ thuộc vào các thành phần của nó (nước, sắc tố, protein..) của mô riêng biệt. Bởi vì mô người chủ yếu cấu tạo bởi nước nên độ xuyên sâu của các bước sóng laser khác nhau phụ thuộc chủ yếu vào hệ số hấp thu trong nước. Các Laser được hấp thu nhiều bởi nước (CO2và Ho:YAG) chủ yếu tạo ra các tác dụng bề mặt như cắt hay bốc hơi, trong khi đó những laser hấp thu ít bởi nước (neodymium:YAG [Nd:YAG] và potassium-titanylphosphate [KTP]) tạo nên các tác dụng đông vì nhiệt của mô sâu. Do hầu hết các thủ thuật niệu khoa được thực hiện trong môi trường nước nên sự hấp thu một bước sóng đặc biệt bởi nước cũng ảnh hưởng đến sự an toàn của laser. Cả hai laser Nd:YAG và KTP đều dẫn truyền qua môi trường nước rửa mà không mất năng lượng cho đến khi chúng chạm vào mô đích, điều này có thể dẫn tới tổn thương mô không mong muốn.

                Tác dụng của laser lên mô cũng phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc của năng lượng laser với mô (thời gian tương tác) và cường độ năng lượng của laser tại điểm tiếp xúc.
                - Khi thời gian tiếp xúc của năng lượng laser với mô ngắn và cường độ năng lượng cao thì sự hấp thu năng lượng laser bởi mô sẽ dẫn đến hiện tượng quang nhiệt trong đó năng lượng laser được chuyển thành nhiệt. Tùy vào nhiệt độ mô đạt được mà các tác dụng sinh học khác nhau có thể xảy ra. Tác dụng này dùng để cắt, rạch, đông và hàn mô.
                - Với thời gian tương tác thực sự dài và cường độ năng lượng yếu sẽ xảy ra hiện tượng quang hóa với hấp thu ánh sáng mà không làm nóng mô. Ví dụ tốt nhất là sự oxy hóa nhạy quang, trong đó hoạt hóa quang học chọn lọc của 1 thuốc đặc biệt dẫn đến chuyển dạng nó thành một phức hợp gây độc.
                - Các hiệu ứng quang cơ học và quang ion hóa được thấy bởi laser với thời gian tương tác ngắn và cường độ năng lượng rất cao trong đó ánh sáng laser mạnh được chuyển thành động năng

Hiệu ứng mô cũng phụ thuộc vào mật độ năng lượng tại mô đích. Bằng cách di chuyển sợi laser gần vào hay xa ra khỏi mô đích, mật độ năng lượng cũng được thay đổi. Ví dụ sự bôc hơi mô có thể thu được với mật độ năng lượng cao ở rất gần mô, trong khi đó sự đông mô xảy ra khi di chuyển sợi laser xa mô đích.

3. Đặc điểm của Holmium:yttrium-aluminum-garnet Laser
          Ho:YAG laser là laser được sử dụng phổ biến nhất trong các phẫu thuật niệu khoa. Nó có sẵn các kiểu máy công suất thấp (20w) hay cao (60- 100w) để tán sỏi và điều trị phì đại lành tính tuyến tiền liệt. Ho:YAG laser có bước sóng 2120nm với thời gian phát xung là 250 to 350 µsec. Hệ số hấp thu ánh sáng của nước cho bước sóng này là 40 cm-1, do đó nó được hấp thu mạnh bởi nước ở mô nông. Đặc điểm này khiến cho laser có thể thực hiện những đường cắt nông. Tản nhiệt bằng laser công suất cao có thể gây bốc hơi mô. Vùng tổn thương nhiệt do cắt bằng laser thay đổi từ 0,5 đến 1 mm và đảm bảo cầm máu tốt trong quá trính cắt ngay cả với các mạch máu có đường kính > 1mm. Thời lượng xung của Ho: Laser YAG đủ ngắn để sự tản nhiệt của các laser công suất thấp là tối thiểu (thời gian tản nhiệt của mô mềm được ước tính là 310 msec). Nó cũng dễ dàng dẫn truyền bởi các sợi silic có đường kính 150 to 940 µm một đặc điểm cho phép nó được sử dụng trong nội soi niệu.
4. Các biến chứng liên quan đến sử dụng Laser trong tán sỏi niệu
          Laser Ho:YAG lần đầu tiên được sử dụng để tán sỏi vào năm 1995. Laser holmium hoạt động theo một cơ chế kép: hiệu ứng quang điện và hiệu ứng quang hóa. Giống như các laser trước đây, laser xung ngắn nhanh chóng tạo ra các bong bóng hình cầu, nở ra một cách đối xứng đạt đến kích thước tối đa và rồi nổ vỡ mạnh. Sự nổ vỡ bóng tạo ra các sóng xung kích mà khi va chạm vào viên sỏi tạo ra cơ chế chính gây vỡ sỏi được biết đến là hiệu ứng quang điện và quang cơ. Giai đoạn xung dài của laser Ho:YAG tạo ra các bong bóng kéo dài mà tạo ra chỉ một sóng xung kích yếu. ngoài ra bong bóng tạo ra là không đối xứng do đó các phần khác nhau của bong bóng vỡ ở các thời điểm hơi khác nhau vì vậy tạo ra hiệu ứng đa sóng xung kích tạo ra từ một bong bóng đơn lẻ. Các sóng xung kích tạo ra bởi laser Ho:YAG yếu hơn nhiều so với các sóng xung kích tạo ra bởi các laser xung ngắn và đầu dò tán sỏi điện thủy lực.
          Laser Ho:YAG cũng hoạt động theo cơ chế quang nhiệt mà liên quan trực tiếp đến việc hấp thu năng lượng laser bởi viên sỏi. Nói cách khác viên sỏi tan chảy theo nghĩa đen. Ủng hộ cho thuyết này xuất phát từ phát hiện việc tán vỡ sỏi của laser Ho:YAG tăng lên khi nhiệt độ sỏi tăng lên và các sản phẩm phụ nhiệt của tất cả các thành phần sỏi được tìm thấy trên bề mặt của các hố tán và trong dịch rửa khi tán sỏi bằng laser Ho:YAG. Cơ chế quang nhiệt trong hoạt động của laser Ho:YAG có một vài ứng dụng trong lâm sàng. Hầu hết chúng ủng hộ việc xử dụng laser Ho:YAG trong tán sỏi tiết niệu. Không có một sóng xung kích rất mạnh làm giảm thiểu hiện tượng chạy sỏi mà được cho là tỷ lệ thuận với đường kính sợi laser, độ rộng của xung và năng lượng xung toàn bộ. Nó cũng giảm thiểu nguy cơ tổn thương do tán xạ với các mô lân cận (vd; thành niệu quản) và thiết bị nội soi mà thường gặp với năng lượng điện thủy lực.
          Do năng lượng của laser Ho:YAG được hấp thu bởi tất cả các thành phần của viên sỏi, laser này có thể được sử dụng để tán tất cả các loại sỏi bao gồm các sỏi cystine and calcium oxalate monohydrate cứng hơn. Một ích lợi khác của tán sỏi bằng laser Ho:YAG so với các phương pháp tán sỏi khác là có thể tạo ra các mảnh sỏi nhỏ hơn, dễ dàng hút ra mà không cần phải dùng rọ hay các dụng cụ gắp khác.
          Lợi ích lớn nhất của laser Ho:YAG là năng lượng laser có thể truyền đến đích bằng cách sử dụng các sợi silic có đường kính từ 150 đến 940 µm. Đặc tính này cho phép sử dụng nó trong các thủ thuật nội soi. Tuy nhiên cho dù các sợi laser có đường kính 200 µm là hoàn toàn đàn hồi, ta vẫn có thể chệch hướng ở đầu mút của một ống soi mềm 7.5-Fr khoảng 10 đến 45 độ khi nó được đặt qua kênh thao tác. Đặc điểm này có thể giới hạn tiếp cận cực dưới của thận đặc biệt khi thận ứ nước hay góc giữa niệu quản và cực dưới > 170 độ. Trong trường hợp này có thể chuyển sỏi từ cực dưới lên các đài ở cực trên bằng cách sử dụng rọ bắt sỏi.
          Hiệu quả tán sỏi tương quan với mật độ năng lượng và phụ thuộc vào năng lượng xung và đường kính của sợi dẫn quang. Mặc dù mật độ năng lượng tăng lên khi giảm đường kính dây dẫn, các nghiên cứu thực nghiệm chỉ ra rằng hiệu quả tán sỏi là tối ưu khi đường kính dây dẫn quang từ 365 đến 550-µm trong khi những sợi dẫn quang có đường kính 200 µm có tác dụng khoan sỏi tốt nhưng ít hiệu quả tán sỏi. Để hiệu quả tán sỏi tối đa, phẫu thuật viên nên di chuyển sợi laser trên bề mặt viên sỏi theo kiểu "vẽ tranh" như vậy sẽ tán vụn viên sỏi thay vì làm nó vỡ ra tứng mảnh. Phẫu thuật viên cũng nên tránh việc khoan sỏi bởi như vậy sẽ làm gãy đầu mút que tán hay khoan qua bên kia của viên sỏi gây tổn thương niệu mạc. Khi so sánh tác dụng của laser Ho:YAG trên vài loại mô mềm, công suất dùng để làm vỡ sỏi thấp hơn đáng kể. Nói chung, năng lượng xung khoảng 0,6- 1,2 J và tốc độ xung từ 5 đến 15 Hz được sử dụng. Do năng lượng xung cao làm hẹp lại bờ an toàn và có thể tăng khả năng chạy sỏi cũng như hỏng sợi laser. Người ta khuyến cáo rằng điều trị nên bắt đầu với năng lượng xung thấp (0,6J), và tốc độ xung là 6 Hz . tấn số xung được tăng lên (ưu tiên tăng năng lượng xung) khi cần thiết để tăng tốc độ vỡ sỏi
          Các ưu điểm khác của laser Ho: YAG bao gồm: máy nhỏ gọn đòi hỏi bảo trì tối thiểu và sẵn sàng để sử dụng 1 phút sau khi khởi động. Các yêu cầu bảo vệ mắt cho Ho: YAG laser không làm giảm tầm nhìn nội soi của bác sĩ phẫu thuật, và mức năng lượng được sử dụng cho bệnh sỏi (tức là <15 W) sẽ
Chỉ có hại cho giác mạc của phẫu thuật viên nếu mắt bị đặt ở khoảng cách ≤10 cm từ sợi phát laser.
          Miễn là laser Ho: YAG được bắn ra xa niệu mạc, tổn thương mô mềm không được quan sát bởi vì phần lớn năng lượng laser được hấp thụ bởi môi trường (thường là nước) giữa sợi laser và niêm mạc. Tổn thương niệu mạc rất khó xảy ra nếu khoảng cách giữa sợi và niệu mạc > 0,5 mm.
          Biến chứng do laser là hiếm khi xảy ra miễn là toàn bộ thủ thuật được làm với tầm quan sát rõ ràng. Nếu bụi sỏi bắt đầu che tầm nhín của phẫu thuật viên, quá trình tán sỏi nên tạm dừng cho đến khi tưới rửa làm phẫu trường rõ hơn. Nếu laser chạm vào niệu mạc thì độ sâu của tổn thương nhiệt là 0,5mm. Tổn thương hay gặp là khuyết niêm mạc nhỏ hay thủng nhỏ bằng kích thước sợi laser.
          Các nghiên cứu lâm sàng cho thấy tỷ lệ hẹp và thủng thấp khi sử dụng laser Ho: YAG. Hầu hết các trường hợp thủng là nhỏ có thể điều trị bằng đặt JJ niệu quản và không cần chuyển mổ mở. Cũng cần cẩn thận không khoan xuyên sang phía bên kia viên sỏi vì có thể làm tổn thương niệu quản mà không biết. Cuối cùng vì laser có thể cắt đứt kim loại nên điều quan trọng là không để tia laser tiếp xúc với guidewire hay rọ bắt sỏi. Hơn thế nữa, sợi laser phải để xa mũi kính soi ít nhất 2 mm để tránh làm hỏng thấu kính.
          Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, phá vỡ sỏi acid uric bằng hiệu ứng quang nhiệt sẽ tạo ra cyanide theo một tỷ lệ tuyến tính với tổng năng lượng homium được sử dụng. cyanide tan mạnh trong nước và dễ dàng hấp thu bởi niệu mạc bình thường hay đã bị tổn thương. Cho đến khi độc tố này được hiểu rõ hơn thì sử dụng laser Ho: YAG cần cản trọng khi tán những viên sỏi acid uric lớn, đặc biệt khi có tổn thương mô mềm vì có thể gây nhiễm độc cyanide.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bandi G., Nakada S.,Y.(2010), "complications of lasers in urologic surgery", complications of urologic surgery, Saunders Elsevier, pp: 199-209.
2. Herrmann T.,W., Bach T.(2015), " Update on lasers in urology 2015", World J Urol ,33, pp:457–460.

Tác giả bài viết: Ts.Bs. Phan Khánh Việt – Khoa Ngoại Tổng hợp