钬激光光纤：在泌尿外科“打碎石头”的那根细丝

钬激光碎石，这几年几乎成了泌尿外科的标配。很多人听说过“钬激光”，却少有人意识到：真正在体内“干活”的，其实是一根极细的光纤——它要经尿道、输尿管一路“钻”到肾里，把几十瓦甚至上百瓦的脉冲激光精确送到石头表面，在不烫坏输尿管的前提下把结石打成粉末或小颗粒。这根细丝背后，涉及到材料、光学、机械和临床医学的交叉。

下面我用几个部分，把“钬激光光纤”这件事讲完整。

一、先把背景交代清楚：

1）钬激光的基本特点

钬激光一般是指Ho:YAG（掺钬钇铝石榴石）激光，典型波长约2.1μm，位于水的强吸收峰附近。这意味着：

激光能量主要被水吸收（不管是组织里的水，还是结石周围及激光光纤顶端的水）

作用范围非常“浅”，不易向周围组织扩散太多热

以脉冲形式发射，每个脉冲时间通常在几百微秒量级

正是这种“水吸收+短脉冲”的特性，使它非常适合在充满水的泌尿系统腔道中工作：能量在光纤与结石之间的薄水层中迅速吸收，产生微小空泡和机械应力，将结石一层层“敲”碎。

2）为什么一定要用“光纤”来传输？

泌尿系统是狭长的自然腔道（尿道–膀胱–输尿管–肾盂），不可能像在开放手术里那样直接把激光头放在石头表面；

输尿管镜（尤其是软镜）的工作通道非常细，往往只有200–500μm内径，只能容纳细光纤进出；

激光必须精确“打”在结石上，而不是打在输尿管壁上，因此光纤既要有足够柔性，又要有一定的刚性与推送性。

二、光纤长什么样？从结构到端面的小细节

一根用于钬激光碎石的光纤，从横截面看其实和普通多模光纤类似，但要求苛刻得多：

1）基本结构

纤芯（core）：真正传输激光的部分，常用芯径从150μm到550μm甚至更大，根据应用场景选择；材料多为高纯石英

包层（cladding）：折射率略低于纤芯，用于限制光在纤芯内传输；典型外径0.66 mm左右

涂覆层（coating）：起机械保护和缓冲作用，通常材料为高分子

外部护套：最外一层，增加耐磨、抗弯折、耐化学腐蚀等性能

2）端面构型：直出vs侧出

直出光纤（end-firing）：激光从光纤末端“直直地”打出去，适用于正对结石进行“钻孔”式的接触碎石；

侧出光纤（side-firing）：端面经过特殊磨削与镀膜设计，使激光以一定角度（如70°左右）从侧面射出，用于大面积结石表面扫描式碎石，或者在需要尽量保持光纤与结石一定距离时使用。

侧出光纤的折射面角度、反射膜层设计非常讲究，要在高能量密度下保持稳定，还要经受反复冲洗和接触结石的考验。

3）接口与激光器连接端

光纤靠近激光器的一端通常配有标准接头（如SMA905或其他专用接口），保证与激光输出头之间重复插拔时光学对准稳定；

有的型号设计了“可拆卸手柄”，方便术者握持、操作光纤推进与收回。

三、关键参数：医生和工程师都在看什么？

1）纤芯直径（core diameter）

小芯径（如200μm左右）：适合软镜、弯曲空间大、通过性好的场合；但损伤阈值相对较低，在大能量/高频率下更易端面损伤；

大芯径（365–550μm）：能承载更高功率，碎石效率高，但柔韧性下降，更适合硬镜、经皮肾镜（PCNL）等大通道场景。

2）数值孔径（NA）

NA决定了光束从光纤出来时的发散角，典型NA约0.2–0.3；

NA过大，光束发散快，能量密度降低；NA过小，则对光纤弯曲的容忍度变差，容易损耗。一般厂家会综合考虑柔性与功率密度，选择一个平衡值。

3）最小弯曲半径与抗折性

输尿管软镜在工作时会有较大弯曲，光纤要能在狭小弯道中反复通过而不折断；

医用光纤通常在涂覆层、材料配方上做了优化，使“短时间允许弯曲半径”比较小，但要明确区分“短时间”和“长时间”弯曲半径，否则疲劳断裂风险显著上升。

4）端面损伤阈值与寿命

激光能量密度、脉冲频率和单脉冲能量共同决定光纤端面寿命；

很多厂商会给出推荐的“单脉冲能量/频率”组合，超过该范围，端面烧蚀或涂层剥离风险显著增加；

碎石中如光纤端面接触结石或组织，更容易发生热损伤和机械磨损，形成“黑点”，随后散射与损耗增大，进一步恶化形成恶性循环。

5）一次性vs可重复使用

一次性光纤：单次手术后丢弃，免去清洗、检测与端面再抛光等步骤，降低交叉感染与端面损伤导致术中失效的风险；

可重复使用光纤：材料与工艺要求更高，需要在手术间进行严格清洗、检测（如端面显微镜检查、衰减测试），多次使用后仍要保持性能稳定。

四、在泌尿外科手术中的实际用法

1）经尿道输尿管硬镜/软镜碎石

光纤通过输尿管镜的工作通道进入，直视下将光纤末端贴近或接触结石表面；

设置激光参数（能量、频率、占空比等），通常采用“低能量、高频率”的“粉末化”模式，将结石打成细沙状，更利于排出；

对于硬结石或嵌顿性结石，医生可能先用较高能量“碎成块”，再逐步粉末化。

2）经皮肾镜碎石（PCNL）

通道更大，允许使用大芯径、高功率光纤或“直出+侧出”多种光纤；

医生可以在较大空间内自由移动光纤，快速粉碎较大的肾结石。

3）膀胱结石碎石

通过膀胱镜工作通道进入，视野开阔、操作空间大，一般使用较粗光纤、较高功率。

五、临床关注的安全问题

1）热损伤与输尿管狭窄

虽然钬激光主要作用于水，但手术时间长、单次碎石能量过高、光纤长时间贴近同一处输尿管壁，仍可能导致热累积和术后输尿管狭窄；

因此新趋势是发展“短脉冲、高峰值功率、低热沉积”的碎石方案，例如铥激光（Tm:YAG）短脉冲碎石，其目标就是“光机械碎石”而非“光热碎石”，从原理上减少热损伤。

2）光纤折断与残留

在软镜中过度弯曲、推送力过大、光纤已有损伤的情况下，可能发生光纤断在体内的情况；

术前检查光纤外观，术中注意弯曲半径，避免“硬拉硬拽”；

一旦断在体内，需用抓钳或套石篮取出，残留光纤碎片长期留在泌尿系统内是潜在风险。

3）光纤端面污染/损伤导致功率下降

污染：血液、尿液、结石碎屑附着在光纤端面，会导致出光功率下降、激光散射增加；

损伤：端面烧蚀、涂层脱落，形成黑斑或坑点；

术中如发现激光明显“打不动”或输出功率异常，应及时检查光纤端面或更换光纤，不要硬顶。

4）激光安全

必须使用配套的激光防护眼镜，波长对应钬激光2.1μm；

确保光纤与激光器连接良好，避免端面脏污导致连接头烧损或回反光对激光器的损害。

六、选型和使用中的一些“实战经验”

1）根据术式选择光纤规格

软镜、小通道：优先选200–270μm芯径、高柔韧性、小弯曲半径的光纤；

经皮肾镜、膀胱镜：可用365–550μm芯径，承载更高功率，提高碎石效率。

2）光纤寿命和更换策略

一次性光纤：一旦手术结束即丢弃，避免清洗不、端面损伤等带来的隐患；

可重复使用光纤：建议制定“使用次数上限”+“端面检测标准”，比如使用10次或端面出现可见烧蚀坑，就应淘汰或返厂维修。

3）术中操作习惯

“少量多次”碎石：避免在一个点长时间连续照射；

保持适当工作距离：尽量不要让光纤紧贴输尿管壁；

经常回抽光纤检查：特别是在软镜大角度弯曲时，留意光纤是否有打折、压扁；

注意内镜视野：时刻看清光纤末端位置，避免“盲打”。

七、技术演进：从钬到铥、从“烧”到“敲”

近年来，出现了像短脉冲铥激光（SP-Tm:YAG）这样的新方案，目标是“无热损伤光机械高效率粉末化碎石”——用极短脉冲、峰值功率在结石上产生强机械应力，让结石“被震碎”而不是“被烧化”。从光纤角度看，新光源意味着：

更短脉冲、更高峰值功率→对光纤端面和涂层提出更高的抗损伤阈值要求；

更高平均功率→对光纤发热、涂覆层和外套材料提出更高耐热要求；

不同波长（如2.01μm）→水吸收特性略有变化，光纤材料和结构需做针对性优化。