Ablation rates with Holmium:YAG and Thulium Fiber Laser: Influence of the stone phantom homogeneity. An in vitro study

Abstract

Objectives

The lithotripsy efficiency (LE) in vitro study requires artificial or human stone samples (AS, HS). With the development of dusting lithotripsy, less ex vivo HS are available. We aimed to compare Thulium Fiber Laser (TFL) and Holmium:YAG (Ho:YAG)’s LE and define the most accurate LE parameter.

Methods

Hard and soft homogenous- and heterogenous-AS (Ho-AS, He-AS) were made to reproduce calcium-oxalate monohydrate and uric acid stones, respectively by a rapid or slow brewing of BegostonePlus (Bego) and distilled water. One hundred and fifty and 272 μm-laser fibers, connected to 50W-TFL and 30W-HoYAG generators, compared three settings for TFL (FD: 0.15 J/100 Hz; D: 0.5 J/30 Hz; Fr: 1 J/15 Hz) and two for Ho:YAG (D-Fr). An experimental setup consisted in immerged 10 mm cubic stone phantoms with a 20 seconds’ lasing spiral, in contact mode, repeated four times. Stones were dried, weighted and μ-scanned (ablation weight and volume [AW and AV]).

Results

With He-AS, dusting AV were four- and three-fold higher with TFL compared to Ho:YAG against hard and soft (P < 0.05). In fragmentation, AV were two-fold higher with TFL compared to Ho:YAG against hard (P < 0.05) and soft (P < 0.05). Experiments with Ho-AS were associated with non-significant differences when comparing TFL-150 μm and TFL-272 μm. The ablation weight-volume correlation coefficients was higher with Ho-AS than with He-AS (P < 0.0001), and with hard than soft AS. If the LE can be estimated by the AW with hard AS, this approximation is not consistent for soft AS.

Conclusion

TFL presented higher ablation rates than Ho:YAG, significant with He-AS. If the AW is acceptable and less expensive for hard Ho-AS, AV are more accurate for He-AS, which are suggested to imitate closely HS.

Objectifs

L’étude in vitro de l’efficacité de la lithotritie laser (LL) nécessite des calculs humains ou artificiels (HS, AS). Avec le développement de la pulvérisation, peu d’HS sont encore disponibles. L’objectif était de comparer l’efficacité des lasers thulium fibré (TFL) et Holmium:YAG (HoYAG) et à définir le meilleur critère d’efficacité de la lithotripsie.

Matériel et méthodes

Des AS homogènes et hétérogènes durs et tendres (Ho-AS, He-AS) ont été confectionnés pour reproduire des calculs d’oxalate de calcium monohydraté et d’acide urique, respectivement, par mixage rapide ou lent de BegostonePlus (Bego) et d’eau distillée. Des fibres laser de 150 et 272 μm, connectées à des générateurs TFL de 50W et HoYAG de 30W, ont été comparées à trois réglages pour TFL (FD : 0,15 J/100 Hz ; D : 0,5 J/30 Hz ; Fr : 1 J/15 Hz) et deux pour HoYAG (D-Fr). Des tirs laser respectant une trajectoire spiralée de 20 secondes en contact avec des AS cubiques de 10 mm. Les échantillons étaient ensuite séchés, pesés et scannés (volume d’ablation, VA).

Résultats

Avec les He-AS, les VA en dusting étaient au moins trois fois supérieurs avec le TFL par rapport au Ho:YAG (p < 0,05). En fragmentation, les VA étaient deux fois supérieurs avec le TFL par rapport au Ho:YAG (p < 0,05). Les expériences avec Ho-AS ont été associées à des différences non significatives en comparant TFL-150 μm et TFL-272 μm. Les coefficients de corrélation poids-volume d’ablation étaient plus élevés avec Ho-AS qu’avec He-AS (p < 0,0001), et avec AS dures qu’avec AS tendres.

Conclusion

Le TFL présente des taux d’ablation plus élevés que l’Ho:YAG, significatifs avec calculs artificiels hétérogènes. Si l’utilisation du poids ablaté est acceptable pour les calculs homogènes durs, le volume est plus fiable pour les calculs hétérogènes.