4213 0

Клиническое использование лазеров в детской хирургии. Опыт, накопленный автором и другими исследователями, позволяет говорить о высокой эффективности применения лазеров в детской хирургии. Использование лазерных технологий при хирургических вмешательствах обладает существенными преимуществами перед другими традиционными методами операций.

Кожные покровы. Одной из областей, где прежде всего стал применяться лазер, были различные виды поражения кожи и подкожных тканей, особенно сосудистые аномалии: винные пятна, звездчатые ангиомы, телеангиэктазии, пиогенные грануломы, ангиокератомы, пятна цвета кофе с молоком, гемангиомы.

Кожные ангиомы в области лица, сочетающиеся с туберозным склерозом, также хорошо отвечают на лазеротерапию и, в противоположность большим гемангиомам, требующим иногда неоднократного применения лазера, при этих маленьких ангиомах обычно достаточно бывает одного сеанса.

При лечении поверхностных кожных поражений мы начинаем терапию лазером КТР/532 с относительно небольшой мощности лазерного излучения — в пределах 1—2 ватт. Мы применяем широкий диапазон диаметра пятна лазерного излучения (2—5 мм) и подобно тому, как в компьютерной «цветной» программе «стирается» цвет, так и мы как бы удаляем («выкрашиваем») пигмент.

При использовании этого метода пациенты испытывают минимальный дискомфорт, однако порой могут образовываться волдыри. За 3 недели в большинстве случаев результаты проявляются отчетливо и становится ясно, есть ли необходимость в повторном применении лазера или нет. Мы не сталкивались с осложнениями, достигая через несколько недель таких же результатов, какие при выжидательной тактике и спонтанной эволюции наблюдаются лишь через несколько лет.

Анестезиологи должны быть знакомы с лазерами и опасностями, которые несут в себе лазеры, чтобы принять все меры предосторожности. При осуществлении вмешательств с лазером следует применять специальные невоспламеняющиеся и неотражающие эндотрахеальные трубки. Концентрация вдыхаемого кислорода (F10,) должна быть минимальной, не превышая 0,5.

Грудная клетка. Мы, как и другие хирурги, применяли лазеры при многих видах интраторакальных поражений. Новые гибковолоконные системы позволяют использовать лазеры для торакоскопической биопсии опухолей средостения и некоторых легочных образований, а также в отдельных случаях для резекции через торакоскоп кист, локализующихся в грудной клетке.

Лазеры, кроме того, облегчают выделение и сводят к минимуму кровотечение при повторных торакотомиях. Легче осуществлять с помощью лазера и резекцию паренхиматозных врожденных образований, таких как легочная секвестрация, или обусловленных воспалительными заболеваниями. Лазеры обеспечивают прекрасный гемостаз и сводят к минимуму подтекание воздуха, герметизируя («запаивая») паренхиму во время разреза.

Солитарные кисты легких также можно лечить с помощью лазера, при этом слизистая выстилка кисты облитерируется без повреждения прилежащей здоровой легочной ткани.

В настоящее время во всех случаях, когда подозревается опухоль средостения, мы производим торакоскопическую биопсию. Как только при вмешательстве возник пневмоторакс, через соответствующее межреберье вводят троакар, через который осуществляют ревизию. В большинстве случаев необходимо ввести еще только один дополнительный троакар, чтобы произвести биопсию и осуществить гемостаз.

Для иссечения больших образований и кист могут потребоваться 4 или 5 троакаров. Один из них используют для введения телескопа, другой —для электрокаутера, лазера или слепой диссекции. Остальные троакары служат для подтягивания и извлечения образования. В большинстве случаев пациенты уходят домой в тот же или на следующий день. Во введении дренажной трубки в плевральную полость нет необходимости.

Резекция легкого может быть осуществлена с помощью EndoGIA (United States Surgical, Norwalk, CT) приспособления для наложения скобок, что помогает произвести диагностическую биопсию легкого в тех случаях, когда без биопсии невозможно отдифференцировать злокачественное поражение от инфекции.

Торакоскопия у детей младше 3—4 лет требует применения инструментов соответствующего размера. В этих случаях одновременное введение нескольких инструментов в небольшое пространство грудной клетки ограничивает поле деятельности и затрудняет вмешательство.

Брюшная полость. Как показывает наш опыт, особую ценность имеет лазер в абдоминальной хирургии. Лапароскопия с применением лазеров становится методом выбора в обследовании детей с лихорадкой неясной этиологии или для биопсии печени и других органов и образований, особенно при необходимости исключить злокачественное поражение.

У пациентов детского возраста лапароскопическим путем производят холецистэктомию и аппендэктомию, при этом дети значительно быстрее возвращаются к своей обычной активной жизни, включая школьные и спортивные занятия, чем в тех случаях, когда эти вмешательства осуществляются традиционным способом.

Мы анализировали результаты лапароскопического применения лазеров для аппендэктомии у детей с целью выяснения достоинств и недостатков этого метода. При сравнении лапароскопической аппендэктомии с открытой аппендэктомией мы не обнаружили существенных различий между двумя группами пациентов относительно тяжести течения заболевания, общей стоимости курса лечения в стационаре и частоты осложнений. У 36% больных, которым производилась лапароскопическая аппендэктомия, был перфоративный аппендицит с абсцессом.

Длительность операции при перфоративном аппендиците была в два раза больше, чем при неосложненной форме заболевания. Дети, перенесшие лапароскопическую аппендэктомию, быстрее выписывались из стационара и быстрее возвращались к нормальной активной жизни, чем те пациенты, которым вмешательство проводилось традиционным путем.

В большинстве случаев дети, перенесшие лапароскопическую аппендэктомию, могут быть выписаны из стационара в тот же или на следующий день. Они возвращаются в школу и к обычной, ничем не ограниченной активной жизни, как только начинают чувствовать себя нормально, то есть обычно через 24—48 часов после операции.

Рис. 83-4 Гибкий фиброоптический лазерный инструментарий (600 микрон), подходящий к 2,1-мм Visicath, через канал которого может пройти лазерный световод.

Подобным же образом при четко диагностированном с помощью радиологических методов утолщении стенки пищевода с сужением его просвета и деформацией в виде песочных часов, приобретенная стриктура пищевода может быть успешно устранена радиальными разрезами лазером в комбинации с дилатацией и инъекцией стероидов. При Н-типе трахеопищеводного свища у новорожденных лазер может быть использован для деэпителизации свиша, что приводит к облитерации его просвета в результате рубцевания без оперативного вмешательства.

Мочеполовой тракт. Лазерное излучение, не поглощаемое водой, может быть с успехом применено при многих эндоскопических вмешательствах на мочеполовом тракте у детей. Лазером разрушают врожденные клапаны задней уретры, уретероцеле, дивертикулы уретры (рис. 83-6).

Рис. 83-6. А, Дивертикул уретры, препятствующий обычной катетеризации, у грудного ребенка с тетраплегией.
B, На ретроградной уретрограмме виден дивертикул задней уретры.
C, Открытый просвет после разрушения лазером обшей стенки между уретрой и дивертикулом.
D, На уретрограмме дивертикул не определяется.

Минимальная энергия, необходимая для разрушения тканей или осуществления гемостаза при использовании лазера, по сравнению с элек-трокаутером, обеспечивает меньшее повреждение прилежащих тканей и, следовательно, минимальный отек в послеоперационном периоде, а также снижает частоту осложнений. У новорожденных для лечения врожденной патологии мы применяем КТР/532 лазер в импульсном режиме с мощностью 1—3 ватт. У старших пациентов требуется более высокая мощность — от 4 до 7 ватт.

Наружные образования в области гениталий, например папилломы, также успешно лечатся с помощью лазера. По некоторым данным, лечение больших экзофитных образований наиболее эффективно может быть осуществлено именно с помощью С02 или других лазеров. Хотя «дымка», образующаяся при работе с лазером, не содержит вирусы, тем не менее необходимо соблюдать обычные меры предосторожности, включая удаление дымки. Этого, как правило, достаточно для защиты персонала, работающего в операционной.

Мы производили разрушение лазером неперфорированного гимена и вагинальных перегородок у новорожденных и старших детей и настоятельно рекомендуем применять именно этот метод в лечении указанных видов патологии.

К.У. Ашкрафт, Т.М. Холдер

С момента создания Майманом (Maiman) первого лазера в 1960 году лазерные системы стали широко применяться в разных областях науки, в том числе и в повседневной медицинской практике. Слово лазер (laser) представляет собой акроним, состовленное из начальных букв слов, указывающих принцип его работы: L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation-усиление света вынужденным излучением . В последние годы значительно увеличилось количество разных лазеров, однако все лазерные устройства состоят из трех основных компонентов: источника энергии, активной среды и лазерного резонатора. Лазерный пучок, получаемый при вынужденном излучении в результате многократного отражения света между зеркалами лазерного резонатора, обладает следующими тремя специфическими свойствами :

• когерентностью - все волны лазерного пучка имеют одинаковую фазу;
• коллимированностью (направленностью) - очень малым расхождением лучей лазерного пучка даже на больших дистанциях, т.е. почти параллельные лучи;
• монохроматичностью - все волны имеют одинаковую длину и частоту (экстремально узкая спектральная полоса излучения).

Механизм селективной фотокоагуляции заключается в избирательном поглощении различными компонентами биологических тканей лазерной энергии определённой длины волны, что приводит к их избирательному разрушению без нанесения ущерба окружающей ткани . При лечении патологии сосудистого генеза основное применение нашли высокоэнергетические диодные лазеры, генерирующие луч в диапазоне пиков абсорбции гемоглобина и карбоксигемоглобина (810-980 нм). В нашей практике комплексного лечения сосудистых заболевании мы применяем диодный лазер «Medilas D Skin Puls S» (фирмы «Dornier», Германия) с длиной волны 940 нм (Рис.1).

Рисунок 1. Диодный лазер «Medilas D Skin Puls S»

Диодный лазер применяется при следующих потологиях:

Сосудистые дисплазии:

• винные пятна
• венозные и артерио-венозные дисплазии
• лимфангиоматозные, смешанные дисплазии

Гемангиомы

• капилярные
• кавернозные

Телеангиэктазии на лице

Сосудистые звёздочки

Ангиомы губ рта:

• маленькие
• большие

Старческие гемангиомы

Варикозное расширение вен нижных конечностей:

• система большой подкожной вены (БПВ)
• система малой подкожной вены (МПВ)
• смешанные формы

Тромбофлебит варикозно расширенных вен:

• участки основных стволов (БПВ и/или МПВ)
• ветви основных стволов
• смешанные формы

Варикозная болезнь вен нижних конечностей (ВБВНК), будучи одним из самых распростроненных заболеваний, сопровождается широким спектром проявлении функционального и органического характера, эстетических дефектов, существенно ухудшая качество жизни пациентов. Высокая травматичность традиционных операции при ВБВНК, длительный период послеоперационной нетрудоспособности, помножение количество ежегодно оперируемых, определяют медицинскую и социальную значимость этой проблемы. Ликвидация высокого вено-венозного сброса и магистрального варикоза в системе боьшой подкожной вены (БПВ) является основной задачей лечения у подавляющего большинства пациентов ВБВНК. В повседневной практике для ее решения обычно используют операцию Бебкока в классическом виде или в более современных модификациях (инверсионная флебэктомия, PIN-стриппинг, криофлебэктомия и др.). Однако зондовые методы удаления вены травматичны, нередко страдают венозные притоки, обрываются коммуникантные вены, повреждаются лимфатические коллекторы и нервные стволы, обширные гематомы в канале БПВ и подкожно-жировой клетчатке бедра вызывают длительный послеоперационный болевой синдром и замедляют темпы медико-социальной реабилитации пациентов .

Вот почему, с учетом современных тенденции развития флебологии, большую актуальность приобретает разработка и внедрение принципиально новых технологии лечения магистрального варикоза. Эндовенозная лазерная коагуляция (ЭВЛК) варикозно измененных вен высокоэнергетическим диодным 940 нм лазером Dorier Medilas D Skin Pulse S является альтернативой традиционным зондовным методам хирургического лечения. По данным разных авторов, ЭВЛК приводит к окклюзии сосуда в 95% , что является относительно хорошим результатом по сравнению с кклассической хирургией. Процедуры могут проводится амбулаторно или в стационаре, под местной инфилтрационной, проводниковой или внутривенной анестезией. При классическом варианте, по методике, описанной Proebstle с соавт., у медиальной лодыжки или в верхней трети голени по медиальной поверхности под визуальным и пальпаторным контролем или под контолем УЗИ пунктируется ствол БПВ толстой пункционной иглой (16-18G), через иглу вводится гибкий металлический J-проводник, затем обычный ангиографическийн катетр 5-6F (Cook, Cordis). Проводник удаляется и через катетр вводится гибкий световод, типа «AngioSpot», с наружным диаметром 1мм, подсоединенный к диодному лазеру. В условиях напряженной инфильтрации паравазальных тканей проводится лазерная коагуляция в импульсном режиме, при этом катетр со световодом извлекается с шагом 3-5мм в секунду (на один импульс) (Рис.2). Продолжительность самой манипуляции ЭВЛК не превышает 3,5-4,5 мин., общая длительность процедуры в среднем состовляет 60мин .

Рисунок 2. Этап ЭВЛК ствола БПВ на н/3 голени.

Механизм ЭВЛК на экспериментальной модели изучил Proebstle с соавт. (2003г.) из университетской клиники Майнца (Германия). Это исследование показало перфорацию стенок вен в зоне прямого лазерного воздействия и теплового поражения смежных участков стенок вен. Автор полагает, что эффект теплового поражения (и как результат-тромботическая окклюзия вены) обусловлен образованием пузырков пара в ходе лазерного воздействия. При этом кровь является хромофором, поглощяющим энергию лазерного излучения . Результаты морфологического исследования свидетельствуют о возникновении локального коагуляционного некроза эндотелия, являющегося в свою очередь основой формирования окклюзивного тромбоза коагулированной вены. Такой патогенез тромбоза теоретически не требует освобождения вены от крови и не лимитирует диаметр коагулируемой вены .

В нашей практике ЭВЛК мы применяем не как изолированный метод, а в комбинации с традиционной кроссэктомией и минифлебэктомией. Такая комбинация повышает радикальность операции и уменьшает процент возможных рецидивов, а также дает возможность применить метод при тромбофлебите основных венозных стволов и варикозных вен .

После завершения операции проводится эластическое бинтование конечности до суток. В далнейшем применяется компрессионный трикотаж на период до 1мес и более в зависимости от выраженности патологических изменении вен. В раннем послеоперационном периоде с целью обезболивания назначаются нестероидные противовосполительные препараты (диклофенак, кетонал), а также с целью профилактики тромбофлебита низкомолекулярные гепарины (фраксипарин, клексан) в профилактических дозах на срок до 5 дней. С первых суток послеоперационного наблюдения отмечается незначительная гиперемия по ходу коагулированной вены, пальпаторно определяется умеренно болезненный плотный тяж, в ряде случаев субфебрилитет в вечернее время. Операции выполняются в рамках «стационара одного дня» и 85% больных готовы покинуть клинику до 24ч после операции, что позволяет говорить о значительном снижении травматичности вмешательства .

Серезных осложнении от применения ЭВЛК не наблюдаются. В редких случаях, по ходу коагулированных вен отмечаются фрагментарные тромбофлебиты, преходящие парестезии по медиальной поверхности голени и стопы, гиперпигментация по ходу вены в течении 2-3мес, которые легко устраняются обычными консервативными методами .

Таким образом:

• Метод ЭВЛК является малоинвазивной альтернативой традиционной флебэктомии.
• ЭВЛК применима при всех стадиях ВБВНК для коагуляции БПВ и МПВ, их притоков, а также для вен большого диаметра. Применима также и при наличии тромбофлебита с обязательной, предварительной кроссэктомией.
• Применение ЭВЛК значительно снижает операционную травму, определяет низкий процент послеоперационных осложнении и сокращает продолжительность пребывания больного в стационаре.

Одним из частых проявлении хронической венозной недостаточности является развитие телеангиэктазии - сосудистых «звездочек», «сеточек», «паучков», видимых на коже невооруженным глазом. Диаметр нормальных сосудов, находящихся в коже - около 20 микрон. Расширенные сосуды, диаметром 100 микрон (0,1мм) и больше, образуют телеангиэктазии. Термин телеангиэктазия произошел от трех латинских слов: tel, angio, ectasia, обозначающих расширенный кончик сосуда . Около 80% людей, страдающих от варикозного расширения вен, имеют так называемые «паукообразные вены». Зачастую они располагаются не только на ногах, но и на шее и лице. Сосудистые звездочки, сеточки и паучки чаще всего встречаются у женшин, которые наиболее чувствительны к такого рода косметическим дефектам. В этой связи вопросы лечения приобретают особое значени . В настоящее время наиболее эффективными методами лечения подобных состоянии являются компрессионная склеротерапия и чрескожанная лазерная коагуляция (ЧЛК) с применеием диодного лазера «Medilas D Skin Pulse S». Доставка лазерной энергии при ЧЛК осуществляется ручной фокусирующей насадкой со сменными оптическими элементамы типа «AngioSpot», обеспечивающими размер фокусного пятна 0,5; 1,0; 1,5мм (Рис.3) .

Рисунок 3. Чрескожанная лазерная коагуляция телеангиэктазии на голени.

Размер фокусного пятна при проведении лечения необходимо выбирать в соответствии с показаниями. Лечение больших сосудов выполняется гораздо быстрее при использовании пятна большого диаметра, в то время как для лечения небольших и малых сосудов чаще применяется малое фокусное пятно, позволяющее проводить прецизионную обработку. В таблицах 1 и 2 приведены типичные параметры для лечения тлеангиэктазии в зависимости от их размеров и расположении :

Таблица 1: Типичные параметры для лечения поражении поверхностно расположенных сосудов (лицевые телеангиэктазии)

Таблица 2: Типичные параметры для лечения поражении сосудов глубокой локализации (телеангиэктазии нижних конечностей)

При проведении процедуры может отмечатся умеренное болезненность, которая практически не требует анестезии, в редких случаях может быть предложена местная анестезия кремом «Эмла», в нашей практике мы применяем местное охлаждение с помощью льда . Процесс лечения начинается с подбора оптимальной плотности энергии, при которой обработка визуально сопровождается исчезнованием или резким побледнением сосуда. Сосуды обработываются от периферии к центру с шагом 1-2мм за 1-2 перехода. Примерно через 5мин после окончания процедуры на коже появляется покраснение, исчезающее через 3-6ч . Эластическая компрессия после ЧЛК не применяется. Американские автори провели оценку эффективности компресии после ЧЛК телеангиэктазии нижих конечностей и не выявили статистически достоверных различий в результатах лечения с использованием компрессии и без нее . В результате лечения степень очищения 75-100% для локализации на нижних конечностях отмечается около 95% пациентов. Большая часть сосудов исчезает после первого сеанса лечения, однако для удаления большинства сосудов может потребоватся 2, 3 и даже 4 сеанса. Полное или почти полное исчезновение телеангиэктазии лица наблюдается у 90% пациентов. Без проблем лечатся расширенные сосуды щек, наиболее сложно лечить телеангиэктазии, локализованные на крыльях носа .

При правильно подобранных параметрах побочные эффекты носят умеренный и обратимый характер :

1. Жжение в области проведения процедуры в течении 1-2ч.
2. Гиперемия и умеренный отек кожи в течении суток.
3. Гипопигментация в течение нескольких недель.
4. Образование точечных корочек, которые исчезают в течени 7 дней.

В случае сосудов с диаметром более 1,5мм наиболее эффективным методом остается склеротерапия. Умелое сочетание этих двух методов дает хороший и устойчивый косметический результат .

Диодный лазер с большим успехом использовается и при лечении врожденных заболеваний сосудов (CVD - congenital vascular disorders), таких как например наиболее часто встречающихся патологии из этой группы - ""винных пятен"" и капилярных гемангиом. Этими сосудистыми патологиями страдают от 1 до 3% населения, помимо риска развития осложнений, эти патологии сильно уродуют больного, являются постоянным источником психологического дискомфорта, особенно у детей и подростков . Лечение основано на концепции селективного фототермолиза аномальных сосудов, образующих «винные пятна» и гемангиомы, без повреждения самой кожи. Лазерная коагуляция выполняется методом «точка за точкой». Может потребоваться несколько сеансов с интервалом 2-3 месяца между ними. После операции обработанные места осветляются, на третий день покрываются корочкой, через неделю корочки отходят и остается розовое или красное пятно, которое держится полторы-две недели, потом пятно становится коричневатым и остается таким еще полторы-две недели. Через 2-3 месяца обработанная область приобретает цвет, свойственный коже пациента .

Таким образом можно констатировать, что лазерные технологии нашли стойкое применение в медицине, в том числе и в сосудистой и эстетической хирургии. Однако для вынесения окончательного суждения об истинных возможностях лазеров и показаниях к этому методу необходимо дальнейшее накопление клинического материала и изучение отдаленных результатов вмешательств.

Список литературы:

1. Шевченко Ю.Л., Стойко Ю.М., Лыткина М.И.. Основы клиниеческой флебологии. 2005г, с.158-164, с.278-282.
2. Шулутко А.М., Османов Э.Г., Чакеватзе Н.Г. Инновационные технологии на основе эндовазальной лазерной коагуляции при лечении острого варикотромбофлебита. Грудная и сердечно-сосудистая хирургия, N3, 2006, стр.28-31.
3. Кириенко А.И., Богачев В.Ю., Золотухин И.А., Брюшков А.Ю., Журавлева О.В. Эндовенозная лазерная облитерация большой подкожной вены при варикозной болезни. Журнал «Ангиология и сосудистая хирургия», N1-2004г.
4. Лядов К.В., Стойко Ю.М., Соколов А.Л., Баранник М.И., Белянина Е.О., Лавренко С.В. Лазерная облитерация подкожных вен в лечении варикозной болезни. Реф.-2004г.
5. Суханов С.Г., Ронзин А.В., Власов П.Г. Комбинация компрессионной склереотерапии и лазеротерапии в лечении варикозной болезни и телеангиэктазии нижных конечностей. «Ангиология и сосудистая хирургия», том 5, 4-1999г.
6. Богачев В.Ю. Обзор материалов международного флебологического конгресса (Сан Диего, США, 27-31.08.2003г.). «Ангиологиа и сосудистая хирургиа», том10, N2-2004г.
7. Куликов С.В., Поспелов Н.В., Пономарев И.В., Пономарева О.Ю. Возможности лечения сосудистых патологии кожи лазером. «Лечащий врач». 2000г, N5-6, 79:80.
8. Султанян Т.Л., Камалян Т.А., Аветисян А.А. Лазерная облитерация подкожных вен при лечении варикозной болезни. Материалы первого конгресса армянской асоциации флебологов и ангиологов с международным участием, Ереван, 4-6 окт. 2007г., с. 48-49.
9. Геворкян Н.С., Камалян Т.А. Оценка эффективности эндовенозной лазерной коагуляции варикозных вен хижных конечностей методом дуплексного сканирования. Материалы первого конгресса армянской асоциации флебологов и ангиологов с международным участием, Ереван, 4-6 окт. 2007г., с. 50-51.
10. Терапевтическое руководство по применению диодного лазера серии Дорнье Медилаз Д (940 нм), Берлин, 2000г. Laser-und Medizin-Technologie GmbH.
11. Proebstle T.M. et al. Endovenous treatment of the greater saphenous vein with a 940-nm diode laser: Thrombotic occlusion after endoluminal thermal damage by laser-generated steam bubbles. Journal of Vascular Surgery, January 2002; 35:729-36.
12. Proebstle T.M., Sandhover M., Kargl A. et al. Thermal damage of inner vein wall during endovenous laser treatment: key role of energy absorbtion by intravascular blood. Dermatol. Surg. 2002; 28(7):596-600.
13. Proebstle T.M. et al. Consensus on the endovenous laser treatment of varicose veins. German Journal: “Phlebologie” 3/2004.
14. Navarro L., Min R., Bone C. Endovenous laser: a new minimally invasive methods of treatment of varicose veins - preliminary observations using an 810nm diode laser. Dermatol. Surg. 2001; 27: 117-22.
15. Min R.J., Zimmet S.E., Isaacs M.N., Forrestal. Endovenous laser treatment of the incompetent greater saphenous vein. J.Vasc.Surg. 2000;32:941-953.
16. Merchant R.F., De Palma R.G., Kabnick L.S. Endovascular obliteration of saphenous reflux: A multicenter study. Journal of vascular surgery, 2002, N-6, p.1190-1196.
17. Chandler J.G., Pichot O., Sissa C., Schneider-Petrovic S. et al. Treatment of primary venous insufficiency by endovenous saphenous vein obliteration. J. Vasc. Surg. 2000; 34: 201-14.
18. Sadick N.S., Sorhaindo L. An evaluation of post-scleroterapy laser compression and its efficacy in the treatment of leg telangiectasias. Phlebology, 200

13090 0

В основе лазерной хирургии лежит тепловое деструктивное воздействие лазерного излучения на биологические ткани. Разработка методов передачи такого излучения через просвет эндоскопа сделала возможным использование лазеров и в эндоскопической хирургии. Можно с уверенностью сказать, что именно появление высокоэнергетических медицинских лазеров способствовало быстрому развитию эндотрахеальных и эндобронхиальных оперативных вмешательств в последние два десятилетия. В настоящее время в эндоскопической хирургии трахеи и бронхов используют несколько типов лазерных источников, которые различаются длиной волны, мощностью и режимами излучения. Для того чтобы сознательно выбрать нужный ему лазер, хирург-эндоскопист должен понимать основы устройства лазеров, а также знать преимущества и недостатки различных их типов.

Общие принципы устройства медицинских лазеров. Термин «лазер» (laser) составлен из начальных букв пяти английских слов: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что означает усиление света с помощью стимулированной эмиссии излучения.

Лазер состоит из активной среды и точно расположенных относительно друг друга зеркал, образующих резонатор. Одно из зеркал является полностью отражающим, другое — частично пропускающим. Световое лазерное излучение формируется при многократном прохождении света через активную среду (в которой оно усиливается) между зеркалами. Генерируемое излучение выходит из резонатора через частично пропускающее зеркало. Условия для возможности усиления лазерного излучения создаются за счет процесса накачки. Накачка в лазерах различного типа осуществляется разными способами: в лазерах на кристаллах (рубин, гранат с различными активаторами, александрит и т. д.) — оптическим излучением лампы накачки или лазерных диодов, в газовых лазерах — тлеющим (гелий-неоновые и углекислотные лазеры) или дуговым разрядом. К сожалению, большинство видов накачки (исключение составляет электрическая накачка полупроводниковых — диодных — лазеров и накачка монохроматичным оптическим излучением, например лазерными диодами) имеет низкий коэффициент полезного действия: в лазерное излучение переходит в лучшем случае около 10 % от мощности накачки.

Поскольку в лазере генерируется только излучение, перпендикулярное зеркалам резонатора, оно является высоконаправленным, т. е. обладает малым углом расходимости, обозначаемым греческой буквой (р. И чем меньше этот угол, тем в меньшую по размеру область может быть сконцентрировано лазерное излучение. Величина угла расходимости лазерного излучения определяется физическими и техническими причинами, подробно рассматриваемыми в технической литературе. Здесь же мы отметим одно свойство светового (и любого электромагнитного) излучения: чем тоньше лазерный луч (чем меньше диаметр апертуры лазерного излучения), тем больше минимально достижимый угол его расходимости.

Излучение, для которого произведение диаметра луча и его расходимости равно физическому пределу, называют одномодовым.
Если зеркала наклонены друг относительно друга (разъюстированы), излучение выходит из резонатора, не получив существенной мощности. Разъюстировка может происходить в результате механических воздействий на лазер. В такой конструкции возникает еще одна проблема: пыль и влага, попадающие внутрь лазерного резонатора, поглощают лазерное излучение. Это в лучшем случае приводит к снижению уровня выходной мощности, а в худшем — к выходу из строя (прогоранию) элементов, образующих лазер.

Чтобы лазер стал лазерным скальпелем, необходимо подвести лазерное излучение к месту воздействия. В этом случае лазерное излучение поглощается в биологической ткани, в ограниченном объеме выделяется большое количество энергии, ткань нагревается. Основной характеристикой, определяющей скорость нагрева ткани, является плотность мощности излучения, т. е. мощность, приходящаяся на единицу площади. Чтобы сфокусировать лазерное излучение на ткани, проще всего поставить на выходе лазера линзу так, чтобы излучение концентрировалось на зоне воздействия. Это происходит при соединении лазера с операционным микроскопом. Однако такой способ наведения лазерного излучения не всегда удобен.

Часто бывает затруднительно расположить рядом громоздкий излучатель и оперируемого. В этом случае транспортировку лазерного луча осуществляют внутри системы полых трубок, которые сопряжены и оптически согласованы между собой с помощью зеркально-шарнирных сочленений. Лазерный луч проходит внутри трубок, не касаясь их стенок. На дистальном конце такого манипулятора размещается оптическая линза, которая фокусирует лазерное излучение в пятно с малым диаметром (обычно 0,1—0,2 мм), что обеспечивает высокие плотности мощности света на объекте. Более удобной является транспортировка лазерного излучения по гибким волоконным световодам.

Оптический световод состоит из сердцевины и отражающей оболочки, выполненной из материала с более низким показателем преломления, чем у сердцевины. В обычных световодах для хирургических лазеров в качестве сердцевины используется высококачественный чистый кварц, отражающая оболочка может быть выполнена из легированного кварца или полимера. При использовании световодов с некоторыми видами лазерного излучения, которые сильно поглощаются в кварце, приходится применять для сердцевины специальные материалы, например сапфир, что резко увеличивает стоимость световодов. Сверху отражающей оболочки наносят защитную оболочку из полимера. В некоторых случаях в качестве световодов используют тонкие полые трубочки со стенками из отражающего материала.

Такое волокно может быть использовано для доставки излучения к месту воздействия. Для этого необходимо с применением линзы ввести излучение во входной торец гибкого волоконного световода, с помощью которого излучение подводят к зоне воздействия.

Общие пришиты воздействия лазерного излучения на биологические ткани. Эффективность лазерной хирургии определяется преобразованием энергии лазерного излучения в тепло на поверхности или в глубине ткани. Характер этого преобразования зависит не столько от физических параметров лазерного пучка, сколько (и прежде всего) от физических и морфологических свойств ткани. Именно взаимодействие свет — ткань является ключевым моментом в понимании основ лазерной медицины, в частности лазерной хирургии. Соотношение характеристик ткани и параметров лазера определяет выбор типа лазера и достигаемый тепловой, а следовательно, и хирургический эффект. При этом параметры ткани в таком выборе являются определяющими.

Многообразие структур биологических тканей определяет разный характер прохождения света через них, но основные закономерности сохраняются. Большинство тканей является для света рассеивающей средой с сильным поглощением. Такие среды часто называют мутными. При прохождении лазерного излучения через ткань наблюдается ослабление его интенсивности, которое определяется коэффициентом экстинкции (от лат. extinctio — гашение) \х. В свою очередь щ = ца + \x, где ца и- ц5 — коэффициенты поглощения (абсорбции) и рассеивания. «Поглотителями» света в мягких тканях являются природные эндохромофоры, а «рассеивателями» — клетки ткани и их структурные (морфологические) особенности.

Действительно, преобразование света в тепло осуществляется прежде всего на природных эндохромофорах — веществах, которые находятся в тканях. Количество типов хромофоров достаточно велико. Однако хромофоры, которые играют важную роль в лазерной хирургии, хорошо известны. Это вода, компоненты крови, меланин и, реже, протеин, который имеет большое значение в лазерной офтальмологической хирургии. При поглощении света на хромофорах происходит преобразование света, за счет чего ослабляется проходящее излучение. Хромофоры определяют глубину проникновения света в ткани и, что особенно важно, объем, в котором выделяется энергия.

Следует отметить, что на характер воздействия лазерного излучения на биологические ткани влияет длина волны, на которой лазер работает. Это происходит потому, что от длины волны сильно зависит поглощение излучения в различных компонентах тканей. Длина волны излучения является, таким образом, важным его параметром. В медицине используют лазерные аппараты, генерирующие излучение от ультрафиолетового (длина волны около 0,2 мкм) до дальнего инфракрасного (более 10 мкм), включая видимую часть спектра с длиной волны излучения (от 0,45 до 0,7 мкм).

Для иллюстрации на рис. 1.39 приведены зависимости поглощения лазерного излучения в воде и цельной крови от длины волны. Представлены длины волн излучения лазеров, на основе опыта работы с которыми написана настоящая глава. Для зеленого излучения (0,53 мкм) поглощение возрастает в цельной крови и уменьшается в воде. Тот из хромофоров, который для этой длины волны ослабляет (поглощает) лазерный свет сильнее, и будет определять объем нагреваемой ткани (объем тепловыделения).

Поэтому такой хромофор называют доминирующим хромофором. Например, для С02-лазера (10,6 мкм) доминирующим хромофором является вода. Коэффициент поглощения ца составляет около 830 см1, что соответствует глубине проникновения света в ткани около 50 мкм (около 0,05 мм), т. е. нескольким (10—15) слоям клеток. Благодаря этому можно локализовать выделение энергии в очень маленьком объеме ткани и достичь начала абляции (эвапорации) ткани при малых уровнях мощности. Это хорошо согласуется с результатами экспериментов.

Для других важных для эндоскопической хирургии лазеров измеренные глубины поглощения света составляют: для лазера на иттрий-алюминиевом гранате (ИАГ), активированном неодимом (неодимовый ИАГ-лазер с длиной волны 1,06 мкм), — от 6 до 8 мм, для лазера на ИАГ, активированном гольмием (гольмиевый ИАГ-лазер с длиной волны 2,09 мкм), — 0,5 мм, для неодимового ИАГ-лазера с удвоением частоты (0,53 мкм, зеленый свет) — 0,4 мм, для диодных лазеров с длиной волны 0,81 мкм — от 4 до 6 мм, с длиной волны 0,97 мкм — от 1 до 2 мм.

Из приведенных сведений следует несколько важных для эндоскопической хирургии выводов:

Если необходимо нагреть (например, скоагулировать) большой объем ткани, то предпочтение следует отдать неодимовому ИАГ-лазеру (1,06 мкм) или диодному лазеру (0,81 мкм), поскольку объем нагреваемой ткани будет во много раз больше, чем при использовании С02-лазеров.

Если необходимо осуществить точную (прецизионную) резку тканей, то предпочтительно использовать С02-лазер. При применении такого лазера меньше термическая травма окружающих разрез тканей и, следовательно, в дальнейшем выше скорость заживления раны и меньше выраженность рубцевания тканей в зоне разреза.

Поскольку лазерная коагуляция имеет в основном тепловой характер (термическая коагуляция), больший объем нагреваемых лазером тканей обеспечивает возможность коагуляции более крупных сосудов. Таким образом, лазерное излучение, более глубоко приникающее в ткани, имеет более выраженный гемостатический потенциал. Например, неодимо-вый ИАГ-лазер может коагулировать кровеносные сосуды диаметром до 3—4 мм, в то время как С02-лазер надежно коагулирует сосуды диаметром не более 0,5 мм. Диодные лазеры (0,97 мкм), гольмиевые ИАГ-лазеры (2,09 мкм) и не-одимовый ИАГ-лазер с удвоением частоты (0,532 мкм) занимают промежуточное положение между неодимовым ИАГ-лазером (1,06 мкм) и С02-лазером (10,6 мкм) по возможностям коагуляции и резки тканей. Эти лазеры не имеют ярко выраженного доминирующего хромофора. Точнее, они имеют по 2 хромофора, близких по поглощению для их длин волн генерации. Для диодных лазеров и гольмиевых ИАГ-лазеров хромофорами являются вода и кровь, а для неодимовых ИАГ-лазеров с удвоением частоты (зеленый лазер) — кровь и меланин. Какой из хромофоров будет доминирующим, часто определяется конкретной операционной ситуацией и зависит от степени крове- и водонаполнения, морфологической структуры, степени окраски тканей, неравномерности распределения молекул хромофора в среде и степени насыщенности ткани кислородом.

Для получения одинакового термического эффекта (например, эвапорации или коагуляции тканей) требуются примерно одинаковые затраты энергии на единицу объема тканей. Поэтому при использовании излучения, более глубоко проникающего в ткани, необходимы и большие абсолютные затраты энергии. Кроме того, возрастает опасность нежелательного воздействия на органы, находящиеся за зоной воздействия. При выборе типа лазера и его энергетических параметров (мощность, энергия) следует исходить из описанных выше особенностей. Именно поэтому лазерные хирургические системы с большим коагуляционным потенциалом всегда обладают большей мощностью. Так, уровни мощности хирургических систем с неодимовым ИАГ-лазером составляют 100 Вт и выше, в то время как с С02-лазером — около 20 Вт. Отметим также, что с учетом «эксплуатационного запаса» обычно выбирают еще более мощные системы, поскольку чем больше мощность (энергия) лазера, тем вышепроизводительность операционного процесса (скорость резки, коагуляции, эвапорации).

Рис. 1.39. Зависимость поглощения лазерного излучения в воде (сплошные линии) и цельной крови (звездочки) от длины волны (а — от 0,6 до 10,6 мкм, б —от 0,7 до 1,1 мкм).
По осям абсцисс — длина волны, мкм; по осям ординат — коэффициенты: поглощения, см"1 (для воды), мм-1 (для крови).

Повышение температуры в локальном (ограниченном глубиной поглощения света) объеме при выполнении некоторых энергетических и временных условий приводит к безожоговому абляционному разрушению тканей. Например, для С02-лазеров плотность энергии должна быть более 4— 5 Дж/см2, а время воздействия — менее 1 мс. В таких условиях воздействие лазера вызывает кипение перегретой жидкости (вода) в ограниченном объеме, образование высокого давления пара (превышает атмосферное давление в несколько раз) и выброс фрагментов ткани из зоны лазерного воздействия за счет перепада давления. Резка (абляция) ткани лазером, таким образом, представляет последовательную термическую деструкцию ткани при перемещении пучка света (с необходимыми параметрами) от одной точки ткани к другой.

Особенности различных лазеров, применяемых в эндоскопической хирургии

Аппараты на основе С02-лазеров. Первыми (еще в конце 60-х годов прошлого столетия) рутинными инструментами для хирургов стали С02-лазеры (лазеры на углекислом газе). Излучение С02-лазеров с длиной волны 10,6 мкм поглощается в тонком (40—60 мкм) слое ткани. Основным поглощающим компонентом является вода. Энергия выделяется в малом объеме, режущий эффект проявляется при мощностях в несколько ватт, невелико повреждение подлежащих тканей проникающим излучением. Дополнительный щадящий подлежащие ткани эффект получают за счет использования импульсно-периодического режима работы. К недостаткам следует отнести слабый коагулирующий эффект, высокую стоимость и недостаточную эффективность существующих оптических волокон для передачи (именно для таких лазеров используются полые световоды), из-за чего приходится использовать зеркально-линзовые световоды, ограничивающие возможности хирурга.

С начала 1998 г. мы выполняем бронхоскопические операции с использованием С02-ла-зерной медицинской системы «Sharplan 1080S» производства «Sharplan Lasers, inc.», обеспечивающей мощность от 5 до 80 Вт на длине волны 10,6 мкм. Внешний вид аппарата представлен на рис. 1.40. Отечественные аппараты «Ланцет-1», «Ланцет-2» (20 Вт), «Ланцет-4» уступают «Sharplan 1080S» по удобству работы и возможностям, хотя и существенно дешевле последнего. Как уже говорилось, с С02-лазером невозможно использовать гибкие световоды, и работать с длиной волны излучения 10,6 мкм можно только с помощью специальных жестких бронхоскопов.

Более того, нельзя использовать и стандартную бронхоскопическую оптику, а единственным улучшающим видимость оптическим приспособлением является лупа на проксимальном конце тубуса, которую по эффективности невозможно сравнивать с оптическим телескопом. Бронхоскопических операционных микроскопов, подобных используемым в оториноларингологии, к сожалению, до сих пор нет, поэтому визуальный контроль при работе с С02-лазером существенно хуже, чем при использовании, например, неодимового ИАГ-лазера. Кроме того, дым от сгорающих тканей, заполняя тубус, резко ухудшает видимость, и его не всегда удается быстро удалить даже с помощью аспиратора.

Еще одной особенностью С02-лазера является то, что его излучение, проходя через тубус эндоскопа, практически не расширяется, как это наблюдается при выходе лазерного излучения из световодов. Это следует учитывать, включая излучение и перемещая его по цели: если луч С02-лазера «промахнется», например пройдет мимо опухоли и попадет на стенку трахеи или бронха даже значительно дистальнее желаемой зоны воздействия, в этом месте произойдет ожог интактной слизистой оболочки.

Вместе с тем возможность работы без гибких световодов делает С02-лазер более надежным инструментом в руках хирурга и не требует применение дорогостоящих и быстро выходящих из строя расходных материалов — световодов. Излучение С02-лазера обладает, по нашим наблюдениям, слабовыраженными гемостатическими свойствами, но в связи с высоким коэффициентом поглощения тканями способно даже при относительно небольшой мощности (20—40 Вт) хорошо рассекать и эвапори-ровать опухолевую и рубцовую ткань; по нашему мнению, оно более эффективно для этого, чем излучение других лазеров.

Рис. 1.40. С02-лазер 1080S («Sharplan Lasers, inc.») с длиной волны 10,6 мкм.

Преимущества

Отсутствие необходимости в световодах и их охлаждения воздухом или газом. Более поверхностный эффект коагуляции и возможность более прецизионного выполнения операции, например на гортани. Высокоэффективная абляция при относительно низкой мощности излучения (от 10 до 40 Вт, в среднем 30 Вт). Хорошо выраженные режущие свойства.

Возможность гибкой регулировки энергетических параметров лазерного пучка (различные виды непрерывного, импульсного и комбинированного режимов). Возможность гибкой регулировки энергетических параметров лазерного пучка за счет использования фокусирующих и расфокусирующих внешних оптических аксессуаров, работающих по принципу «фокус-дефокус» и позволяющих управлять плотностью мощности на операционном поле.

Недостатки

Невозможность передачи излучения по гибкому световоду и использования с фиброоптическими эндоскопами. Необходимость наличия специального бронхоскопического инструментария и невозможность применения стандартной оптики для контроля за абляцией тканей во время операции. Повышенная задымленность операционного поля. Трудности удаления и тем более коагуляции больших объемов тканей.
Слабо выраженные гемостатические свойства.

Аппараты на основе твердотельных лазеров с ламповой накачкой

Главным преимуществом неодимовых ИАГ-лазеров является возможность передачи излучения большой мощности (100 Вт и более) по гибкому кварцевому световоду, что сделало их идеальными инструментами для малоинвазивных эндоскопических операций. При выполнении операций волоконный инструмент может подводиться к операционной зоне по инструментальному каналу эндоскопа. Это позволяет использовать их при работе с бронхофиброскопами, а также подводить излучение непосредственно в операционную зону к тканям и контролировать процесс их коагуляции и абляции (эвапорации) с помощью оптики. Используя различные приспособления на выходном (дистальном) конце рабочего волокна, можно менять пространственные характеристики выходного излучения.

При использовании оптического волокна с плоским торцом, перпендикулярным оси волокна, излучение выходит вдоль волокна в виде расходящегося конусообразного луча с углом при вершине конуса, соответствующим числовой апертуре волокна (для кварц-кварцевых световодов около 25°). Естественно, что плотность мощности излучения уменьшается с удалением выходного торца волокна от объекта воздействия. Кроме того, при дистанционном воздействии часть излучения отражается от ткани и может служить причиной нежелательного облучения хирурга, особенно его глаз.

Возможно контактное воздействие волоконным световодом на ткани, для чего дистальный конец рабочего кварцевого волокна на расстоянии примерно 5 мм очищают от защитной пластиковой оболочки и вводят в соприкосновение с тканью. Наличие физического контакта позволяет точно локализовать воздействие. Контакт с тканью исключает отражение излучения в окружающее пространство. При достаточной мощности излучения в месте контакта происходят загрязнение световода продуктами горения ткани, повышенное выделение тепла и вызванный им разогрев конца световода. При этом на ткань осуществляется сочетанное воздействие лазерного излучения и раскаленного конца световода.

В некоторых случаях необходимо направить излучение перпендикулярно волокну. Для этого используют волоконный инструмент с боковым излучением (так называемый side-fiber), конец которого отполирован под углом, близким к 45°. Чтобы избежать повреждения торца волокна при соприкосновении с тканью, сверху на дистальный конец надевают защит - ный кварцевый колпачок. Чтобы можно было менять направление излучения, на волокно надевают специальный скользящий цанговый зажим, который зажимает волокно и позволяет вращать его вокруг оси.

На рис. 1.39, б видно, что излучение неодимовых ИАГ-лазеров приходится на локальный минимум поглощения в воде. Это излучение поглощается в тканях слабее, чем излучение С02-лазеров, и может проникать на глубину 6—8 мм, а значит, энергия лазерного излучения выделяется в большем объеме. Это позволяет подвергать разрушению относительно большие объемы опухолевой и рубцовой ткани.

Несомненным достоинством лазерных систем этого типа являются также ярко выраженные гемостатические свойства. Важно отметить, что гемостаз с помощью неодимового ИАГ-лазера достигается без значительной абсорбции излучения кровью, что наблюдается при использовании лазеров зеленого диапазона. Излучение неодимового ИАГ-лазера вызывает термическую денатурацию и агломерацию тканевых протеинов и сокращение коллагеновых волокон соединительной ткани. Эти факторы вызывают сжатие и обструкцию кровеносных сосудов.

Наряду с преимуществами неодимовые ИАГ-лазеры имеют и ряд недостатков, проявляющихся при хирургических вмешательствах. Это в первую очередь необходимость воздушного или газового охлаждения световодов (особенно при передаче излучения мощностью более 40 Вт), без которого последние быстро выходят из строя. Дело в том, что большинство используемых лазерных световодов предназначено для работы в режиме без контакта световода с тканью при рабочей дистанции между концом кварцевого световода и объектом операции, равной нескольким (1—3) миллиметрам. В процессе лазерной абляции в результате движения стенок трахеи при искусственной вентиляции или кашле (в случае выполнения операции под местной анестезией) конец световода нередко контактирует с тканями или на него попадают кровь и мокрота. В таких случаях может происходить подгорание конца световода, что требует его быстрой замены или ремонта.

К отрицательным особенностям неодимовых ИАГ-лазеров следует также отнести цветовую чувствительность к хромофорам, прежде всего к меланину. С помощью такого лазера невозможно выполнять быструю резку и эвапорацию незначительно пигментированных светлых тканей даже при максимально возможных удельных мощностях. Однако после того как возникают пиролиз и обугливание (выпадение частичек углерода) поверхностных слоев ткани в результате термического воздействия, лазерное излучение начинает хорошо абсорбироваться тканями, которые подвергаются быстрой эвапорации.

Поэтому процессы резки происходят сначала с некоторой задержкой по времени, а затем лавинообразно. Это связано с тем, что по мере нагревания тканей до более высокой температуры меняется характер поглощения света тканями (меняется доминирующий хромофор). Вместо воды роль доминирующего хромофора начинают выполнять обезвоженные структуры ткани и выпадающий в зоне лазерного воздействия углерод. Это явление мы называем наведенным поглощением. Основные преимущества и недостатки неодимовых ИАГ-лазеров приведены ниже.

Преимущества

Возможность передачи мощного теплового излучения по гибкому кварцевому световоду к месту операции и связанная с этим возможность его использования с фиброоптическими эндоскопами.

Возможность контроля абляции и коагуляции с помощью стандартной эндоскопической оптики.

Способность глубоко проникать в ткани и подвергать коагуляции и абляции относительно большие объемы ткани.

Хорошо выраженные гемостатические свойства и связанная с этим возможность коагуляции достаточно крупных (диаметром 3—5 мм) сосудов.

Возможность работы в непрерывном и импульсном режимах.

Недостатки

Опасность воспламенения световодов, особенно при повыше-, нии концентрации кислорода в дыхательных путях.

Частое подгорание дистального конца световода при контакте с коагулируемыми тканями.

Трудность осуществления поверхностных прецизионных воздействий (например, в гортани).

Затрудненная абляция («тепловая экранировка») при наличии крови в области операционного поля.

Необходимость воздушного или газового охлаждения световодов при транспортировке мощного (более 40 Вт) излучения.

Разная цветовая чувствительность для тканей с неоднородным (негомогенным) содержанием меланина.

В течение первого периода нашей работы (1992—1998 гг.) лазерные операции на трахее в клинике производили с помощью лазерной установки, выполненной на базе силового блока технического лазера СПИК-1 и излучателя от серийной модели отечественного неодимового ИАГ-лазера «Радуга-1». При анонсированной мощности 100 Вт эта установка реально давала на конце световода мощность не более 40 Вт, что является минимальным порогом, необходимым для эффективной абляции (эвапорации) тканей. За этот период нами была также проведена клиническая апробация отечественного неодимового ИАГ-лазера ЛАСКА производства ТОО «Эколаб».

С начала 1998 г. мы работаем с уникальной установкой на основе неодимового ИАГ-лазера «COMBO 1064/532 XJ» (рис. 1.41) производства «Sharplan Lasers, inc.». Она позволяет работать в двух спектральных диапазонах: с длиной волны 1,06 мкм, мощностью 100 Вт (ближний инфракрасный) и 0,53 мкм (видимый зеленый) при использовании преобразования излучения неодимового ИАГ-лазера с помощью нелинейного кристалла KTR. При работе с ИАГ-лазерами использовали гибкие кварцевые световоды с диаметром сердцевины 400 и 600 мкм и металлической муфтой на дистальном конце. Их охлаждение осуществляли подачей двуокиси углерода из баллона или окружающего воздуха с помощью компрессора. Уникальность этой системы связана с тем, что это единственная в мире модель медицинской установки, позволяющая создавать в одном аппарате мощности на дистальном конце световода более 100 Вт в инфракрасном диапазоне и около 40 Вт (!) в зеленом диапазоне.

Рис. 1.41. Неодимовый ИАГ-лазер «COMBO 1064/532 XJ» («Sharplan Lasers, inc.») с длиной волны 1,064 и 0,532 мкм.

Отметим также, что из-за небольшой глубины проникновения зеленого излучения в ткани мощность около 40 Вт на дистальном конце световода становится даже избыточной для тех типов эндоскопических операций, которые мы выполняли. К недостаткам мы относим очень яркий зеленый цвет излучения, требующий применения специальных защитных светофильтров, резко изменяющих окраску операционного поля и затрудняющих ориентировку на тканях и выполнение операции в целом. Приводим особенности работы с лазерным излучением зеленого диапазона (0,53 мкм):
Возможность передачи излучения по гибкому световоду и использования с фиброоптическими эндоскопами. Высокоэффективная абляция при относительно малой мощности излучения (от 2 до 40 Вт).

Высокие коэффициент абсорбции тканями (особенно содержащими гемоглобин) и коэффициент рассеяния света и связанное с этим хорошее гемостатическое действие. Более поверхностное действие на ткани и возможность более прецизионного выполнения операции (например, на гортани) с небольшой зоной термонекроза, большей, чем при применении С02-лазера, но значительно меньшей, чем при использовании неодимового ИАГ-лазера. Возможность работы в постоянном, импульсном и импульсно-периодических режимах.

Необходимость работы в защитных очках с фильтрами, сильно искажающими цветопередачу.

Потребность в изменении характера взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями для решения насущных медицинских задач привела к тому, что появились аппараты с лазерами на других кристаллических средах. Так, нами была проведена клиническая апробация хирургического лазера СТН-10 (гольмиевый ИАГ-лазер с длиной волны 2,09 мкм) производства АО «Хоре» (ныне ЗАО «МедОптоТех»), работающего в импульсно-периодическом режиме.

Лазерное излучение с длиной волны 2,09 мкм попадает на локальный максимум поглощения в воде (см. рис. 1.39, а), поэтому дает хороший режущий эффект, поглощение излучения оказывается близким к показателю для излучения с длиной волны 10,6 мкм, однако в отличие от последнего хорошо передается по световодам из «осушенного» кварца.

Импульсный режим работы и высокая пиковая мощность (более 4 кВт), малая длительность импульсов излучения (около 250 мкс) и достаточно высокая частота их повторения (около 20 Гц) обеспечивают хорошие режущие свойства лазера. Следует отметить хорошее поглощение излучения тканями и относительно небольшую глубину его проникновения (0,5 мм) по сравнению с таковыми при использовании неодимового ИАГ-лазера, обусловливающие более поверхностное действие и меньшее поражение окружающих тканей, что сопровождается отсутствием грубого рубца при заживлении лазерной раны, но не позволяет одновременно коагулировать и удалять большие объемы тканей.

Гемостаз также достаточно эффективный и возникает не за счет термической коагуляции крови, а в результате скручивания капилляров и их сдавления, благодаря чему уменьшается вероятность образования и отрыва крупных тромбов. Гольмиевый ИАГ-лазер, по нашему мнению, лучше использовать при Рубцовых изменениях гортани, чем при массивных стенозах трахеи. Ниже приведены основные преимущества и недостатки гольмиевых ИАГ-лазеров.

Преимущества

Достаточно высокое поглощение света в тканях и эффективная абляция и коагуляция ткани при относительно небольшой средней мощности излучения.

Хорошая передача излучения по гибкому кварцевому световоду с самоочищением дистального конца световода под воздействием импульсно-периодического излучения (эффект самоочищения).

Возможность более поверхностного, а следовательно, более прецизионного воздействия, чем при работе с неодимовым ИАГ-лазером.

Недостатки

Отсутствие непрерывного режима работы (возможен только импульсный режим).

Необходимость охлаждения световодов и реальная опасность их воспламенения при повышении концентрации кислорода в дыхательных путях.

Часто недостаточная глубина абляции ткани и затруднения при удалении больших объемов ткани.

Избыточное обугливание коагулируемых тканей при использовании лазеров с малыми импульсными и средними мощностями (менее 20 Вт).

Необходимость использования специальных световодов из «осушенного» кварца.

Аппараты на основе полупроводниковых лазеров

Наибольшее распространение получили полупроводниковые лазерные аппараты с длинами волн 0,81 и 0,97 мкм. Пер: вые имеют свойства, близкие к таковым неодимовых ИАГ-лазеров. Вторые благодаря глубине поглощения 1—2 мм сочетают хорошие режущие и коагулирующие свойства. Вместе с тем для таких аппаратов существует принципиальное ограничение, препятствующее улучшению их характеристик. Большая расходимость излучения, генерируемого мощными лазерными диодами, не позволяет ввести это излучение в тонкие световоды, а следовательно, создать на выходе световода высокую плотность мощности.

На сегодняшний день предельное значение: около 30 Вт непрерывного излучения в световоде диаметром 0,4 мм и с числовой апертурой 0,2. Не следует считать, что это малая величина: таких характеристик достаточно для перфорации кости при лечении остеомиелита, а по эффективности резания такие лазеры не уступают неодимовым ИАГ-лазерам с выходной мощностью около 60 Вт. Нами проведена клиническая апробация лазерного скальпеля ЛС-0,97 («ИРЭ-Полюс», Россия) с выходной мощностью до 20 Вт, входящего в разрешенное к серийному производству семейство аппаратов, выпускаемых под уточненным названием ЛСП «ИРЭ-Полюс» (рис. 1.42). Показана перспективность применения такого типа лазеров в эндоскопической хирургии, но его мощность иногда была недостаточной. С повышением выходной мощности излучения такие аппараты стали серьезным конкурентом неодимовых ИАГ-лазеров.

Рис. 1.42. Портативный полупроводниковый лазер ЛСП «ИРЭ-Полюс» (Россия).

• Возможность передачи излучения по гибкому световоду и использования с фиброоптическими эндоскопами.
• Сочетание хороших режущих и коагулирующих свойств.
• Возможность работы в непрерывном, импульсном и импульсно-периодических режимах.
• Высокая надежность, простота управления, сравнительно низкая стоимость, отсутствие необходимости в мощном питании. Малые габариты позволяют легко интегрировать аппарат в эндоскопическую стойку.

В настоящее время достигнут необходимый уровень понимания характера воздействия лазерного излучения с разной длиной волны на различные биологические ткани. Сформулированы основные медико-технические требования к лазерному эндохирургическому оборудованию, на клиническом уровне показаны достоинства и недостатки лазеров разного типа, значительно улучшены эксплуатационные и эргономические характеристики лазерных систем, наработаны эффективные методики использования лазерного оборудования в клинической практике, широко проводится апробация перспективных лазеров и т.д.

Учитывая реалии отечественного здравоохранения, не будем останавливаться на дорогостоящих вариантах, таких как лазеры на свободных электронах, и рассмотрим более доступные лазеры. До появления эффективных световодов отложим рассуждения о С02-лазерах и СО-лазерах, тем более что появились аппараты на основе волоконных лазеров — лазеров на волокне, активированном тулием, с рабочей длиной волны
1,9 мкм. Это излучение приходится на локальный максимум поглощения в воде, характер воздействия на ткани аналогичен действию излучения с длиной волны 10,6 мкм и при этом может передаваться по волокну из «осушенного» кварца.

Кроме того, разработаны и разрешены к применению волоконные лазеры, работающие на длине волны 1,56 мкм (волокно, активированное эрбием) и 1,06 мкм (волокно, активированное итербием). О потенциальных возможностях этих лазеров свидетельствует то, что в промышленных версиях в одномодовом непрерывном режиме достигнуты мощности более 600 и 150 Вт соответственно. При этом такие лазеры значительно эффективнее и надежнее и имеют меньшие габариты по сравнению с лазерами на кристаллах. Более того, развитие волоконных технологий позволило создать медицинские аппараты, в которых используется два независимо регулируемых излучения с разной длиной волны, причем вывод излучений может осуществляться как по раздельным волокнам, так и по одному рабочему волокну. Такие аппараты позволяют хирургу менять характер воздействия на ткани в зависимости от текущей задачи операционного вмешательства (и это не сложнее, чем выбор температуры воды из крана).

Анализ применения различных лазерных систем в общей хирургии, а также опыт использования неодимового и гольмиевого ИАГ-лазеров, ИАГ-лазеров с удвоением частоты и С02-лазера в практической эндотрахеальной хирургии, накопленный более чем за 10 лет, позволяет нам с оптимизмом смотреть в будущее лазерной хирургии.

А.М. Шулутко, А.А.Овчинников, О.О.Ясногородский, И.Я.Могус

Введение

Свет использовался для лечения разнообразных болезней испокон веков. Древние греки и римляне часто «принимали солнце» в качестве лекарства. И список болезней, которые приписывалось лечить светом, был достаточно велик.

Настоящий рассвет фототерапии пришелся на 19 век – с изобретением электрических ламп появились новые возможности. В конце XIX столетия красным светом пытались лечить оспу и корь, помещая пациента в специальную камеру с красными излучателями. Также различные «цветовые ванны» (то есть свет различных цветов) успешно применялись для лечения психических заболеваний. Причём лидирующую позицию в области светолечения к началу двадцатого столетия занимала Российская Империя.

Но использование лазерных лучей в акупунктуре не ограничивается детьми, есть многочисленные взрослые, у которых есть страх перед иглой, хотя приложение абсолютно безболезненно. Связи древней традиции китайской медицины с современной технологией дополняют мировой опыт.

Цель использования электроники в акупунктуре заключается в том, чтобы усилить и, прежде всего, ускорить обезболивающий эффект, столь необходимый в случаях сильной боли, когда пациент нуждается в немедленном облегчении его болей. Стоит вспомнить, что акупунктура предназначена не только для прекращения боли, а иглоукалывание решает причину зла. Использование электронной иглоукалывания произошло так, что мы можем быстрее воздействовать на сильную боль.

В начале шестидесятых годов появились первые лазерные медицинские устройства. Сегодня лазерные технологии применяются практически при любых заболеваниях.

1. Физические основы применения лазерной техники в медицине

1.1 Принцип действия лазера

Основой лазеров служит явление индуцированного излучения, существование которого было постулировано А. Эйнштейном в 1916 г. В квантовых системах, обладающих дискретными уровнями энергии, существуют три типа переходов между энергетическими состояниями: индуцированные переходы, спонтанные переходы и безызлучательные релаксационные переходы. Свойства индуцированного излучения определяют когерентность излучения и усиления в квантовой электронике. Спонтанное излучение обусловливает наличие шумов, служит затравочным толчком в процессе усиления и возбуждения колебаний и вместе с безызлучательными релаксационными переходами играет важную роль при получении и удержании термодинамически неравновесного излучающего состояния.

Устройства, которые мы используем для электронной акупунктуры, имеют настройки интенсивности, частоты и электронного волнового типа, чтобы мы могли адаптировать электронный ток к желаемому эффекту в каждом случае. Открытие лазерного луча связано с теодором Майманом, физиком Калифорнии.

Первым ученым, изучающим эту технологию, был Альберт Эйнштейн. Позже Шавлоу и Таунс удостоились Нобелевской премии за исследования природы атомов и молекул, сначала сформулировали принципы Лазера. Есть новые вещества, которые изучаются. В то время хирурги были в восторге от многих возможностей, которые предлагал инструмент.

При индуцированных переходах квантовая система может переводиться из одного энергетического состояния в другое как с поглощением энергии электромагнитного поля (переход с нижнего энергетического уровня на верхний), так и с излучением электромагнитной энергии (переход с верхнего уровня на нижний).

Свет распространяется в виде электромагнитной волны, в то время как энергия при испускании излучения и поглощении сконцентрирована в световых квантах, при этом при взаимодействии электромагнитного излучения с веществом, как было показано Эйнштейном в 1917 г., наряду с поглощением и спонтанным излучением возникает вынужденное (индуцированное) излучение, которое образует основу для разработки лазеров.

Развитие лазерного оборудования было огромным, и инструменты считаются передовыми технологиями. Он был в городе, посещая семинар, и, пока он ждал, когда будет подан кофе, он сел на одну из скамей на площади Франклина, продиктовав проблему, которая его долго беспокоила: как добиться эмиссии ультракоротких волн частоты выше, чем радиолокаторы.

Он полагал, что это излучение будет иметь исключительную ценность для измерения и физико-химического анализа. Молодой учитель был Чарльз Хард Таунс, родившийся в Гринвилле, штат Южная Каролина, 28 июля. Он окончил Университет Дьюка на своей родине и получил докторскую степень в Калифорнийском технологическом институте.

Усиление электромагнитных волн за счет вынужденного излучения или инициирование самовозбуждающихся колебаний электромагнитного излучения в диапазоне сантиметровых волн и тем самым создание прибора, названного мазером (microwave amplification by stimulated emission of radiation), было реализовано в 1954 г. По предложению (1958 г.) распространить этот принцип усиления на значительно более короткие световые волны в 1960 г. был разработан первый лазер (light amplification by stimulated emission of radiation).

Создатель Теории Относительности опубликовал в этом году исследование усиляющего эффекта, который можно было бы получить при стимулированном излучении излучения. До тех пор все выбросы, которые мог производить человек, были радиоволнами - слишком широкими для экспериментов?

Таунс предположил, что можно было бы преобразовать вибрации молекул, заключенных в резонансную коробку, или что-то подобное в излучение, и что такое стимулированное излучение может быть усилено. Но когда он приехал в семинарию и изложил идеи, которые он поднял этим утром на площади, он заслужил мало внимания.

Лазер является источником света, с помощью которого может быть получено когерентное электромагнитное излучение, которое известно нам из радиотехники и техники сверхвысоких частот, а также в коротковолновой, в особенности инфракрасной и видимой, областях спектра.

1.2 Типы лазеров

Существующие типы лазеров можно классифицировать по нескольким признакам. Прежде всего по агрегатному состоянию активной среды: газовые, жидкостные, твердотельные. Каждый из этих больших классов разбивается на более мелкие: по характерным особенностям активной среды, типу накачки, способу создания инверсии и т.д. Например, из твердотельных довольно четко выделяется обширный класс полупроводниковых лазеров, в которых наиболее широко используется инжекционная накачка. Среди газовых выделяют атомарные, ионные и молекулярные лазеры. Особое место среди всех прочих лазеров занимает лазер на свободных электронах, в основе работы которого лежит классический эффект генерации света релятивистскими заряженными частицами в вакууме.

Молодой ученый, не считая разочарования, столкнулся с проблемой, обсуждаемой со своими учениками в Колумбийском университете, и начал тестирование с использованием различных источников радиационной молекулы. Через три года у него были первые результаты с газом аммиака, молекулы которого колебались 24 миллиарда раз в секунду, что сделало их восприимчивыми к превращению в волны длиной 2 мм в половину длины.

Обращаясь к молекулам к соответствующему электромагнитному стимулу, Таунс следовал за лавиной электронов, которая значительно увеличилась и оригинала. Как сказал сам Таунс, именно из дискуссий со своими учениками в Колумбии вышел новый новый словарь. Мы выбрали, - говорит он, - имя мазера для микроволнового усиления путем имитации излучения.

1.3 Характеристики лазерного излучения

Излучение лазера отличается от излучения обычных источников света следующими характеристиками:

Высокой спектральной плотностью энергии;

Монохроматичностью;

Высокой временной и пространственной когерентностью;

Высокой стабильностью интенсивности лазерного излучения в стационарном режиме;

Мы также предложили даже для шутки, инара, инфракрасного усиления, лазера усиления света путем вынужденного излучения и рентгеновского излучения. Только мазер и лазер преуспели. Мазер постепенно раскрыл свою удивительную полезность, превзошел лучшие радиоусилители и позволил себе астрономическую связь и обнаружение увольнений звездных радиостанций.

В те же годы, когда Таус основывался на принципах мазера, советские физики Александро Михайлович Прохоров и Николай Геннадиевич Басов прибыли с аналогичными результатами в Москве. Путь поиска теперь открыт для всех. Текст вызвал большой интерес к созданию инструмента, который будет известен как лазер.

Возможностью генерации очень коротких световых импульсов.

Эти особые свойства излучения лазера обеспечивают ему разнообразнейшие применения. Они определяются главным образом принципиально отличным от обычных источников света процессом генерации излучения за счет вынужденного излучения.

Основными характеристиками лазера являются: длина волны, мощность и режим работы, который бывает непрерывным либо импульсным.

Вместо газа, такого как аммиак, Майман доставил синтетический рубиновый цилиндр, к которому он добавил хромовые примеси. Концы цилиндра были тщательно отполированы, чтобы действовать как зеркала. Пучок света окружил рубиновый цилиндр, и когда он был освещен, он вызвал стимул: рубин выпустил короткий, очень интенсивный лазерный луч.

С тех пор название лазера приобрело необычайный и общественный резонанс, связанный в популярном воображении с приключениями научной фантастики. Строго говоря, это мощный инструмент. Подобно рычагу, шкив, наклонная плоскость, которая использует силу силы тяжести и инерции для усиления силы мышц, лазер использует силу двух атомов и молекул для усиления мощности излучения.

Лазеры находят широкое применение в медицинской практике и прежде всего в хирургии, онкологии, офтальмологии, дерматологии, стоматологии и других областях. Механизм взаимодействия лазерного излучения с биологическим объектом ещё изучен не до конца, но можно отметить, что имеют место либо тепловые воздействия, либо резонансные взаимодействия с клетками тканей.

По крайней мере в этом столетии свет был основной темой исследования физики. Вокруг него была построена одна из самых сложных и смелых теорий? квантовой механики. Он подтверждает очевидный парадокс в том, что свет - это одновременно и вещь, и процесс. Эта двойная роль света - вот что сделало лазер возможным? на самом деле, материализация и теория квантов.

Лазер сделал не что иное, как когерентный, скоординированный, волнообразный характер света. Зонды, которые производятся в воде, когда мы снимаем объект, вызывают обратные волны, когда они попадают на берега озера или танка, где мы делаем опыт. Если две волны являются когерентными, то есть они достигают своей высшей точки одновременно, они усиливаются. Это то, что делает лазер с помощью световых волн.

Лазерное лечение безопасно, оно очень актуально для людей с аллергией на медицинские препараты.

2. Механизм взаимодействия лазерного излучения с биотканями

2.1 Виды взаимодействия

Важное для хирургии свойство лазерного излучения - способность коагулировать кровенасыщенную (васкуляризованную) биоткань.

Квантовая природа света заключается в том, что атомы не испускают и энергию в непрерывной форме, а в небольших блоках - квантах. Когда атом бомбардируется энергией и внешним, один из его электронов поглощает фотон, и благодаря ему он прыгает на верхнюю орбиту; наоборот, когда атом теряет энергию и энергия, электрон испускает фотон и опускается на нижнюю орбиту.

Лазер стимулирует движение ряда электронов на верхнюю орбиту; когда он опускается, они излучают свет на той же частоте и точно, что затем отражается в кристаллических зеркалах аппарата. Это замечательное свойство позволило, например, измерить расстояние между Землей и Луной с погрешностью всего в 2 сантиметра. Еще одним большим преимуществом лазера является его чистый и монохроматический цвет.

В основном, коагуляция происходит за счет поглощения кровью лазерного излучения, ее сильного нагрева до вскипания и образования тромбов. Таким образом, поглощающей мишенью при коагуляции могут быть гемоглобин или водная составляющая крови. Это означает, что хорошо коагулировать биоткань будет излучение лазеров в области оранжево-зеленого спектра (КТР-лазер, на парах меди) и инфракрасных лазеров (неодимовый, гольмиевый, эрбиевый в стекле, СО2-лазер).

Его очень узкий пучок имеет исключительный параллелизм. Благодаря своим уникальным особенностям лазер совершенствует существующие технологии и открывает широкий спектр применений, которые еще не представляются человеком. Он уже стал незаменимым инструментом в телекоммуникациях, медицине, промышленности, искусстве? занимает все больше места в музыкальных, танцевальных и театральных постановках? и практически в любой области человеческой деятельности, где необходимо сверлить, сваривать, осветлять, точно или откалибровать.

Лучи - это специальные световые пучки, иногда очень интенсивные, способные путешествовать на большие расстояния без распространения. Название - это аббревиатура, полученная из английского термина «Усиление света» за счет стимулированного излучения. В нем описывается основное явление, используемое в аппарате для генерации лазерных лучей. Это же явление также используется в устройствах, излучающих СВЧ-лучи или инфракрасное излучение.

Однако, при очень высоком поглощении в биоткани, как, например, у эрбиевого гранатового лазера с длиной волны 2,94 мкм, лазерное излучение поглощается на глубине 5 - 10 мкм и может вообще не достигнуть объекта воздействия – капилляра.

Хирургические лазеры делятся на две большие группы: абляционные (от лат. ablatio – «отнятие»; в медицине – хирургическое удаление, ампутация) и неабляционные лазеры. Абляционные лазеры ближе к скальпелю. Необляционные лазеры действуют по другому принципу: после обработки какого-то объекта, например, бородавки, папилломы или гемангиомы, таким лазером, этот объект остаётся на месте, но через какое-то время в нём проходит серия биологических эффектов и он отмирает. На практике это выглядит так: новообразование мумифицируется, засыхает и отпадает.

Слово «излучение»? аббревиатуры не имеет ничего общего с радиацией. Относится к электромагнитному излучению, таким как: свет, радиоволны, инфракрасное излучение и рентгеновское излучение, т.е. волны, которые отличаются только их длиной волны. Такая длина соответствует расстоянию между последовательными максимальными точками в форме волны. Его значение варьируется от 10 км до 1 метра в случае радиоволн и от 1 до 1 мм в микроволновой печи.

За этим следует свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и гамма-излучение. Набор этих волн представляет собой электромагнитный спектр. Любой атом можно считать сформированным ядром, вокруг которого движутся мелкие частицы, электроды. Электронное движение не действует никоим образом; допускаются только определенные классы движения, и каждый из них связан с определенным количеством энергии.

В хирургии применяются CO2-лазеры непрерывного действия. Принцип основан на тепловом воздействии. Преимущества лазерной хирургии состоят в том, что она является бесконтактной, практически бескровной, стерильной, локальной, даёт гладкое заживление рассечённой ткани, а отсюда хорошие косметические результаты.

В онкологии было замечено, что лазерный луч оказывает разрушающее действие на опухолевые клетки. Механизм разрушения основан на термическом эффекте, вследствие которого возникает разность температур между поверхностными и внутренними частями объекта, приводящая к сильным динамическим эффектам и разрушению опухолевых клеток.

Чем ближе электроды к ядру, тем меньше энергия атома. Говорят, что атом находится в основном состоянии, когда он имеет наименьшую возможную энергию. Если ваша энергия увеличивается, она переходит в одно из его различных возбужденных состояний, что соответствует более высоким уровням энергии.

Атом обычно находится в основном состоянии, но может входить в возбужденное состояние, если он поглощает энергию. Существует несколько способов создания возбуждения: при прохождении электрического разряда в материал, поглощении света, ударами между атомами, возникающими при высоких температурах.

Сегодня также очень перспективно такое направление, как фотодинамическая терапия. Появляется множество статей о клиническом применении данного метода. Суть его состоит в том, что в организм пациента вводят специальное вещество – фотосенсибилизатор . Это вещество избирательно накапливается раковой опухолью. После облучения опухоли специальным лазером происходит серия фотохимических реакций с выделением кислорода, который убивает раковые клетки.

Атом всегда стремится вернуться в более низкое энергетическое состояние. Когда он переходит от возбужденного уровня к основному состоянию, разность энергий должна быть высвобождена. Затем происходит излучение света или другого электромагнитного излучения.

Согласно квантовой теории, это излучение, испускаемое атомом в концентрированной форме? как своего рода частица, фотон. Фотоны чистого света с одной длиной волны равны между собой: все они несут одну и ту же энергию. Цвет света отражает энергию фотонов, которая обратно пропорциональна длине волны. Таким образом, фотоны синего света имеют больше энергии, чем энергия красного света.

Одним из способов воздействия лазерным излучением на организм является внутривенное лазерное облучение крови (ВЛОК), которое в настоящее время успешно используется в кардиологии, пульмонологии, эндокринологии, гастроэнтерологии, гинекологии, урологии, анестезиологии, дерматологии и других областях медицины. Глубокая научная проработка вопроса и прогнозируемость результатов способствуют применению ВЛОК как самостоятельно, так и в комплексе с другими методами лечения.

Для ВЛОК обычно используют лазерное излучение в красной области спектра
(0,63 мкм) мощностью 1,5–2 мВт. Лечение проводят ежедневно или через день; на курс от 3 до 10 сеансов. Время воздействия при большинстве заболеваний 15–20 мин за сеанс для взрослых и 5–7 мин для детей. Внутривенная лазерная терапия может быть осуществлена практически в любом стационаре или поликлинике. Преимуществом амбулаторной лазеротерапии является уменьшение возможности развития внутрибольничной инфекции, создается хороший психоэмоциональный фон, позволяя больному на протяжении длительного времени сохранять работоспособность, проводя при этом процедуры и получая полноценное лечение.

В офтальмологии лазеры применяют как для лечения, так и для диагностики. С помощью лазера производят приварку сетчатки глаза, сварку сосудов глазной сосудистой оболочки. Для микрохирургии по лечению глаукомы служат аргоновые лазеры, излучающие в сине-зелёной области спектра. Для коррекции зрения давно и успешно используются эксимерные лазеры.

В дерматологии с помощью лазерного излучения лечат многие тяжёлые и хронические заболевания кожи, а также выводят татуировки. При облучении лазером активируется регенеративный процесс, происходит активация обмена клеточных элементов.

Основной принцип применения лазеров в косметологии заключается в том, что свет воздействует только на тот объект или вещество, которое поглощает его. В коже свет поглощается особыми веществами - хромофорами. Каждый хромофор поглощает в определенном диапазоне длин волн, например, для оранжевого и зеленого спектра это гемоглобин крови, для красного спектра - меланин волос, а для инфракрасного спектра - клеточная вода.

При поглощении излучения происходит преобразование энергии лазерного луча в тепло на том участке кожи, который содержит хромофор. При достаточной мощности лазерного луча это приводит к тепловому разрушению мишени. Таким образом, с помощью лазера можно селективно воздействовать, например, на корни волос, пигментные пятна и другие дефекты кожи.

Однако вследствие переноса тепла происходит нагревание и соседних областей, даже если они содержат мало светопоглощающих хромофоров. Процессы поглощения и переноса тепла зависят от физических свойств мишени, глубины залегания и ее размера. Поэтому в лазерной косметологии важно тщательно подбирать не только длину волны, но и энергию, и длительность лазерных импульсов.

В стоматологии лазерное излучение является наиболее эффективным физиотерапевтическим средством лечения пародонтоза и заболеваний слизистой оболочки полости рта.

Лазерный луч применяется вместо иглоукалывания. Преимущества применения лазерного луча состоит в том, что отсутствует контакт с биологическим объектом, а, следовательно, процесс протекает стерильно и безболезненно при большой эффективности.

Световодные инструменты и катетеры для лазерной хирургии предназначены для доставки мощного лазерного излучения к месту проведения оперативного вмешательства при открытых, эндоскопических и лапароскопических операциях в урологии, гинекологии, гастроэнтерологии, общей хирургии, артроскопии, дерматологии. Позволяют осуществлять резание, иссечение, абляцию, вапоризацию и коагуляцию тканей при проведении хирургических операций в контакте с биотканью или в бесконтактном режиме применения (при удалении торца волокна от биоткани). Вывод излучения может осуществляться как с торца волокна, так и через окошко на боковой поверхности волокна. Могут использоваться как в воздушной (газовой), так и водной (жидкой) среде. По отдельному заказу для удобства пользования катетеры комплектуются легкосъёмной ручкой – держателем световода.

В диагностике лазеры применяются для обнаружения различных неоднородностей (опухолей, гематом) и измерения параметров живого организма. Основы диагностических операций сводятся к пропусканию через тело пациента (либо один из его органов) лазерного луча и по спектру или амплитуде прошедшего или отражённого излучения выводят диагноз. Известны методы по обнаружению раковых опухолей в онкологии, гематом в травматологии, а также по измерению параметров крови (практически любых, от артериального давления до содержания сахара и кислорода).

2.2 Особенности лазерного взаимодействия при различных параметрах излучения

Для целей хирургии луч лазера должен быть достаточно мощным, чтобы нагревать биоткань выше 50 - 70 °С, что приводит к ее коагуляции, резанию или испарению. Поэтому в лазерной хирургии, говоря о мощности лазерного излучения того или иного аппарата, оперируют цифрами, обозначающими единицы, десятки и сотни Вт.

Хирургические лазеры бывают как непрерывные, так и импульсные, в зависимости от типа активной среды. Условно их можно разделить на три группы по уровню мощности.

1. Коагулирующие: 1 - 5 Вт.

2. Испаряющие и неглубоко режущие: 5 - 20 Вт.

3. Глубоко режущие: 20 - 100 Вт.

Каждый тип лазера в первую очередь характеризуется длиной волны излучения. Длина волны определяет степень поглощения лазерного излучения биотканью, а, значит, и глубину проникновения, и степень нагрева как области хирургического вмешательства, так и окружающей ткани.

Учитывая, что вода содержится практически во всех типах биоткани, можно сказать, что для хирургии предпочтительно использовать такой тип лазера, излучение которого имеет коэффициент поглощения в воде более 10 см-1 или, что то же самое, глубина проникновения которого не превышает 1 мм.

Другие важные характеристики хирургических лазеров,
определяющие их применение в медицине:

мощность излучения;

непрерывный или импульсный режим работы;

способность коагулировать кровенасыщенную биоткань;

возможность передачи излучения по оптическому волокну.

При воздействии лазерного излучения на биоткань сначала происходит ее нагрев, а затем уже испарение. Для эффективного разрезания биоткани нужно быстрое испарение в месте разреза с одной стороны, и минимальный сопутствующий нагрев окружающих тканей с другой стороны.

При одинаковой средней мощности излучения короткий импульс нагревает ткань быстрее, чем непрерывное излучение, и при этом распространение тепла к окружающим тканям минимально. Но, если импульсы имеют низкую частоту повторения (менее 5 Гц), то непрерывный разрез провести сложно, это больше похоже на перфорацию. Следовательно, лазер предпочтительно должен иметь импульсный режим работы с частотой повторения импульсов более 10 Гц, а длительность импульса - минимально возможную для получения высокой пиковой мощности.

На практике оптимальная выходная мощность для хирургии находится в диапазоне от 15 до 60 Вт в зависимости от длины волны лазерного излучения и области применения.

3. Перспективные лазерные методы в медицине и биологии

Развитие лазерной медицины идет по трем основным ветвям: лазерная хирургия, лазерная терапия и лазерная диагностика. Уникальные свойства лазерного луча позволяют выполнять ранее невозможные операции новыми эффективными и минимально инвазивными методами.

Растет интерес к немедикаментозным методам лечения, включая физиотерапию. Нередко возникают ситуации, когда необходимо проводить не одну физиопроцедуру, а несколько, и тогда пациенту приходиться переходить из одной кабины в другую, несколько раз одеваться и раздеваться, что создает дополнительные проблемы и потерю времени.

Многообразие методик терапевтического воздействия требует применения лазеров с различными параметрами излучения. Для этих целей служат различные излучающие головки, которые содержат один или несколько лазеров и электронное устройство сопряжения сигналов управления от базового блока с лазером.

Излучающие головки подразделяются на универсальные, позволяющие использовать их как наружно, (с использованием зеркальных и магнитных насадок), так и внутриполостно с использованием специальных оптических насадок; матричные, имеющие большую площадь излучения и применяющиеся поверхностно, а также специализированные. Различные оптические насадки позволяют доставлять излучение к требуемой зоне воздействия.

Блочный принцип позволяет применять широкий спектр лазерных и светодиодных головок, обладающих различными спектральными, пространственно-временными и энергетическими характеристиками, что, в свою очередь, поднимает на качественно новый уровень эффективность лечения за счет сочетанной реализации различных методик лазерной терапии. Эффективность лечения определяется прежде всего эффективными методиками и аппаратурой, которая обеспечивает их реализацию. Современные методики требуют возможность выбора различных параметров воздействия (режим излучения, длина волны, мощность) в широком диапазоне. Аппарат лазерной терапии (АЛТ) должен обеспечивать эти параметры, их достоверный контроль и отображение и вместе с тем быть простым и удобным в управлении.

4. Лазеры, применяемые в медицинской технике

4.1 CO2-лазеры

CO 2 -лазер , т.е. лазер, излучающей составляющей активной среды которого является углекислый газ CO2, занимает особое место среди всего многообразия существующих лазеров. Этот уникальный лазер отличается прежде всего тем, что для него характерны и большой энергосъем, и высокий КПД. В непрерывном режиме получены огромные мощности – в несколько десятков киловатт, импульсная мощность достигла уровня в несколько гигаватт, энергия импульса измеряется в килоджоулях. КПД CO2-лазера (порядка 30%) превосходит КПД всех лазеров. Частота следования в импульсно-периодическом режиме может составить несколько килогерц. Длины волн излучения CO2-лазера находятся в диапазоне 9-10 мкм (ИК-диапазон) и попадают в окно прозрачности атмосферы. Поэтому излучение CO2-лазера удобно для интенсивного воздействия на вещество. Кроме того, в диапазон длин излучения CO2-лазера попадают резонансные частоты поглощения многих молекул.

На рисунке 1 показаны нижние колебательные уровни основного электронного состояния вместе с условным представлением формы колебаний молекулы CO2.

Рисунок 20 – Нижние уровни молекулы CO2

Цикл лазерной накачки CO2-лазера в стационарных условиях выглядит следующим образом. Электроны плазмы тлеющего разряда возбуждают молекулы азота, которые передают энергию возбуждения несимметричному валентному колебанию молекул CO2, обладающему большим временем жизни и являющемуся верхним лазерным уровнем. Нижним лазерным уровнем обычно является первый возбужденный уровень симметричного валентного колебания, сильно связанный резонансом Ферми с деформационным колебанием и поэтому быстро релаксирующий вместе с этим колебанием в столкновениях с гелием. Очевидно, что тот же канал релаксации эффективен в том случае, когда нижним лазерным уровнем является второй возбужденный уровень деформационной моды. Таким образом, CO2-лазер – это лазер на смеси углекислого газа, азота и гелия, где CO2 обеспечивает излучение, N2 – накачку верхнего уровня, а He – опустошение нижнего уровня.

CO2-лазеры средней мощности (десятки – сотни ватт) конструируются отдельно в виде относительно длинных труб с продольным разрядом и продольной прокачкой газа. Типичная конструкция такого лазера показана на рисунке 2. Здесь 1 – разрядная трубка, 2 – кольцевые электроды, 3 – медленное обновление среды, 4 – разрядная плазма, 5 – внешняя трубка, 6 – охлаждающая проточная вода, 7,8 – резонатор.

Рисунок 20 – Схема CO2-лазера с диффузионным охлаждением

Продольная прокачка служит для удаления продуктов диссоциации газовой смеси в разряде. Охлаждение рабочего газа в таких системах происходит за счет диффузии на охлаждаемую снаружи стенку разрядной трубки. Существенной является теплопроводность материала стенки. С этой точки зрения целесообразно применение труб из корундовой (Al2O3) или бериллиевой (BeO) керамик.

Электроды делают кольцевыми, не загораживающими путь к излучению. Джоулево тепло выносится теплопроводностью к стенкам трубки, т.е. используется диффузионное охлаждение. Глухое зеркало делают металлическим, полупрозрачное – из NaCl, KCl, ZnSe, AsGa.

Альтернативой диффузионному служит конвекционное охлаждение. Рабочий газ с большой скоростью продувают через область разряда, и джоулево тепло выносится разрядом. Применение быстрой прокачки позволяет поднять плотности энерговыделения и энергосъема.

CO2-лазер в медицине применяется почти исключительно как «оптический скальпель» для резания и испарения во всех хирургических операциях. Режущее действие сфокусированного лазерного пучка основано на взрывном испарении внутри- и внеклеточной воды в области фокусировки, благодаря чему разрушается структура материала. Разрушение ткани приводит к характерной форме краев раны. В узко ограниченной области взаимодействия температура 100 °С превышается лишь тогда, когда достигнуто обезвоживание (испарительное охлаждение). Дальнейшее повышение температуры приводит к удалению материала путем обугливания или испарения ткани. Непосредственно в краевых зонах образуется из-за плохой в общем случае теплопроводности тонкое некротическое утолщение толщиной 30­40 мкм. На расстоянии 300­600 мкм уже не образуется повреждение ткани. В зоне коагуляции кровеносные сосуды диаметром до 0,5­1 мм спонтанно закрываются.

Хирургические устройства на основе CO2-лазера в настоящее время предлагаются в достаточно широком ассортименте. Наведение лазерного луча в большинстве случаев осуществляется с помощью системы шарнирно установленных зеркал (манипулятора), оканчивающейся инструментом со встроенной фокусирующей оптикой, которым хирург манипулирует в оперируемой области.

4.2 Гелий-неоновые лазеры

В гелий-неоновом лазере рабочим веществом являются нейтральные атомы неона. Возбуждение осуществляется электрическим разрядом. В чистом неоне создать инверсию в непрерывном режиме трудно. Эта трудность, носящая достаточно общий для многих случаев характер, обходится введением в разряд дополнительного газа – гелия, выполняющего функцию донора энергии возбуждения. Энергии двух первых возбужденных метастабильных уровней гелия (рисунок 3) довольно точно совпадают с энергиями уровней 3s и 2s неона. Поэтому хорошо реализуются условия резонансной передачи возбуждения по схеме

Рисунок 20 – Схема уровней He-Ne лазера

При правильно выбранных давлениях неона и гелия, удовлетворяющих условию

можно добиться заселения одного или обоих уровней 3s и 2s неона, значительно превышающего таковое в случае чистого неона, и получить инверсию населенностей.

Опустошение нижних лазерных уровней происходит в столкновительных процессах, в том числе и в соударениях со стенками газоразрядной трубки.

Возбуждение атомов гелия (и неона) происходит в слаботочном тлеющем разряде (рисунок 4). В лазерах непрерывного действия на нейтральных атомах или молекулах для создания активной среды чаще всего используется слабоионизированная плазма положительного столба тлеющего разряда. Плотность тока тлеющего разряда составляет 100-200 мА/см2. Напряженность продольного электрического поля такова, что число возникающих на единичном отрезке разрядного промежутка электронов и ионов компенсирует потери заряженных частиц при их диффузии к стенкам газоразрядной трубки. Тогда положительных столб разряда стационарен и однороден. Электронная температура определяется произведением давления газа на внутренний диаметр трубки (0,63282 мкм) соответствует оптимальное Тор·мм.

Рисунок 20 – Конструктивная диаграмма He-Ne лазера

Характерными значениями мощности излучения гелий-неоновых лазеров следует считать десятки милливатт в областях 0,63 и 1,15 мкм и сотни в области 3,39 мкм. Срок службы лазеров ограничивается процессами в разряде и исчисляется годами. С течением времени в разряде происходит нарушение состава газа. Из-за сорбции атомов в стенках и электродах происходит процесс «жестчения», падает давление, меняется отношение парциальных давлений He и Ne.

Наибольшая кратковременная стабильность, простота и надежность конструкции гелий-неонового лазера достигаются при установке зеркал резонатора внутрь разрядной трубки. Однако при таком расположении зеркала сравнительно быстро выходят из строя за счет бомбардировки заряженными частицами плазмы разряда. Поэтому наибольшее распространение получила конструкция, в которой газоразрядная трубка помещается внутрь резонатора (рисунок 5), а ее торцы снабжаются окнами, расположенными под углом Брюстера к оптической оси, обеспечивая тем самым линейную поляризацию излучения. Такое расположение имеет целый ряд преимуществ – упрощается юстировка зеркал резонатора, увеличивается срок службы газоразрядной трубки и зеркал, облегчается их смена, появляется возможность управления резонатором и применения дисперсионного резонатора, выделения мод и т.п.

Рисунок 20 – Резонатор He-Ne лазера

Переключение между полосами генерации (рисунок 6) в перестраиваемом гелий-неоновом лазере обычно обеспечивается за счет введения призмы, а для тонкой перестройкой линии генерации обычно используется дифракционная решетка.

Рисунок 20 – Использование призмы Литроу

4.3 ИАГ-лазеры

Трехвалентный ион неодима легко активирует многие матрицы. Из них самыми перспективными оказались кристаллы иттрий-алюминиевого граната Y3Al5O12 (ИАГ) и стекла. Накачка переводит ионы Nd3+ из основного состояния 4I9/2 в несколько относительно узких полос, играющих роль верхнего уровня. Эти полосы образованы рядом перекрывающихся возбужденных состояний, их положения и ширины несколько меняются от матрицы к матрице. Из полос накачки быстрая передача энергии возбуждения на метастабильный уровень 4F3/2 (рисунок 7).

Рисунок 20 – Энергетические уровни трехвалентных редкоземельных ионов

Чем ближе к уровню 4F3/2 расположены полосы поглощения, тем выше КПД генерации. Достоинством кристаллов ИАГ является наличие интенсивной красной линии поглощения.

Технология роста кристаллов основана на методе Чохральского, когда ИАГ и присадка плавятся в иридиевом тигле при температуре около 2000 °С с последующим выделением части расплава из тигля с помощью затравки. Температура затравки несколько ниже температуры расплава, и при вытягивании расплав постепенно кристаллизуется на поверхности затравки. Кристаллографическая ориентировка закристаллизовавшегося расплава воспроизводит ориентировку затравки. Выращивание кристалла осуществляется в инертной среде (аргон или азот) при нормальном давлении с малой добавкой кислорода (1-2%). Как только кристалл достигает нужной длины его медленно остужают для предотвращения разрушения из-за термических напряжений. Процесс роста занимает от 4 до 6 недель и проходит под компьютерным управлением.

Неодимовые лазеры работают в широком диапазоне режимов генерации, от непрерывного до существенно импульсного с длительностью, достигающей фемтосекунд. Последняя достигается методом синхронизации мод в широкой линии усиления, характерной для лазерных стекол.

При создании неодимовых, как, впрочем, и рубиновых, лазеров реализованы все характерные методы управления параметрами лазерного излучения, разработанные квантовой электроникой. В дополнение к так называемой свободной генерации, продолжающейся в течение практически всего времени существования импульса накачки, широкое распространение получили режимы включаемой (модулированной) добротности и синхронизации (самосинхронизации) мод.

В режиме свободной генерации длительность импульсов излучения составляет 0,1…10 мс, энергия излучения в схемах усиления мощности составляет около 10 пс при использовании для модуляции добротности электрооптических устройств. Дальнейшее укорочение импульсов генерации достигается применением просветляющихся фильтров как для модуляции добротности (0,1…10 пс), так и для синхронизации мод (1…10 пс).

При воздействии интенсивного излучения Nd-ИАГ-лазера на биологическую ткань образуются достаточно глубокие некрозы (коагуляционный очаг). Эффект удаления ткани и тем самым режущее действие, незначительны по сравнению с действием CO2-лазера. Поэтому Nd-ИАГ-лазер применяется преимущественно для коагуляции кровотечения и для некротизирования патологически измененных областей ткани почти во всех областях хирургии. Поскольку к тому же передача излучения возможна через гибкие оптические кабели, то открываются перспективы применения Nd-ИАГ-лазера в полостях тела.

4.4 Полупроводниковые лазеры

Полупроводниковые лазеры испускают в УФ-, видимом или ИК-диапазонах (0,32…32 мкм) когерентное излучение; в качестве активной среды применяются полупроводниковые кристаллы.

В настоящее время известно свыше 40 пригодных для лазеров различных полупроводниковых материалов. Накачка активной среды может осуществляться электронными пучками или оптическим излучением (0,32…16 мкм), в p­n-переходе полупроводникового материала электрическим током от приложенного внешнего напряжения (инжекция носителей заряда, 0,57…32 мкм).

Инжекционные лазеры отличаются от всех других типов лазеров следующими характеристиками:

Высоким КПД по мощности (выше 10%);

Простотой возбуждения (непосредственное преобразование электрической энергии в когерентное излучение – как в непрерывном, так и в импульсном режимах работы);

Возможностью прямой модуляции электрическим током до 1010 Гц;

Крайне незначительными размерами (длина менее 0,5 мм; ширина не более 0,4 мм; высота не более 0,1 мм);

Низким напряжением накачки;

Механической надежностью;

Большим сроком службы (до 107 ч).

4.5 Эксимерные лазеры

Эксимерные лазеры , представляющие собой новый класс лазерных систем, открывают для квантовой электроники УФ диапазон. Принцип действия эксимерных лазеров удобно пояснить на примере лазера на ксеноне (нм). Основное состояние молекулы Xe2 неустойчиво. Невозбужденный газ состоит в основном из атомов. Заселение верхнего лазерного состояния, т.е. создание возбужденной устойчивости молекулы происходит под действием пучка быстрых электронов в сложной последовательности столкновительных процессов. Среди этих процессов существенную роль играют ионизация и возбуждение ксенона электронами.

Большой интерес представляют эксимеры галоидов инертных газов (моногалогенидов благородных газов), главным образом потому, что в отличие от случая димеров благородных газов соответствующие лазеры работают не только при электронно-пучковом, но и при газоразрядном возбуждении. Механизм образования верхних термов лазерных переходов в этих эксимерах во многом неясен. Качественные соображения свидетельствуют о большей легкости их образования по сравнению со случаем димеров благородных газов. Существует глубокая аналогия между возбужденными молекулами, составленными из атомов щелочного материала и галогена. Атом инертного газа в возбужденном электронном состоянии похож на атом щелочного металла и галогена. Атом инертного газа в возбужденном электронном состоянии похож на атом щелочного металла, следующий за ним в таблице Менделеева. Этот атом легко ионизуется, так как энергия связи возбужденного электрона мала. В силу высокого сродства к электрону галогена этот электрон легко отрывается и при столкновении соответствующих атомов охотно перепрыгивает на новую орбиту, объединяющую атомы, осуществляя тем самым так называемую гарпунную реакцию.

Ларингоскопия, микроларингоскопия, эзофагоскопия и бронхоскопия - виды эндоскопического вмешательства. Предоперационный и интраоперационный периоды. Особенности анестезии при эндоскопических лазерных вмешательствах. Меры безопасности от возгораний.

Процесс лазерного излучения. Исследования в области лазеров в диапазоне рентгеновских волн. Медицинское применение CO2–лазеров и лазеров на ионах аргона и криптона. Генерация лазерного излучения. Коэффициент полезного действия лазеров различных типов.

Лазерная терапия. Физико-химические основы действия НИЛИ на биообъекты. Лечебное применение волн оптического диапазона. Воздействие ИК излучения на биоткани. Хромотерапия и фотодинамическая терапия. Лечебный эффект. Лечение онкологических заболеваний.

Определение фотоэффекта. Виды фотоэффектов. Уравнение Эйнштейна. Применение фотоэффекта в медицине. Фотоэффект - это явление, связанное с освобождением электронов твердого тела (или жидкости) под действием электромагнитного излучения.

Физические основы лучевой терапии. Основные виды и свойства ионизирующих излучений. Корпускулярные и фотонные ионизирующие излучения (ИИ). Биологические основы лучевой терапии. Изменения химической структуры атомов и молекул, биологическое действие ИИ.

В медицине лазеры нашли свое применение в виде лазерного скальпеля. Его использование для проведения хирургических операций определяют следующие свойства:

Он производит относительно бескровный разрез, так как одновременно с рассечением тканей он коагулирует края раны “заваривая” не слишком крупные кровеносные сосуды;

Лазерный скальпель отличается постоянством режущих свойств. Попадание на твердый предмет (например, кость) не выводит скальпель из строя. Для механического скальпеля такая ситуация стала бы фатальной;

Лазерный луч в силу своей прозрачности позволяет хирургу видеть оперируемый участок. Лезвие же обычного скальпеля, равно как и лезвие электроножа, всегда в какой-то степени загораживает от хирурга рабочее поле;

Лазерный луч рассекает ткань на расстоянии, не оказывая никакого механического воздействия на ткань;

Лазерный скальпель обеспечивает абсолютную стерильность, ведь с тканью взаимодействует только излучение;

Луч лазера действует строго локально, испарение ткани происходит только в точке фокуса. Прилегающие участки ткани повреждаются значительно меньше, чем при использовании механического скальпеля;

Как показала клиническая практика, рана от лазерного скальпеля почти не болит и быстрее заживляется.

Практическое применение лазеров в хирургии началось в СССР в 1966 году в институте имени А. В. Вишневского. Лазерный скальпель был применен в операциях на внутренних органах грудной и брюшной полостей. В настоящее время лазерным лучом делают кожно-пластические операции, операции пищевода, желудка, кишечника, почек, печени, селезенки и других органов. Очень заманчиво проведение операций с использованием лазера на органах, содержащих большое количество кровеносных сосудов, например, на сердце, печени.

Особенно широкое применение нашли лазерные инструменты в хирургии глаза. Глаз, как известно, представляет орган, обладающий очень тонкой структурой. В хирургии глаза особенно важны точность и быстрота манипуляций. Кроме того выяснилось, что при правильном подборе частоты излучения лазера оно свободно проходит через прозрачные ткани глаза, не оказывая на них никакого действия. Это позволяет делать операции на хрусталике глаза и глазном дне, не делая никаких разрезов вообще. В настоящее время успешно проводятся операции по удалению хрусталика путём испарения его очень коротким и мощным импульсом. При этом не происходит повреждение окружающих тканей, что ускоряет процесс заживления, составляющий буквально несколько часов. В свою очередь, это значительно облегчает последующую имплантацию искусственного хрусталика. Другая успешно освоенная операция – приваривание отслоившейся сетчатки.

Лазеры довольно успешно применяются и в лечении таких распространённых сейчас заболеваний глаза как близорукость и дальнозоркость. Одной из причин этих заболеваний является изменение в силу каких-либо причин конфигурации роговицы глаза. С помощью очень точно дозированных облучений роговицы лазерным излучением можно исправить её изъяны, восстановив нормальное зрение.

Трудно переоценить значение применения лазерной терапии при лечении многочисленных онкологических заболеваний, вызванных неконтролируемым делением видоизменённых клеток. Точно фокусируя луч лазера на скоплении раковых клеток, можно полностью уничтожить эти скопления, не повреждая здоровые клетки.

Разнообразные лазерные зонды широко используются при диагностике заболеваний различных внутренних органов, особенно в тех случаях, когда применение других методов невозможно или сильно затруднено.

В лечебных целях применяется низкоэнергетическое лазерное излучение. В основе лазеротерапии лежит сочетание воздействия на организм импульсного широкополосного излучения ближнего инфракрасного диапазона совместно с постоянным магнитным полем . В основе терапевтического (лечебного) эффекта лазерного излучения с живым организмом лежат фотофизические и фотохимические реакции. На клеточном уровне в ответ на действие лазерного излучения изменяется энергетическая активность клеточных мембран, происходит активизация ядерного аппарата клеток системы ДНК – РНК – белка, а, следовательно, увеличение биоэнергетического потенциала клеток. Реакция на уровне организма в целом выражается в клинических проявлениях. Это обезболивающий, противовоспалительный и противоотечный эффекты, улучшение микроциркуляции не только в облучаемых, но и в окружающих тканях, ускорение заживления поврежденной ткани, стимуляция общих и местных факторов иммунозащиты, снижение в крови холецистита, бактериостатический эффект.

Лазеры в медицине: различные аспекты применения

Поначалу, после изобретения лазеров, мало кто мог предположить, что эти световые инструменты способны лечить или как-то иначе улучшать физическое благополучие человека. Но врачи и медицинские исследователи быстро разглядели его возможности, а число медицинских применений лазера увеличивается с каждым годом. Например, резка тканей в хирургических процедурах; изменение формы роговицы глаза для улучшения зрения; очистка закупоренных артерий; прожигание полостей и отбеливание зубов; удаление нежелательных волос, морщин, родинок и веснушек; изменение формы лица в пластической хирургии.

Пришествие «лазерного скальпеля»

Первые испытатели медицинских лазеров говорили о том, что существуют хирургические операции, которые сложно выполнить при помощи обычного скальпеля, и лазерный луч может быть использован вместо него. Их опыты показали, что хорошо сфокусированный луч углекислого лазера может резать человеческую ткань легко и аккуратно. Хирург может направить луч под любым углом с помощью зеркала, установленного на подвижном металлическом манипуляторе.

Несколько преимуществ лазерной хирургии быстро стали очевидными. Во-первых, луч света однороден, то есть энергия, передаваемая лазером в единицу времени, постоянна.

На фото запечатлена операция на открытом сердце. Врач использует лазерный зонд для создания небольших отверстий в сердце пациента, чтобы увеличить кровоток органа.

Так что если луч движется, то разрез, производимый им (инцизия), имеет постоянную глубину; в то же время, при использовании скальпеля врач может случайно сделать часть разреза слишком глубокой. Вторым преимуществом хирургического лазера является то, что горячий луч по мере движения прижигает (или запаивает) открытые кровеносные сосуды (Это хорошо работает в основном для небольших сосудов, например для кожных сосудов. Врач все еще должен изолировать большие кровеносные сосуды традиционными методами). Еще одно преимущество состоит в том, что клетки в ткани человека не очень хорошо проводят тепло, поэтому кожа, или любая другая ткань, находящаяся вблизи лазерного разреза, сильно не нагревается и не травмируется лучом. Это преимущество лазерной хирургии очень полезно когда операционное поле ограничено маленькой областью, которая окружена здоровыми тканями или органами.

Следует отметить, что «лазерный скальпель» не обязательно является лучшим инструментом для каждой операции. Некоторые врачи считают, что, хотя лазер и полезен в некоторых ситуациях, он никогда не сможет полностью заменить скальпель. Другие настроены более оптимистично и видят тот день, когда более продвинутые лазеры полностью вытеснят скальпель.

Вторая точка зрения может оказаться более точной, так как хирургическое применение лазеров быстро развивается. Сначала считалось, что лазеры наиболее эффективны для операций на легко доступных областях - на поверхности тела, включая кожу, рот, нос, уши и глаза. Но в последние годы врачи продемонстрировали значительный прогресс в развитии лазерной техники для использования в диагностике и хирургии внутренних органов. Конечно, для того, чтобы иметь возможность управления лучом лазера, врач должен видеть внутри тела. В некоторых случаях этот вопрос легко решается созданием разреза и открытием области, которая будет прооперирована. Но бывают ситуации, в которых этого можно избежать.

Очистка артерий при помощи света

Например, лазеры все шире применяются для очистки артерий человека от тромбоцитных бляшек. Тромбоцитная бляшка - это плотная жировая субстанция, которая может скапливаться на внутренних стенках артерий. Со временем сосуды могут настолько закупориться, что кровь перестанет течь нормально и это может вызвать сердечный приступ или инсульт, что очень опасно и может привести к летальному исходу. Традиционный метод удаления бляшек, включающий вскрытие грудной клетки и выполнение нескольких надрезов, является долгой, а иногда и рискованной операцией. Кроме того, она дорогая и требует несколько недель для восстановления.

Эффективной альтернативой является использование лазерного луча для выжигания бляшки. Ключевую роль в обеспечении положительного результата этой работы играет возможность для врача видеть внутри артерии и направлять луч. Это еще одна область, в которой сочетание волоконной оптики и лазеров представляет из себя современный чудо-инструмент. Оптическое волокно, присоединенное к маленькой телекамере, может быть введено в артерию. Этот миниатюрный датчик позволяет врачу и медсестрам наблюдать за вторым волокном, которое вводится в артерию для выжигания бляшек вспышками света.

Методика состоит в следующем. Волоконно-оптический массив вводится в кровеносный сосуд в руке или ноге и медленно перемещается в область сердца и к закупоренной артерии. Когда массив достигает точки назначения, лазер излучает свет и уничтожает бляшку. Пары, образующиеся в результате, отсасываются через маленькую полую трубку, которая введена вместе с оптическими волокнами. После очистки артерии врач извлекает волокна и трубку - операция завершена. Эта медицинская процедура известна как лазерная ангиопластика. Она имеет несколько очевидных преимуществ. Во-первых, разрезание тканей не требуется (за исключением маленького надреза в сосуде для введения волокон). Кроме того, кровопотери невелики или вообще отсутствуют, а пациент полностью восстанавливается через 1-2 дня.

Лазерная ангиопластика имеет ряд потенциальных рисков, которые должны быть рассмотрены. Во-первых, когда лазерный луч попадает в бляшку он должен быть направлен очень точно, потому что даже небольшой промах может прорезать стенку артерии и вызвать серьезное кровотечение. В этом случае все равно придется вскрывать грудную клетку пациента. Вторая проблема связана с небольшими частицами материала, остающимися после выжигания бляшки.

Хирурги используют крошечный лазер для отрезания ткани в операции над желчным пузырем. Лазер и крошечная камера вставляются в пупок, так что разрез брюшной полости не требуется.

Если они попадут в кровоток, то это может вызвать закупорку небольших кровеносных сосудов, что приведет к еще большим осложнениям. К счастью, непрерывный технический прогресс значительно уменьшил эти риски, и число успешных операций постоянно растет.

Лечение глаз и изменение формы роговицы при помощи лазера

Несколько самых замечательных достижений медицинских лазеров произошли в области офтальмологии, изучающей структуру и заболевания глаз. Одной из причин почему лазерные лучи так полезны в лечении глаз, является тот факт, что роговица - покрытие, которое охватывает глазное яблоко и пропускает свет внутрь глаза, - прозрачна. Благодаря этому роговица пропускает лазерный луч точно так же, как и обычный свет, то есть луч на нее не оказывает воздействия.

Прежде всего, лазер очень полезен при удалении посторонних кровеносных сосудов, которые могут образовываться на сетчатке глаза - тонкой, свето-чувствительной мембране на задней стенке глазного яблока. Именно на сетчатке формируются изображения предметов, которые видит глаз. Иногда, повреждение сетчатки может привести к слепоте, что в Соединенных Штатах чаще всего вызывается сахарным диабетом (заболевание, характеризующееся высоким уровнем сахара в крови), когда, в некоторых запущенных случаях, на сетчатке формируются сотни крошечных дополнительных кровеносных сосудов. Это приводит к блокировке света, идущего от поверхности мембраны, что вызывает частичную или полную слепоту.

Для лечения таких состояний чаще всего применяется аргоновый лазер. Врач направляет луч через роговицу и выжигает сплетение кровеносных сосудов, покрывающее сетчатку. Процедура занимает всего несколько минут и может быть выполнена в кабинете врача. Лазер может также восстановить отслоение сетчатки - часть сетчатки, которая отделилась от задней части глазного яблока. До появления лазеров отслоение сетчатки приходилось исправлять вручную, и, так как сетчатка является очень хрупкой, это была очень сложная операция. При помощи аргонового лазера врач может, грубо говоря, «приварить» оторванную часть сетчатки. Интересное совпадение: Гордон Гулд (Gordon Gould), один из первых изобретателей лазера, позже был подвергнут операции по восстановлению сетчатки при помощи данного инструмента.

Другим заболеванием глаза является глаукома, которая характеризуется накоплением жидкости в глазу. Обычно, естественные жидкости глаза понемногу вытекают, и он остается здоровым. В глазах, пораженных глаукомой, жидкость не вытекает должным образом, и ее накопление влияет на зрение; иногда это приводит к слепоте. В некоторых случаях глаукому можно лечить при помощи лекарственных препаратов. Однако, если это не помогает, то многие доктора используют лазер, чтобы избежать традиционной хирургии. Лазер пробивает отверстие в заранее определенном месте и жидкость вытекает через него. Опять же, лечение может проводиться в кабинете врача, а не в больнице.