Применение лазера в хирургии. Медицинская фирма "Лазеротерапия

Лазерная хирургия использует лазерный источник света (лазерный луч) для удаления больных тканей или лечения кровеносных сосудов. В качестве альтернативы, лазер используется в косметических целях; он может удалять морщины, родинки или татуировки.

Существует целый ряд различных типов лазеров, каждый из которых имеет различное использование и технические характеристики. В центрах лазерной хирургии применяют три типа лазера: диоксид углеродный (CO 2); YAG лазер; и импульсный.

Цели лазерной хирургии

Лазерная хирургия используется для:

• вырезания или уничтожения больной ткани без нанесения вреда здоровой,
• уменьшения или разрушения опухолей и поражений,
• закрытия нервных окончаний в целях уменьшения послеоперационной боли,
• прижигания (уплотнения) кровеносных сосудов для уменьшения потери крови,
• герметизации лимфатических сосудов для минимизации отеков ,
• удаления родинок, бородавок, татуировок,
• уменьшения появления морщин на коже.

Меры предосторожности

Некоторые виды лазерной хирургии не должны проводиться в отношении беременных женщин, людей с тяжелыми заболеваниями сердца сердечной болезни или другими серьезными проблемами со здоровьем.

Кроме того, поскольку некоторые хирургические лазерные процедуры проводятся под общим наркозом, риски операции должны быть полностью обсуждены с анестезиологом.

Лазерная хирургия: описание

Лазер может быть применен для выполнения практически любой хирургической процедуры. Клиники лазерной хирургии используют различные лазерные системы, способные вырезать, коагулировать, испарять и удалять ткань. В большинстве центров лазерной хирургии применяются оригинальные лазерные устройства для выполнения как стандартных, так и нестандартных процедур. Применяя лазер, опытный и обученный хирург может выполнять различные задачи, значительно уменьшая потерю крови, послеоперационный дискомфорт пациента, вероятность инфекции раны, распространение некоторых видов рака, сводя к минимуму степень хирургии (в некоторых случаях).

Лазеры чрезвычайно полезны в открытых и лапароскопических операциях. Общие хирургические применения лазера включают хирургию груди, удаление желчного пузыря, резекцию кишечника, геморроидэктомию и многие другие.

Применение лазера

Лазерная хирургия часто является стандартной процедурой для специалистов в области:

Регулярное использование лазера практикуется для:

• устранения родинок,
• удаления доброкачественных, предраковых или раковых тканей или опухолей,

Подпишитесь на наш Ютуб-канал !

• удаления миндалин,
• удаления или пересадки волос .

Лазеры также применяют для лечения:

Преимущества лазерной хирургии

Часто называемые, как «бескровная хирургия», лазерные процедуры обычно дают меньшие кровотечения, чем обычные операции. Тепло, генерируемое лазером, уменьшает риск инфекции. Поскольку требуется меньший надрез, лазерные процедуры часто занимают меньше времени, чем традиционные операции. Герметизация кровеносных сосудов и нервов уменьшает кровотечение, отеки, рубцы, боль и продолжительность периода восстановления.

Диагностика и подготовка

Поскольку лазерная хирургия используется для лечения самых разнообразных условий, пациент должен получить у врача подробные инструкции о том, как подготовиться к конкретной процедуре.

Уход за выздоравливающим

Большинство лазерных операций может выполняться в амбулаторных условиях, и пациентам, как правило, разрешается покидать больницу или медицинский кабинет, когда их жизненно важные признаки стабилизировались.

Врач может назначить анальгетик (обезболивающее) после операции. Количество времени, необходимое для восстановления после хирургического вмешательства зависит от сложности операции и индивидуальных особенностей пациента.

Лазерная хирургия: риски

Лазерная хирургия может включать в себя риски, которые не связаны с традиционными хирургическими процедурами. Лазерный луч в сочетании с достаточно высокой энергией и поглощением может воспламенить одежду, бумагу и волосы. Риск возникновения пожара от лазера возрастает в присутствии кислорода. Важно также защититься от поражения электрическим током, так как лазеры требуют использования высокого напряжения.

Лазерный луч может затронуть здоровые ткани, в этом случае он вызывает повреждения, которые являются болезненными. Ошибки или неточности в лазерной хирургии могут привести к ухудшению зрения пациента или оставить шрамы на коже.

Все риски, меры предосторожности и возможные осложнения пациенту следует обсудить врачом.

Отказ от ответственности: Информация, представленная в этой статье про лазерную хирургию, предназначена только для информирования читателя. Она не может быть заменой для консультации профессиональным медицинским работником.

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

За последние полвека лазеры нашли применение в офтальмологии, онкологии, пластической хирургии и многих других областях медицины и медико-биологических исследованиях.

О возможности использования света для лечения болезней было известно тысячи лет назад. Древние греки и египтяне применяли солнечное излучение в терапии, и эти две идеи даже были связаны друг с другом в мифологии - греческий бог Аполлон был богом солнца и исцеления.

И только после изобретения источника когерентного излучения более 50 лет назад действительно был выявлен потенциал использования света в медицине.

Благодаря особым свойствам, лазеры гораздо эффективнее, чем радиация солнца или других источников. Каждый квантовый генератор работает в очень узком диапазоне длин волн и излучает когерентный свет. Также лазеры в медицине позволяют создавать большие мощности. Пучок энергии может быть сосредоточен в очень маленькой точке, благодаря чему достигается ее высокая плотность. Эти свойства привели к тому, что сегодня лазеры используются во многих областях медицинской диагностики, терапии и хирургии.

Лечение кожи и глаз

Применение лазеров в медицине началось с офтальмологии и дерматологии. Квантовый генератор был открыт в 1960 году. И уже через год после этого Леон Голдман продемонстрировал, как рубиновый красный лазер в медицине может быть использован для удаления капиллярной дисплазии, разновидности родимых пятен, и меланомы.

Такое применение основано на способности источников когерентного излучения работать на определенной длине волны. Источники когерентного излучения в настоящее время широко используются для удаления опухолей, татуировок, волос и родинок.

В дерматологии применяются лазеры различных типов и длин волн, что обусловлено разными видами излечиваемых поражений и основного поглощающего вещества внутри них. также зависит от типа кожи пациента.

Сегодня нельзя практиковать дерматологию или офтальмологию, не имея лазеров, так как они стали основными инструментами лечения пациентов. Применение квантовых генераторов для коррекции зрения и широкого спектра офтальмологических приложений выросло после того, как Чарльз Кэмпбелл в 1961 году стал первым врачом, использовавшим красный лазер в медицине для исцеления пациента с отслоением сетчатки.

Позже для этой цели офтальмологи стали применять аргоновые источники когерентного излучения в зеленой части спектра. Здесь были задействованы свойства самого глаза, особенно его линзы, фокусировать луч в области отслоения сетчатки. Высококонцентрированная мощность аппарата ее буквально приваривает.

Больным с некоторыми формами макулодистрофии может помочь лазерная хирургия - лазерная коагуляция и фотодинамическая терапия. В первой процедуре луч когерентного излучения используется для герметизации кровеносных сосудов и замедления их патологического роста под макулой.

Подобные исследования были проведены в 1940 годах с солнечным светом, но для их успешного завершения врачам были необходимы уникальные свойства квантовых генераторов. Следующим применением аргонового лазера стала остановка внутренних кровотечений. Селективное поглощение зеленого света гемоглобином - пигментом красных кровяных клеток - использовалось для блокирования кровоточащих кровеносных сосудов. Для лечения рака разрушают кровеносные сосуды, входящих в опухоль и снабжающие ее питательными веществами.

Этого невозможно добиться, используя солнечный свет. Медицина очень консервативна, как это и должно быть, но источники когерентного излучения получили признание в разных ее областях. Лазеры в медицине заменили многие традиционные инструменты.

Офтальмология и дерматология также извлекли выгоду из эксимерных источников когерентного излучения в ультрафиолетовом диапазоне. Они стали широко использоваться для изменения формы роговицы (LASIK) для коррекции зрения. Лазеры в эстетической медицине применяются для удаления пятен и морщин.

Прибыльная косметическая хирургия

Такие технологические разработки неизбежно популярны среди коммерческих инвесторов, так как обладают огромным потенциалом получения прибыли. Аналитическая компания Medtech Insight в 2011 г. оценила объем рынка лазерного косметического оборудования на сумму более 1 млрд долларов США. Действительно, несмотря на снижение общего спроса на медицинские системы во время глобального спада, косметические операции, основанные на использовании квантовых генераторов, продолжают пользоваться постоянным спросом в Соединенных Штатах - доминирующем рынке лазерных систем.

Визуализация и диагностика

Лазеры в медицине играют важную роль в раннем выявлении рака, а также многих других заболеваний. Например, в Тель-Авиве группа ученых заинтересовалась ИК-спектроскопией с использованием инфракрасных источников когерентного излучения. Причиной этого является то, что рак и здоровая ткань могут иметь различную проходимость в инфракрасном диапазоне. Одним из перспективных применений этого метода является выявление меланом. При раке кожи ранняя диагностика очень важна для выживаемости пациентов. В настоящее время обнаружение меланомы делается на глаз, поэтому остается полагаться на мастерство врача.

В Израиле раз в год каждый человек может пойти на бесплатный скрининг меланомы. Несколько лет назад в одном из крупных медицинских центров проводились исследования, в результате которых появилась возможность наглядно наблюдать разницу в ИК-диапазоне разницу между потенциальными, но неопасными признаками, и настоящей меланомой.

Кацир, организатор первой конференции SPIE по биомедицинской оптике в 1984 году, и его группа в Тель-Авиве также разработали оптические волокна, прозрачные для инфракрасных длин волн, что позволило распространить этот метод на внутреннюю диагностику. Кроме того, это может стать быстрой и безболезненной альтернативой цервикальному мазку в гинекологии.

Голубой в медицине нашел применение в флюоресцентной диагностике.

Системы на основе квантовых генераторов также начинают заменять рентген, который традиционно использовался в маммографии. Рентгеновские лучи ставят врачей перед сложной дилеммой: для достоверного обнаружения раковых образований необходима их высокая интенсивность, но рост радиации сам по себе увеличивает риск заболевания раком. В качестве альтернативы изучается возможность использования очень быстрых лазерных импульсов для снимка груди и других частей тела, например, мозга.

ОКТ для глаз и не только

Лазеры в биологии и медицине нашли применение в оптической когерентной томографии (ОКТ), что вызвало волну энтузиазма. Этот метод визуализации использует свойства квантового генератора и может дать очень четкие (порядка микрона), поперечные и трехмерные изображения биологической ткани в режиме реального времени. ОКТ уже применяется в офтальмологии, и может, например, позволить офтальмологу увидеть поперечное сечение роговицы для диагностики заболеваний сетчатки и глаукомы. Сегодня техника начинает использоваться также и в других областях медицины.

Одна из крупнейших областей, формирующихся благодаря ОКТ, занимается получением волоконно-оптических изображений артерий. может быть применена для оценки состояния склонной к разрыву нестабильной бляшки.

Микроскопия живых организмов

Лазеры в науке, технике, медицине также играют ключевую роль во многих видах микроскопии. В этой области было сделано большое число разработок, целью которых является визуализация того, что происходит внутри тела пациента без использования скальпеля.

Самым сложным в удалении рака является необходимость постоянно прибегать к услугам микроскопа, чтобы хирург мог убедиться, что все сделано правильно. Возможность делать микроскопию «вживую» и в реальном времени является значительным достижением.

Новое применение лазеров в технике и медицине - сканирование в ближней зоне оптической микроскопии, которая может производить изображения с разрешением гораздо большим, чем у стандартных микроскопов. Этот метод основан на оптических волокнах с насечками на торцах, размеры которых меньше длины волны света. Это позволило субволновую визуализацию и заложило основу для получения изображения биологических клеток. Использование данной технологии в ИК-лазерах позволит лучше понять болезнь Альцгеймера, рак и другие изменения в клетках.

ФДТ и другие методы лечения

Разработки в области оптических волокон помогают расширить возможности применения лазеров и в других сферах. Кроме того, что они позволяют проводить диагностику внутри организма, энергия когерентного излучения может быть передана туда, где в этом есть необходимость. Это может быть использовано в лечении. Волоконные лазеры становятся гораздо более продвинутыми. Они кардинально изменят медицину будущего.

Область фотомедицины, использующая светочувствительные химические вещества, которые взаимодействуют с телом особым образом, может прибегнуть к помощи квантовых генераторов как для диагностики, так и для лечения пациентов. В фотодинамической терапии (ФДТ), например, лазер и фоточувствительное лекарственное средство может восстановить зрение у больных с «влажной» формой возрастной макулярной дегенерации, основной причиной слепоты у людей в возрасте старше 50 лет.

В онкологии некоторые порфирины накапливаются в раковых клетках и флуоресцируют при освещении определенной длиной волны, указывая на место расположения опухоли. Если эти же самые соединения затем осветить другой длиной волны, они становятся токсичными и убивают поврежденные клетки.

Красный газовый гелий-неоновый лазер в медицине применяется в лечении остеопороза, псориаза, трофических язв и др., так как данная частота хорошо поглощается гемоглобином и ферментами. Излучение замедляет воспалительные процессы, предотвращает гиперемию и отеки, улучшает кровоснабжение.

Персонализированное лечение

Еще две области, в которых найдется применение для лазеров - генетика и эпигенетика.

В будущем все будет происходить на наноуровне, что позволит заниматься медициной в масштабах клетки. Лазеры, которые могут генерировать фемтосекундные импульсы и настраиваться на определенную длину волны, являются идеальными партнерами для медиков.

Это откроет дверь для персонализированного лечения, основанного на индивидуальном геноме пациента.

Леон Голдман - родоначальник лазерной медицины

Говоря об использовании квантовых генераторов в лечении людей, нельзя не упомянуть Леона Голдмана. Он известен как «отец» лазерной медицины.

Уже через год после изобретения источника когерентного излучения Голдман стал первым исследователем, применившим его для лечения заболевания кожи. Техника, которую применил ученый, проложила путь последующему развитию лазерной дерматологии.

Его исследования в середине 1960 годов привели к использованию рубинового квантового генератора в хирургии сетчатки глаза и к таким открытиям, как возможность когерентного излучения одновременно разрезать кожу и запечатывать кровеносные сосуды, ограничивая кровотечение.

Голдман, работавший на протяжении большей части своей карьеры дерматологом в университете Цинциннати, основал Американское общество лазеров в медицине и хирургии и помог заложить основы безопасности лазеров. Умер в 1997 г.

Миниатюризация

Первые 2-микронные квантовые генераторы были размером с двуспальную кровать и охлаждались жидким азотом. Сегодня появились диодные, умещающиеся в ладони, и еще более миниатюрные Такого рода изменения прокладывают путь для новых сфер применения и разработок. Медицина будущего будет располагать крошечными лазерами для хирургии головного мозга.

Благодаря технологическому прогрессу происходит постоянное снижение затрат. Подобно тому как лазеры стали привычными в бытовой технике, они начали играть ключевую роль в больничном оборудовании.

Если раньше лазеры в медицине были очень большими и сложными, то сегодняшнее их производство из оптического волокна значительно снизило стоимость, а переход на наноуровень позволит еще больше сократить затраты.

Другие применения

С помощью лазеров урологи могут лечить стриктуру уретры, доброкачественные бородавки, мочевые камни, контрактуру мочевого пузыря и увеличение простаты.

Использование лазера в медицине позволило нейрохирургам делать точные разрезы и производить эндоскопический контроль головного и спинного мозга.

Ветеринары применяют лазеры для эндоскопических процедур, коагуляции опухолей, выполнения разрезов и фотодинамической терапии.

Стоматологи используют когерентное излучение для проделывания отверстий, в хирургии десен, для проведения антибактериальных процедур, зубной десенсибилизации и рото-лицевой диагностики.

Лазерный пинцет

Биомедицинские исследователи во всем мире применяют оптические пинцеты, клеточные сортировщики, а также множество других инструментов. Лазерные пинцеты обещают лучшую и более быструю диагностику рака и использовались для захвата вирусов, бактерий, мелких металлических частиц и нитей ДНК.

В оптическом пинцете пучок когерентного излучения применяется для удержания и вращения микроскопических объектов, аналогично тому, как металлический или пластиковый пинцет способен подобрать маленькие и хрупкие предметы. Отдельными молекулами можно манипулировать, прикрепляя их к стеклышкам микронного размера или шарикам из полистирола. Когда луч попадает в шарик, он искривляется и оказывает небольшое воздействие, подталкивая шарик прямо в центр луча.

Это создает «оптическую ловушку», которая способна удерживать небольшую частицу в пучке света.

Лазер в медицине: плюсы и минусы

Энергия когерентного излучения, интенсивность которой можно модулировать, используется для рассечения, уничтожения или изменения клеточной или внеклеточной структуры биологических тканей. Кроме того, применение лазеров в медицине, кратко говоря, уменьшает риск инфицирования и стимулирует заживление. Применение квантовых генераторов в хирургии увеличивает точность рассечения, однако, они представляют опасность для беременных и есть противопоказания по употреблению фотосенсибилизирующих лекарств.

Сложная структура тканей не позволяет сделать однозначную интерпретацию результатов классических биологических анализов. Лазеры в медицине (фото) являются эффективным инструментом для уничтожения раковых клеток. Однако мощные источники когерентного излучения действуют без разбора и разрушают не только пораженные, но и окружающие ткани. Это свойство - важный инструмент метода микродиссекции, используемый для проведения молекулярного анализа в интересующем месте с возможностью выборочного разрушения лишних клеток. Цель данной технологии заключается в преодолении гетерогенности, присутствующей во всех биологических тканях, для облегчения их исследования по четко определенной популяции. В этом смысле, лазерная микродиссекция внесла значительный вклад в развитие исследований, в понимание физиологических механизмов, которые сегодня можно четко продемонстрировать на уровне популяции и даже одной клетки.

Функционал тканевой инженерии сегодня стал основным фактором в развитии биологии. Что произойдет, если разрезать актиновые волокна во время деления? Будет ли эмбрион дрозофилы стабильным, если разрушить клетку при фолдинге? Каковы параметры, участвующие в меристемной зоне растения? Все эти вопросы можно решить с помощью лазеров.

Наномедицина

В последнее время появилось множество наноструктур, обладающих свойствами, пригодными для целого ряда биологических применений. Важнейшими из них являются:

• квантовые точки - крошечные светоизлучающие частицы нанометровых размеров, используемые в высокочувствительной клеточной визуализации;
• магнитные наночастицы, которые нашли применение в медицинской практике;
• полимерные частицы для инкапсулированных терапевтических молекул;
• металлические наночастицы.

Развитие нанотехнологий и применение лазеров в медицине, кратко говоря, революционизировало способ введения лекарственных средств. Суспензии из наночастиц, содержащие лекарственные препараты, могут повысить терапевтический индекс многих соединений (увеличить растворимость и эффективность, снизить токсичность) путем селективного воздействия на пораженные ткани и клетки. Они доставляют действующее вещество, а также регулируют высвобождение активного ингредиента в ответ на внешнюю стимуляцию. Нанотераностика является дальнейшим экспериментальным подходом, обеспечивающим двойное использование наночастиц, соединения лекарственное средство, терапию и средства диагностической обработки изображений, что открывает путь к персонализированному лечению.

Применение лазеров в медицине и биологии для микродиссекции и фотоаблации позволило на разных уровнях понять физиологические механизмы развития болезни. Результаты помогут определить лучшие методы диагностики и лечения каждого пациента. Развитие нанотехнологий в тесной связи с достижениями в области визуализации также будут незаменимы. Наномедицина является перспективной новой формой лечения некоторых видов рака, инфекционных заболеваний или диагностики.

В основе лазерной хирургии лежит использование усовершенствованных технологий. Они представляют собой устройства, содержащие газовую среду (углекислый газ, ксенон или аргон), и восстанавливающие мощные световые лучи.

Существует два вида лазеров. Низкочастотные лазеры применяются в терапии и служат для лечения многих заболеваний, начиная и заканчивая устранением раковых клеток. Свое наибольшее распространение высокочастотные лазеры нашли в операциях по и удаления рубцов.

Лазерная является практически бескровной (лазер прижигает поверхность сосудов) и не оставляет после себя рубцов и . Заживление ран после нее происходит за счет регенерации нормальной структуры кожного покрова. Сами раны продолжительное время остаются стерильными, а развитие воспалительного процесса сводится к минимуму.

Самыми первыми «клиентами» лазерной хирургии были по лечению аномалий глаз (дальнозоркости, близорукости, астигматизма и других патологий). Ткани глаза являются идеальными поверхностями, на которых можно сфокусировать лучи лазера.

Сами операции не считаются сложными. Последние модели лазеров обеспечивают безболезненность работы, возможность ее проведения на обоих глазах за один день и кратковременный реабилитационный период.

При помощи лазерной хирургии также можно устранить и многие другие заболевания, среди которых хочется отметить: злокачественные образования кожи, некоторые злокачественные болезни красной каймы губ или слизистой оболочки полости рта, ЛОР-заболевания, сосудистые, гнойно-воспалительные болезни кожи и подкожно-жировой клетчатки, а также нарушения женской половой сферы.

Лазерная хирургия активно применяется в косметологии и пластической хирургии. Она дает возможности устранить множество проблем, еще недавно казавшихся неразрешимыми, корректировать почти любые недостатки своего тела. К таким процедурам относят лазерную эпиляцию, удаление татуировок, пигментных пятен, бородавок, подкожных сосудов, родинок, послеоперационных рубцов, папиллом, растяжек, хирургию вросшего ногтя и лазерную шлифовку кожи.

В зависимости от вида операции применяются один или более видов лазерных лучей. Подбирается индивидуальная программа, которая может составлять один или несколько сеансов. Обычно при проведении лазерной хирургии необходимости в анестезии нет.

На протяжении некоторого времени после завершения работы на коже остается ровный розовый участок. Его следует защищать от воздействия ультрафиолетовых лучей. В противном случае может возникнуть процесс пигментации кожи.

Лазерная хирургия стала настоящим прорывом в лечении варикозного расширения век и настоящим помощником флебологам. Для этого используется эндовазальный метод с применением высокоэнергетических лазеров. Такие операции характеризуются безболезненностью, высокой эффективностью и легким течением послеоперационного периода.

Для коагуляции или некроза обширных участков ткани используют лазеры, излучение которых слабо поглощается (м мало). При этом из-за рассеяния возможно действие на участки, расположенные вне действия пучка.

Для резания и испарения должен использоваться лазер, излучение которого сильно поглощается (м велико).

Применяемые лазеры:

газовый СО2-лазер;

твердотельный YAG:Nd-лазер (в том числе высшие гармоники основной длины волны излучения);

ионные лазеры (аргоновый, криптоновый); жидкостные лазеры; эрбиевый лазер; лазер на парах меди;

эксимерные лазеры.

Для неодимового, аргонового и жидкостных лазеров разработаны оптоволоконные светопроводы для локального воздействия в труднодоступных участках. Для СО2-лазера и эрбиевого лазера световолокна еще не разработаны.

Лазер на углекислом газе (СО2-лазер, л0 = 10600 нм). Ткани, со-стоящие на 80 % из воды сильно поглощают излучение СО2-лазера, поэтому СО2-лазер применяется исключительно как скальпель для резания и иссечения тканей. Режущее действие основано на взрывном испарении внутри и внеклеточной воды в области фокусировки. После испарения воды температура растет выше 100 °С, что приводит к обугливанию и испарению. Некротическое уширение реза имеет толщину 30…40 мкм. На расстоянии 300…600 мкм ткань не повреждается. Сосуды диаметром 0,5…1 мм спонтанно закрываются. Кровопотери очень малы, особенно это заметно при операциях на печени, легких, сердце. При рассечении стенок желудка кровотечение отсутствует. Легко иссекаются ожоги и удаляются некротические ткани. В гнойной хирургии лазер незаменим, поскольку полностью очищает рану от инфекции (обычным путем не удается). Удаление струпа при гнойно-воспалительных заболеваниях и ожогах идет методом иссечения (испарения). При этом скорость обработки СО2-лазером мощностью 60 Вт сравнима со скоростью обработки обычным скальпелем.

Основные преимущества:

стерильность и локальность действия; спонтанная коагуляция разрезанных тканей и сосудов (уменьшение

во много раз потери крови); отсутствие раздражения при операциях на мозге и сердце;

возможность разрезания мягких тканей без фиксирования; минимальная травматизация тканей.

Недостатки:

более низкая скорость резания по сравнению с обычным скальпелем; глубина реза плохо контролируется.

Поэтому СО2-лазер в основном применяется в случаях:

оперативного вмешательства при кровотечениях и плохой свертываемости крови;

хирургии и микрохирургии в полости тела и на внутренних органах.

В микрохирургии луч СО2-лазера наводится в поле зрения операционного микроскопа. Для этого используется «пилотный» луч. Для общей хирургии мощность СО2-лазера составляет 50…100 Вт, для микрохирургии 10…20 Вт.

YAG:Nd-лазер (л0 = 1064 нм). Под действием интенсивного излучения неодимового лазера образуется достаточно глубокий коагуляционный очаг. Режущее действие по сравнению с СО2-лазером незначительно. Поэтому неодимовый лазер применяется преимущественно для коагуляции кровотечения и для некротирования патологически измененных областей ткани (опухолей) почти во всех областях хирургии. Применение моножильного кварцполимерного волокна для передачи пучка дает большие возможности для хирургии в полостях тела.

Наиболее важные области применения Nd-лазера.

Эндоскопическая фотокоагуляция желудочно-кишечных кровотечений. Для остановки острого кровотечения в верхнем желудочно-кишечном тракте можно использовать аргоновый лазер, но глубина проникновения излучения неодимового лазера в 4-5 раз больше. С помощью Nd-лазера лучше закрываются крупные сосуды и останавливаются большие кровотечения (например, при варикозном расширении вен пищевода). Кварцполимерное волокно (или полимер-полимерное) устанавливается в эндоскоп, торец световода обдувается потоком газа. Оптимальная для коагуляции доза облучения составляет 600…2000 Дж/см2 при фi = 1…2 с.

Эндоскопохирургия. С помощью волокна и эндоскопа некротируются опухоли в желудочно-кишечном тракте, трахеобронхиальной и мочеполовой системах.

Офтальмология. Относится к нетепловой микрохирургии и будет изложена позднее.

Преобразование гармоник позволяет значительно расширить области применения лазеров данных типов.

Ионный (аргоновый) лазер (л0 = 480 нм). Большая поглощательная способность гемоглобина в сине-зеленой области излучения аргонового лазера позволяет осуществить остановку кровотечения или закрыть обильно кровоснабжаемую ткань. Излучение аргонового лазера слабо поглощается водой, поэтому коагуляция возможна за слоем воды (например, на глазном дне).

Основные области применения.

Фотокоагуляция в офтальмологии. Ранее здесь использовались ксеноновые коагуляторы (ксеноновые дуговые лампы). Затем появились рубиновые лазеры - для приварки сетчатки (в режиме свободной генерации), для лечения глаукомы (режим модулированной добротности). В первом случае осуществляется термическое действие, во втором - ударное. Но красный свет рубинового лазера плохо поглощается кровью, и они малоэффективны при сосудистых поражениях органа зрения. Позднее появился аргоновый лазер. В большинстве случаев достаточно ксенонового коагулятора, но аргоновый лазер незаменим при локальных операциях. Мощность излучения аргонового лазера - несколько Вт. Воздействие происходит на задний полюс глаза для коагуляции малых очагов (размер ~50 мкм за время 50…100 мс). С его помощью осуществляется лечение диабетической ретинопатии, тромбозов вен, сетчатки и др.

Эндоскопическая фотокоагуляция кровотечения желудочно-кишечного тракта. Действие аналогично действию неодимового лазера, только глубина проникновения меньше (~0,2 мм). Оптимальная коагуляционная доза составляет 150…500 Дж/см2 при фi несколько секунд. При обильном кровотечении лучше использовать Nd-лазер. Аргоновым лазером можно не только разрушать, но и стимулировать зрительные функции сетчатки низкоэнергетичным потоком.

Лечение поражений кожи. Лечение происходит путем целенаправленного запустения кровеносных сосудов. Применяется оптический кабель. Типичная доза составляет 12 Дж/см2 при фi = 0,5 с, db = 3 мм. Хорошо лечится гемангиома.

Лазер на парах меди (л0 = 512; 570 нм). Лазер излучает в зеленой области спектра. Мощность до 10 Вт. Используется в качестве скальпеля при резекции внутренних органов. При резе печени показывает преимущество по сравнению с СО2-лазерами.

Эксимерные лазеры (л0 = 308 нм, л0 = 193 нм и т. д.). Основное применение - офтальмология. Используются для коррекции дефектов зрения - дальнозоркости, близорукости, астигматизма и пр.