Основные принципы применения лазеров

 

Бесконтактное применение. В этом случае лазерное излучение доводится до биоткани с помощью системы доставки излучения без касания биоткани. В качестве системы доставки могут быть использованы:

– зеркально-линзовый манипулятор,

– кварцевое или стеклянное волокно (в этом случае ограничена длина волны излучения: ближний УФ, видимый ближний ИК – материалом световода).

Излучение, прошедшее через систему доставки, фокусируется в пятно, размер которого меньше диаметра световода, с помощью фокусирующих элементов (которые могут быть включены в состав манипулятора или являться оконечной частью световода). Световод не обеспечивает сохранность когерентности и коллимации пучка, и излучение выходит из него под довольно большим углом расходимости. Поэтому диаметр фокального пятна при использовании световода много больше, чем при использовании зеркально-линзового манипулятора.

 

Контактное применение

При контактном методе кварцевое волокно, применяемое для доставки излучения, касается обрабатываемой ткани.

В качестве оптических конечных устройств могут применяться:

– так называемые исследовательские зонды,

– ручные аппликаторы (дефокусированное излучение) могут быть с газовой и жидкостной промывкой,

– фокусирующие манипуляторы,

– эндоскопы,

– операционные микроскопы,

– щелевые лампы (в офтальмологии).

Типичная комбинация: зеркально-линзовый манипулятор и операционный микроскоп. Манипулятор обеспечивает возможность перемещения луча по операционному полю в пределах нескольких сантиметров.

 

Фокусировка излучения

Может быть осуществлена во всех системах доставки излучения и конечных компонентах, кроме ручных аппликаторов. Фокусировка на желаемое место применения осуществляется при оптическом контроле с помощью юстировочного луча. При поверхностной коагуляции или коагуляции небольших сосудов (диаметром до 4 мм), оказывается более предпочтительным применение расфокусированного пучка.

Размер лазерного пятна можно изменять

– изменением фокусного расстояния фокусирующей линзы,

– варьированием расстояния от линзы до поверхности ткани.

Можно работать как в сходящемся, так и в расходящемся пучке. При работе в сходящемся пучке при слабом поглощении может быть обеспечена большая равномерность плотности мощности излучения по глубине ткани (уменьшение плотности мощности излучения за счет ослабления при поглощении компенсируется ее увеличением за счет фокусировки). Однако, если изменение плотности мощности излучения трудно контролировать, лучше работать в расходящемся пучке, чтобы избежать нежелательно высоких плотностей энергии. При работе в сходящемся пучке необходимо принимать в расчет, что оптический показатель преломления биоткани больше, чем воздуха, поэтому в ткани фокус располагается глубже, чем в воздухе.

Кварцевое волокно можно применять для эндоскопических целей. Часто используется жидкостное или газовое охлаждение наконечника волокна. При применении волокна принципиальное значение имеет его наконечник. Возможны различные варианты, в частности:

– плоский конец (оголенное волокно),

– в виде фокона (обеспечивает большую расходимость),

– с «горячим» наконечником – металлический колпачок, в центре которого иногда делают отверстие, через которое часть излучения достигает ткани.

Наконечник преобразует световую энергию в тепло (оптический перенос энергии отсутствует, тепло передается теплопроводностью), сапфировые наконечники (шарообразный, цилиндрический – для коагуляции, конический – для рассечения). Сапфир прозрачен для широкого диапазона длин волн, физиологически нейтрален, устойчив к воздействию кислот и щелочей, обладает высокой температурой плавления (~2000°С) и очень высокой теплопроводностью среди неметаллов. Сапфировые наконечники надеваются на конец волокна. Они изменяют определенным образом характеристики лазерного излучения, выходящего из волокна, и присовокупляют к эффекту коагуляции эффект выпаривания. Сапфировые наконечники могут использоваться как в эндоскопической, так и в обычной хирургии. Заостренные сапфировые наконечники сильно концентрируют излучение и поэтому могут использоваться для рассечения ткани. При применении закругленных наконечников достигается равномерное распределение излучения, и обеспечивается последующая коагуляция. Применение цилиндрических сапфировых наконечников c плоским основанием эффективно для достижения гемостаза.

 

Области применения лазеров

1. На поверхности тела

На поверхности тела лазерное излучение стало применяться раньше всего – с 1963г. (в дерматологии), это связано с простотой доступа и контроля. Сейчас лазер применяется практически на всех органах человеческого тела, но поверхность тела остается одной из главных областей применения.

Показания к применению лазерного излучения делятся на 2 основные группы:

1) удаление или коагуляцию кожных новообразований,

2) лечение изменений и аномалий развития внутрикожных сосудов.

Для удаления и коагуляции кожных новообразований в основном используют Nd:YAG и СО₂ лазер (СО₂ – в основном для удаления). Для лечения кожных пигментаций применяют Ar лазер, лазеры на красителях (большое поглощение меланином), реже Nd:YAG лазер. Для удаления татуировок применяют Ar и СО₂ лазеры. Предпочтение отдается СО₂ лазеру. При использовании вместе с ним операционного микроскопа удается удалить окрашенные кожные слои без повреждения лежащих ниже слоев. Для объемных структур (папилломы, глубокие татуировки) используют режимы (СО₂ лазер) мощность P = 15 –20 Вт, диаметр пятна в фокусе d _фок = 0,8 – 1 мм, частота следования импульсов   f = 5 Гц, при длительности воздействия 0,05 с. В дерматологии могут быть использованы лазеры, работающие на длине волны сильного поглощения тех элементов, которые должны быть удалены или коагулированы, часто используют эксимерные лазеры.

При лечении изменений и аномалий развития внутрикожных сосудов существуют различные подходы – в зависимости от положения сосудов.

а). В лечении изменений поверхностных сосудов хорошо себя зарекомендовали аргоновый и Nd:YAG лазеры при бесконтактном применении. Достоинствами Ar лазера здесь являются небольшая глубина проникновения излучения и высокое поглощение гемоглобином. Это определяет высокую эффективность применения Ar лазера. Nd:YAG лазер целесообразно использовать для лечения более глубоко расположенных или обширных сосудистых патологий, так как у него больше мощность и глубина проникновения излучения в биоткань.

Рассасывание происходит спустя 6 – 8 недель, и повторное воздействие можно проводить только после этого. Во время облучения не наблюдается видимой поверхностной коагуляции (ожога кожи).

Небольшие пучки вен лечатся при следующих параметрах воздействия аргонового лазера: мощность излучения P = 5 Вт, диаметр облученной области d = 0,5 мм, длительность воздействия , частота f = 6 Гц.

Пучки вен диаметром больше 1 мм с большим трудом поддаются лечению аргоновым лазером. Тогда используют Nd:YAG лазер мощностью P = 20 – 30 Вт, d = 0,5 мм,   f = 10 – 20 Гц.

б).Для лечения подкожных и смешанных форм (например, гематом) Ar лазер не применим из-за малой глубины проникновения: могут быть ожоги кожи. Даже обычное применение Nd:YAG лазера дает ожоги кожи. Охлаждение поверхности может осуществляться с помощью кубиков льда (хлорэтил или физраствор достаточного эффекта не дают). Они достаточно прозрачны ( 50% излучения проходит). Используют следующие режимы обработки: P = 50 Вт (Nd:YAG лазер), d = 0,5 мм, скорость сканирования  = 0,1 – 0,5 мм/с. Кубики льда должны иметь плотный контакт с кожей для достаточного охлаждения.

Другой способ другой способ заключается в использовании гибких световодов. Световод помещают внутрь просвета сосуда. Производится тепловое разрушение стенки сосуда P = 10 – 15 Вт, время воздействия  = 1 – 5 с (Nd:YAG лазер). Конец световода должен свободно омываться кровотоком, чтобы не был поврежден.

 

2. Эндоскопия

Эндоскопические операции отличаются малой травматичностью, уменьшается риск послеоперационных инфекций и других осложнений, уменьшаются сроки заживления. Использование лазерного излучения, кроме своих обычных преимуществ, в эндоскопии позволяет добиться дальнейшей миниатюризации. В эндоскопических операциях могут быть использованы различные типы лазеров.

СО₂ лазер очень хорошо показал себя для осуществления разрезов, как идеальный операционный нож. Но с ним используют только жесткие эндоскопы (излучение СО₂ лазера обычно передается системой направляющих зеркал, параметры воздействия: P = 15 – 20 Вт, d = 0,8 – 1 мм, = 0,2 с, f = 5 Гц). Если разрез осуществляется за два или несколько проходов, то длительность воздействия нужно уменьшить, чтобы достичь более точных ограничений по глубине.

При проведении эндоскопических операций важным условием является полный отсос дыма, появление которого связано с работой лазера.

Излучение Nd:YAG лазера может передаваться через очень тонкие и гибкие световоды. Поэтому высоки и потенциальные возможности его применения. Световод вводится в эндоскоп через рабочий канал, его дистальный конец располагается в месте воздействия на биоткань. Применяется также аргоновый лазер. Принципиально возможными являются не только контактные, но и бесконтактные методы лечения: образование коагуляционного слоя размером несколько мм вокруг фокуса.

Лазерная эндоскопия используется также в фотодинамической терапии. При этом обычно используются лазеры на красителе, Ar, на парах меди. Облучение (поверхностно или интерстициально) производится через 24 часа после внутривенной инъекции.

 

3. Открытая хирургия

а). Операции в полостях тела

Хирургическое вмешательство не свободно от операционных и послеоперационных осложнений. Большие проблемы доставляют кровотечения во время и после операций, осложнения после операций на печени, (излияние желчи), на поджелудочной железе, селезенке и почках. В детской хирургии кровопотери в 50 мл уже приводят к угрожающему для жизни шоку и поэтому требуют переливания крови. Поэтому разрабатывают и применяют различные методы и технику, позволяющие снижать кровопотери:

– инфракрасный коагулятор,

– фибриновое склеивание (фибрин – нерастворимый белок, образующийся из растворимого – фиброгена плазмы крови; образование фибрина является конечным этапом свертывания крови),

– ультразвуковой рассекатель и лазер.

Поэтому лазер сейчас применяется в операциях практически на всех органах.

В нейрохирургии применяют лазер в черепно-мозговых операциях для иссечения опухолей, коагуляции нервных сплетений в мозге и т.п. Используются аргоновый и Nd:YAG в бесконтактном применении, а также СО₂ лазер – для иссечения небольших опухолей и в случаях, когда окружающие структуры должны быть меньше повреждены. Nd:YAG предпочтительно использовать из-за коагуляционных свойств, большой проникающей способности и большого рассеяния в ткани – для удаления и коагуляции больших сосудистых и опухолевых масс.

Преимуществом лазерного воздействия является точно определенная глубина проникновения в ткань и малая степень травмирования прилегающих тканей. Кроме того, в отличие от метода электрокоагуляции здесь нет необходимости неврологического мониторинга в процессе операции (например, электроэнцефалограмм).

В открытой торакальной хирургии лазер применяется в операциях на легких (бесконтактный метод, Nd:YAG лазер), для лечения свищей (и контактный и бесконтактный методы).

Лазерное воздействие применяется в открытых операциях на брюшной полости для резекции кровенаполненных органов (необходимы следующие параметры воздействия P = 90 – 100 Вт, d = 0,5 мм, V _реза< 1 мм/с). Чтобы кровь не поглощала все излучение, она устраняется с помощью физраствора.

Еще одна область применения – рассечение врожденных и постоперационных спаек; применяют Nd:YAG лазер (контактно) и СО₂ лазер. Для лечения кист и абсцессов применяют Nd:YAG лазер (контактно и бесконтактно).

б) Туловище и шея.

Операции открытой лазерной хирургии на туловище и шее – удаление молочной железы (Nd:YAG бесконтактно или СО₂). Преимущества: малые кровопотери и травматизация окружающих тканей и сведение к минимуму риска рассеяния опухолевых клеток во время операции.

Другие применения – коагуляция или закупоривание свищей, врожденных или приобретенных.

в). Хирургия конечностей

Показаниями являются механически раздражаемые изъяны или новообразования. Например, костные шпоры, кисты. Преимущественно используют СО₂ лазер. С его помощью эти структуры полностью испаряют, что препятствует возникновению новообразований.

Другое применение СО₂ лазера – операции на костных, в частности бедренных суставах при гемофилии, когда применение лазера препятствует кровопотерям.