Лазеры в медицине

За четверть века, прошедшую со времени изобретения лазера, были выявлены уникальные возможности его применения в экспериментальной биологии, терапии и хирургии.

Тончайший лазерный луч диаметром всего в несколько микрометров, обладающий большой интенсивностью, дает возможность неосуществимого ранее вмешательства в клеточные и субклеточные процессы. Избирательно облучая участки яйцеклетки, можно изменять направление развития зародыша. Облучая определенные участки хромосом, можно управлять наследственностью. Лазерное излучение вызывает мутации, причем оно более удобно, чем рентгеновское, применяемое в тех же целях, поскольку рентгеновское излучение часто приводит к гибели окружающей хромосомы клеточной среды. Не исключено, что лазеры смогут найти применение в генной инженерии, цель которой – получение организмов с новыми свойствами, не встречающимися в природе, за счет преодоления межвидовых барьеров скрещивания. Суть метода генной инженерии заключается в конструировании из различных фрагментов нуклеиновых кислот нового генетического материала. Отщепление от биологических макромолекул отдельных фрагментов и сшивание их с другими фрагментами нуклеиновых кислот представляет собой исключительно тонкую операцию, при осуществлении которой может оказаться полезным луч лазера.

Лазер является также уникальным инструментом для микрозондирования клетки с целью изучения ее жизненных функций. Он позволяет исследовать внутриклеточную локализацию биохимических соединений, распределение поглощенных клеткой веществ, сравнение клеток, находящихся в различных физиологических состояниях, а также изучать особенности патологических изменений в клетках, например злокачественных опухолей. Таким образом, использование лазера сделало технически возможным решение ряда сложных задач цитологии, цитогенетики, эмбриологии и других областей биологической науки, которые раньше считались технически неразрешимыми.

С каждым годом лазеры находят все большее применение в медицинской и ветеринарной клинической практике. Уже через несколько лет после изобретения этого прибора в хирургии начали применять лазерный скальпель, для которого обычно используют непрерывного действия лазер на СО₂ с мощностью несколько десятков ватт. Скальпель представляет собой заключенный в гибкую трубку световод, позволяющий направлять лазерный луч в любом направлении. Луч быстро нагревает и испаряет участок ткани, на котором он сфокусирован. Глубина разреза зависит от вида ткани, но в среднем она равна 2– .3 мм. Для более глубокого разреза его проводят в несколько приемов. Лазерный скальпель, так же как и высокочастотный, обладает перед механическим рядом преимуществ. Он по линии разреза заваривает кровеносные сосуды, что делает операционное поле почти бескровным, обеспечивает стерильность, так как не касается ткани и приводит к гибели микроорганизмы в области разреза. Существенно, что лазерный скальпель не оказывает на ткань механического давления, а это. уменьшает болезненность операции. Лазерный скальпель используют также для сшивания тканей. Таким образом, одним и тем же скальпелем можно сначала рассечь участок ткани, а затем, расфокусировав луч, заварить края раневого отверстия. Гибкие световоды, по которым луч света передается от генератора к оперируемому органу, позволяют иногда проводить операции без вскрытия брюшной полости или грудной клетки, вводя скальпель, например, через пищевод. Лазерные операции стали широко применять на желудочно-кишечном тракте, на сердце, при нейрохирургии и иссечении некоторых злокачественных опухолей. В онкологии существуют и другие способы использования лазерного излучения. Дело в том, что некоторые пигментированные опухоли (меланома, гемангиома) поглощают лазерное излучение гораздо интенсивнее, чем окружающие ткани. При определенном подборе дозы облучения происходит некротизация опухолевой ткани, тогда как окружающая ее здоровая ткань остается неповрежденной. Особенно хорошо поддаются этому методу кожные опухоли; рак кожи излечивается лазером в 97% случаев.

Хирургическое применение лазера впервые получило применение в офтальмологии для внутриглазных операций, поскольку хрусталик и стекловидное тело почти прозрачны для красного света, тогда как пигментированная сетчатка хорошо поглощает его. Особенно эффективным оказалось использование лазера при отслоении сетчатки от глазного дна. Обычное хирургическое лечение этого заболевания весьма болезненно и приводит к госпитализации больного на 2–3 мес. Лазерный луч, сфокусированный в определенном месте сетчатки, вызывает точечный ожог, в результате чего сетчатка «приваривается» к глазному дну. Лазерную микрохирургию используют также для лечения глаукомы, сущность которой заключается в том, что внутриглазная жидкость перестает выводиться из глаза. Это приводит к возрастанию внутриглазного давления, болям, ухудшению зрения и слепоте. Лечение глаукомы возможно путем создания отверстий в радужной оболочке, однако обычные хирургические методы здесь почти бессильны, и поэтому глаукома до последнего времени считалась практически неизлечимой. Лазер легко прожигает отверстие в радужной оболочке, однако прожигание оказалось неэффективным, потому что оно вызывает воспалительный процесс, который затем приводит к спайке образовавшегося канала. Гораздо больший эффект дает не прожигание, а пробивание отверстий за счет механического давления, для чего интенсивность луча должна быть больше, чем для прожигания, а время действия значительно меньше – до 10^–7 с.

Характеристики лазерного излучения, применяемого в медицине

1. Длина волны излучения. Длины волн излучения (А) медицинских лазеров лежат в диапазоне 0,2-10 мкм, то есть от ультрафиолетовой до дальней инфракрасной области. Интенсивно ведутся исследования по разработке лазеров, работающих в рентгеновском диапазоне длин волн.

2. Мощность излучения. Мощность излучения (Р) медицинских лазеров варьируется в широких пределах, определяемых целями применения. Для непрерывных медицинских лазеров Р = 0,01-100 Вт. Импульсные лазеры характеризуются мощностью в импульсе Р_и и длительностью импульса _и . Для хирургических лазеров Р_и = 10³-10⁸ Вт, а длительность импульса _и = 10^–9-10^–3 с.

3. Энергия в импульсе излучения. Энергия одного импульса лазерного излучения (Е_И) определяется соотношением Е_И = Р_и·_и, где _и – длительность импульса излучения (обычно _и = 10^–9-10^–3 с). Для хирургических лазеров Е_И = 0,1-10 Дж.

4. Частота следования импульсов. Эта характеристика (f) импульсных лазеров показывает количество импульсов излучения, генерируемых лазером за 1 с. Для терапевтических лазеров f = 10-3000 Гц, для хирургических f = 1-100 Гц.

5. Средняя мощность излучения. Эта характеристика (Р_ср) импульсно-периодических лазеров показывает, какую энергию лазер излучает за 1 с, и определяется следующим соотношением:

Р_СР = E_иf = Р_И_Иf.

Для терапевтических лазеров Р_ср = 10^–3-10^–1 Вт, для хирургических 1-100 Вт.

6. Интенсивность (плотность мощности). Эта характеристика (I) определяется как отношение мощности лазерного излучения к площади поперечного сечения пучка. Для непрерывных лазеровI = P/S. Для импульсных лазеров различают интенсивность в импульсе I_и = Р_и/ S и среднюю интенсивность I_ср = Р_ср/ S.

Интенсивность хирургических лазеров и давление, создаваемое их излучением, имеют следующие значения:

для непрерывных лазеров I~ 10³ Вт/см², р = 0,033 Па, для импульсных лазеров I_и ~ 10⁵-10¹¹ Вт/см², р = 3,3·10⁶ Па.

7. Доза облучения. Обычно с помощью этой величины (D, Дж/см²) характеризуют энергию, которая приходится на единицу площади облучаемой поверхности за весь сеанс. Для непрерывных лазеров D = It, где t – время облучения в секундах. Для импульсно-периодических лазеров D = I_cpt.

8. Плотность энергии в импульсе. Эта величина (W) характеризует энергию, которая приходится на единицу площади облучаемой поверхности за один импульс, и определяется соотношением W = Е_И/S, где S (см²) – площадь светового пятна (то есть поперечного сечения лазерного луча) на поверхности биоткани. У лазеров, используемых в хирургии, W  100 Дж/см².

Параметр W можно рассматривать как дозу облучения D за 1 импульс.

9. Угол расходимости (расходимость лазерного пучка).

Минимальный возможный угол расходимости ip (рад) определяется дифракцией на зеркальной поверхности резонатора и может быть вычислен по формуле:   1,2/d, где d – диаметр активного элемента. Минимальный угол расходимости составляет 10^–4-10^–5 рад.

10. Фокусное расстояние фокусирующего элемента. При использовании лазера в качестве скальпеля необходимо его луч сфокусировать на биоткани в виде малого светового пятна (иначе вместо тонкого разреза получится широкий ожог). Для этого обычно используются линзы. Характеристикой фокусирующего элемента является его фокусное расстояние F.

11. Диаметр фокального пятна. Если лазерный пучок с однородным распределением интенсивности и фазы по сечению фокусируется линзой с фокусным расстоянием F, то минимальный достижимый диаметр пучка (d) в фокусе линзы определяется явлением дифракции и задается формулой: d = 1,22F/D, где D – диаметр лазерного пучка на входе в линзу.

В реальных линзах аберрации не сказываются вплоть до D  F, то есть практически достижимый минимальный диаметр фокального пятна соизмерим с длиной волны лазерного излучения: d_min  . При D > F аберрации линз препятствуют дальнейшему уменьшению d.

Для приблизительных оценок диаметра фокального пятна можно пользоваться формулой: d = F. На практике d10-100 d_min.

В медицине лазерные установки 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.

Взаимодействие лазерного излучения с биообъектами

Процессы, характеризующие виды взаимодействия ЛИ с биообъектами, можно разделить на 3 группы:

• невозмущающее воздействие (не оказывающее заметного действия на биообъект);

• фотохимическое действие (возбужденная лазером частица либо сама принимает участие в соответствующих химических реакциях, либо передает свое возбуждение другой частице, участвующей в химической реакции);

• фоторазрушение (за счет выделения тепла или ударных волн).

О тражение, поглощение, пропускание в случае однородной среды. При попадании ЛИ на ткань могут наблюдаться три процесса:

отражение, которое характеризует отраженная часть потока (Ф_отр),

поглощение, которое характеризует поглощенная часть потока (Ф_погл),

пропускание, которое характеризует пропущенная часть потока (Ф_проп)-

По закону сохранения энергии сумма этих потоков равна потоку падающего излучения: Ф_отр + Ф_погл + Ф_проп = Ф_пад.

На рис. схематически показано распределение этих потоков.

Соотношение между потоками зависит от длины волны и свойств среды. Для оценки поглощения излучения в ткани используется коэффициент поглощения  = Ф_погл/Ф_пад-

3 8.7.2. Отражение и поглощение в коже. Взаимодействие лазерного излучения чаще всего начинается с контакта с кожей. Перераспределение лазерного луча на коже показано на рис

Из-за отражения от нескольких слоев кожи суммарное отражение может достигать 60%.

И зменения, происходящие в ткани при воздействии мощного лазерного излучения. Действие лазера в хирургии, будь то в качестве режущего инструмента или коагулятора, базируется на превращении электромагнитной энергии лазерного луча в тепловую энергию. В облучаемом объекте возникает источник теплоты с мощностью q (Вт/м³). Поглощенное лазерное излучение приводит к проявлению различных процессов (рис.).

Излучение удаляет нагретую до нескольких сотен градусов ткань (зона а) и проникает далее в ткань. Поглощенное там излучение недостаточно для удаления ткани, но приводит к коагуляции (иногда совместно с обугливанием – черная жирная линия) в слое, соответствующем глубине проникновения света (зона б). В дополнение к непосредственному нагреванию излучением окружающая ткань нагревается вследствие теплопроводности (зона в). На внешней границе этой зоны имеют место обратимые изменения ткани.

Если излучение исходит от высокоинтенсивного сфокусированного лазера, то термические повреждения сопровождаются механической травмой ткани за счет ударных волн (см. ниже).

Протяженности отдельных зон (ширина разреза, граница обугливания, граница коагуляции, зона обратимого изменения ткани, зона механического повреждения) зависят от характеристик ЛИ (длина волны, мощность, непрерывное или импульсное излучение, частота повторения импульсов), от свойств окружающей среды (воздух, вода, кровь) и свойств самой ткани (в первую очередь от коэффициента поглощения и теплопроводности).

Динамика изменения свойств ткани и ее температуры при действии непрерывного мощного лазерного излучения

Динамика изменения свойств. Воздействие лазерного излучения приводит к повышению температуры тканей. По мере роста температуры в тканях протекают следующие процессы:

при 40-60 °С имеют место активация ферментов, образование отеков, изменение и, в зависимости от времени действия, гибель клеток, денатурация протеина, начало коагуляции и некрозы;

при 60-80°С – денатурация коллагена, дефекты мембраны;

при 100 °С – обезвоживание, выпаривание тканевой воды;

свыше 150 °С – обугливание;

свыше 300° С – выпаривание обезвоженной обугленной ткани, газообразование.

Д инамика изменения температуры. Превращенная в тепло энергия излучения вызывает в облученной ткани локальное повышение температуры. Рассмотрим динамику этого процесса для случая, когда нагревание осуществляется непрерывным лазером с постоянной интенсивностью излучения. При этом скорость выделения тепла в облучаемом объеме биоткани определяется ее коэффициентом поглощения  и интенсивностью излучения: q = I, Вт/см .

В общем случае можно выделить несколько фаз, которые схематически показаны на рис.

1 фаза. Сначала температура ткани повышается от 37 до 100°С. В этом диапазоне температур термодинамические свойства ткани остаются практически неизменными и происходит линейный рост температуры со временем ( = const и I = const).

2 фаза. При температуре 100 °С начинается выпаривание тканевой воды, и до окончания этого процесса температура остается постоянной.

3 фаза. После выпаривания воды температура вновь начинает расти, но медленнее, чем на участке 1, так как обезвоженная ткань поглощает энергию слабее нормальной.

4 фаза. При достижении температуры Т к 150 °С начинается процесс обугливания и, следовательно, «почернения» биоткани. При этом коэффициент поглощения  начинает расти. Поэтому наблюдается нелинейный, ускоряющийся со временем рост температуры.

5 фаза. При достижении температуры Т  300° С начинается процесс испарения обезвоженной обугленной биоткани и рост температуры вновь прекращается. Именно в этот момент лазерный луч рассекает (удаляет) ткань, то есть становится скальпелем.

Абляция ткани под воздействием мощного импульсного лазерного излучения. При достаточно больших интенсивностях ЛИ и коротких длительностях импульса может реализоваться другой механизм рассечения или удаления биоткани. В этом случае мощность объемного теплового источника q = I столь велика, что происходит очень быстрый нагрев тканевой жидкости до температуры Т > Т_кип. При этом возможно получение перегретого метастабильного состояния тканевой жидкости, когда она какое-то время не закипает даже при температуре, превышающей 100°С. Этот перегрев будет тем выше, чем больше интенсивность I (то есть мощность источника q). Затем происходит быстрое взрывное вскипание тканевой жидкости. При этом давление ее паров поднимается. Это приводит к тому, что выбрасывается «клеточный каркас» ткани, происходит явление абляции – быстрого взрывного удаления вещества. Обычно при реализации процесса абляции не происходит обугливания ткани.

«Взрывное» удаление биоткани при абляции приводит к генерации механических ударных волн.

При большой мощности коротких лазерных импульсов этот процесс может приводить к механическому повреждению биотканей в окрестностях зоны лазерного воздействия. Этот факт необходимо учитывать при выборе параметров импульсного лазерного излучения, например, при шлифовке кожи, сверлении зубов или при лазерной коррекции остроты зрения.

Использование лазерного излучения в диагностике

Лазерная диагностика представляет собой невозмущающее воздействие на биообъект, использующее когерентность лазерного излучения. Перечислим основные методы диагностики.

Интерферометрия. При отражении лазерного излучения от шероховатой поверхности образуются вторичные волны, которые интерферируют между собой. В результате образуется картина темных и светлых пятен (спеклов), расположение которых дает информацию о поверхности биообъекта (метод спеклоинтерфе-рометрии).

Голография. С помощью лазерного излучения получают 3-мерное изображение объекта. В медицине этот метод позволяет получать объемные изображения внутренних полостей желудка, глаза и т. д. На основе гелий-неонового лазера с использованием волоконной оптики разработаны гастроскопы, которые позволяют голографически формировать объемное изображение внутренней полости желудка.

Рассеяние света. При прохождении остронаправленного лазерного пучка через прозрачный объект рассеивание света изменяет пространственное распределение интенсивности. Регистрация угловой зависимости интенсивности рассеянного света (метод нефелометрии) позволяет определять размеры частиц среды (от 0,02 до 300 мкм) и степень их деформации.

При рассеянии может изменяться поляризация света, что также используется в диагностике (метод поляризационной нефелометрии).

Эффект Доплера. Этот метод основан на измерении допле-ровского сдвига частоты ЛИ, который возникает при отражении даже от медленно движущихся частиц (метод анемометрии). Таким способом измеряется скорость кровотока в сосудах, подвижность бактерий и т. д.

Квазиупругое рассеяние. При таком рассеянии происходит незначительное изменение длины волны зондирующего ЛИ. Причина этого – изменение в процессе измерения рассеивающих свойств (конфигурации, конформации частиц). Временные изменения параметров рассеивающей поверхности проявляются в изменении спектра рассеяния по сравнению со спектром подающего излучения (спектр рассеяния либо уширяется, либо в нем появляются дополнительные максимумы). Изменения в спектре незначительны, поэтому они не различимы традиционными методами спектрометрии. Данный метод позволяет получать информацию о меняющихся характеристиках рассеивателей: коэффициент диффузии, скорость направленного транспорта, размеры. Так осуществляется диагностика макромолекул белков.

Лазерная масс-спектроскопия. Этот метод используют для исследования химического состава объекта. Мощные пучки лазерного излучения испаряют вещество с поверхности биообъекта. Микропробы испаренного вещества подвергают масс-спектраль-ному анализу, по результатам которого судят о составе вещества.

Лазерный анализ крови. Лазерный луч, пропускаемый через узкий кварцевый капилляр, по которому прокачивается специально обработанная кровь, вызывает флуоресценцию клеток крови. Флуоресцентное свечение затем улавливается чувствительным датчиком. Это свечение специфично для каждого типа клеток, проходящих поодиночке через сечение лазерного луча. Подсчитывается общее число клеток в заданном объеме крови. Определяются точные количественные показатели по каждому типу клеток

Метод фоторазрушения. Его используют для исследования поверхностного состава объекта. Мощные пучки ЛИ позволяют брать микропробы с поверхности биообъектов путем испарения вещества и последующего масс-спектрального анализа этого пара.

Использование лазерного излучения в терапии

В терапии используются низкоинтенсивные лазеры (интенсивность 0,1-10 Вт/см²). Низкоинтенсивные лазеры не вызывают заметного деструктивного действия на ткани непосредственно во время облучения. В видимой и ультрафиолетовой областях спектра их эффекты обусловлены фотохимическими реакциями и не отличаются от эффектов, вызываемых монохроматическим светом, полученным от обычных, некогерентнных источников. В этих случаях лазеры являются просто удобными монохроматическими источниками света, обеспечивающими точную локализацию и дозированность воздействия. Ниже указаны наиболее распространенные методы лазеротерапии.

Терапия с помощью красного света. Излучение He-Ne лазера с длиной волны 632,8 нм используется с противовоспалительной целью для лечения ран, язв, ишемической болезни сердца. Лечебный эффект связан с влиянием света этой длины волны на пролиферативную активность клетки. Свет выступает в роли регулятора клеточного метаболизма.

Терапия с помощью синего света. Лазерное излучение с длиной волны в синей области видимого света используется, например, для лечения желтухи новорожденных. Это заболевание – следствие резкого возрастания в организме концентрации билирубина, который имеет максимум поглощения в синей области. Если облучать детей лазерным излучением такого диапазона, то билирубин распадается, образуя водорастворимые продукты.

Фотодинамическая терапия опухолей. Фотодинамическая терапия (ФДТ) используется при удаления опухолей, доступных для облучения светом. ФДТ основана на применении локализующихся в опухолях фотосенсибилизаторов, повышающих чувствительность тканей при их последующем облучении видимым светом. Часто в качестве фотосенсибилизаторов при ФДТ используют производные гематопорфирина, которые поглощают свет в красной области спектра и обладают свойством избирательно накапливаться в злокачественных образованиях. При освещении фотосенсибилизаторы продуцируют активные формы кислорода (наиболее эффективно синглетный кислород), способные повреждать биосубстрат вблизи места локализации фотосенсибилизатора без нарушения нормальной ткани. Разрушение опухолей при ФДТ основано на трех эффектах:

1) прямое фотохимическое уничтожение клеток опухоли;

2) повреждение кровеносных сосудов опухоли, приводящее к ишемии и гибели опухоли;

3) возникновение воспалительной реакции, мобилизирующей противоопухолевую иммунную защиту тканей организма.

Под действием света фотосенсибилизаторы вызывают противоопухолевые эффекты. Практически облучение опухолей, содержащих фотосенсибилизаторы, проводится чаще всего красным светом лазеров в области 600-850нм. В этой области спектра глубина проникновения света в биологические ткани максимальна. Иногда при воздействии на опухоли кишечника используют зеленый свет лазеров, который сильно ослабляется биологическими тканями и проникает неглубоко. Это делается для того, чтобы не вызвать перфорацию стенок кишечника.

Фотодинамическая терапия применяется при лечении опухолей кожи, внутренних органов: легких, пищевода (при этом к внутренним органам лазерное излучение доставляется с помощью световодов).

Различают однофотонные и многофотонные возбуждения. Однофотонные возбуждения наблюдаются при малых интенсив-ностях лазерного излучения, многофотонные – при больших интенсивностях.

При большой интенсивности лазерного излучения (при высокой пиковой мощности), реализуемой, как правило, в коротких лазерных импульсах, возможно многофотонное возбуждение. При многофотонном поглощении в одном элементарном акте молекулой поглощается одновременно несколько фотонов. В результате этого вещество, прозрачное для излучения определенной длины волны при малых интенсивностях, может стать непрозрачным для него при больших интенсивностях. Поэтому могут идти фотохимические реакции, невозможные при малых интенсивностях. Лазерная терапия, использующая многофотонное поглощение, получила название нелинейной фототерапии.

Использование лазерного излучения в хирургии

В хирургии используются высокоинтенсивные лазеры. Лазерный луч используется в качестве универсального светового скальпеля. При воздействии на биоткань лазерного излучения большой интенсивности происходит ее нагрев, коагуляция, испарение или же абляция. Эти явления используются в лазерной хирургии для рассечения тканей, удаления ее патологических участков, остановки кровотечения, сваривания биотканей. Выбирая должным образом длину волны излучения, его интенсивность и длительность воздействия, можно получать различные хирургические эффекты. Так, для разрезания биологических тканей часто используется сфокусированный луч непрерывного СО₂-лазера, имеющий длину волны  = 10,6 мкм, мощность 2·10³ Вт/см².

Применение лазерного луча в хирургии обеспечивает избирательное и контролируемое воздействие. Лазерная хирургия имеет ряд преимуществ:

• бесконтактность, дающую абсолютную стерильность;

• селективность, позволяющую выбором длины волны излучения дозированно разрушать патологические ткани, не затрагивая окружающие здоровые ткани;

• бескровность (за счет коагуляции белков);

• микрохирургию тканей и клеток, позволяющую, благодаря высокой степени фокусировки луча;

• незначительное механическое травмирование прилегающих областей;

• точно определенная глубина проникновения в ткань. Укажем некоторые области хирургического применения лазеров.

3 8.11.1. Лазерная сварка тканей. Соединение рассеченных тканей представляет собой необходимый этап многих операций. Лазер могут с успехом использоваться для решения этой задачи. Для сварки тканей используется различные лазеры. Для большинства тканей при сварке целесообразно, чтобы нагревание, ведущее к оплавлению и последующей сварке, происходило по возможности главным образом в наружном, самом прочном слое будущего анастомоза (соустье между сосудами). Защиту от обширного по объему и чрезмерного по температуре нагрева свариваемых структур осуществляют либо с помощью специально подбираемого режима работы или путем нанесения на поверхность будущего шва специального припоя, интенсивно поглощающегося свет в области излучения данного лазера. На рис. показано сваривание одного из стволов крупного нерва, осуществляемого в контактном режиме с использованием припоя, который каплями из пипетки подается по месту сваривания.

Разрушение пигментированных участков. Лазеры, работающие в импульсном режиме, используются для разрушения пигментированных участков. Необходимыми условиями для этого являются: поглощение объектом излучения данной длины волны и достаточно короткая продолжительность импульсов. Используемая при этом малая энергия снижает опасность повреждения соседних тканей. В некоторых случаях используется малая глубина проникновения луча в ткань, что позволяет осуществить послойное испарение (абляцию). Данный метод (фототермолиз) используется для лечения ангиом, татуировок, склеротических бляшек в кровеносных сосудах и т. п.

Лазерная эндоскопия. Внедрение эндоскопии произвело коренной переворот в оперативной медицине. Чтобы избежать больших открытых операций, лазерное излучение доставляется к месту воздействия с помощью волоконно-оптических световодов. Световод изготавливается из кварцевого или стеклянного волокна в зависимости от диапазона длин волн, в котором он используется. Гибкие световоды позволяют подводить лазерное излучение к биотканям внутренних полых органов. При этом значительно снижается риск возникновения и передачи инфекций, опасность послеоперационных осложнений (спайки, перерождение нормальной ткани в рубцово-измененную). Операционная нагрузка на организм значительно снижается. Оперативное вмешательство может быть осуществлено амбулаторно.

Лазерный пробой. Короткоимпульсные лазеры в сочетании со световодами применяют для удаления бляшек в сосудах, камней в желчном пузыре и почках. Например, при удалении камней лазерное излучение подводят по световоду и фокусируют около мишени. При генерации лазерного импульса (длительностью 10^–12–10^–9 с) интенсивность излучения столь велика, что происходит так называемый лазерный пробой, аналогичный обычному электрическому пробою. То есть происходит процесс электронной ударной ионизации атомов мишени в высокочастотном (10¹⁴-10¹⁵ Гц) электромагнитном поле, приводящий к лавинообразному росту концентрации свободных электронов и образованию облака электронной плазмы.

Это облако плазмы интенсивно поглощает оставшиеся фотоны лазерного излучения. В результате этого температура мишени в фокальной области резко возрастает до десятков тысяч градусов. Затем плазма быстро расширяется, порождая ударную волну, распространяющуюся во всех направлениях. Ударная волна разрушает мишень.

Оптическое волокно должно иметь соответствующую прочность. В противном случае оно разрушится, и его обломки могут нанести вред пациенту.

Лазеры в офтальмологии. Лазеры широко применяются при хирургических операциях в офтальмологии. Их применение позволяет выполнять бескровные, не требующие нарушения целостности глазного яблока, оперативные вмешательства, связанные с коагуляцией и фотодеструкцией тканей глаза. Это операции на стекловидном теле; приваривание отслоившейся сетчатки и заваривание ее сосудов (офталъмокоагуляция); лечение глаукомы путем «прокалывания» лазерным лучом отверстий (диаметром 50-100 мкм) для оттока внутриглазной жидкости. Применяется послойная абляция тканей роговицы для коррекции зрения. При использовании эксимерного лазера (длина волны – 193 нм, продолжительность импульса – 10-25 нc) осуществляется холодное выпаривание (абляция) поверхностных слоев роговицы на глубину до 120 мк. При этом изменяется ее оптическая сила (фоторефракционная кератотомия). Эксимер-ные лазеры под компьютерным контролем способны производить коррекцию нарушений рефракции (от –20 до +20 дптр). Подбирается оптимальный режим работы лазерной установки, в результате чего температура роговой оболочки повышается не более чем на 5-6°С. Благодаря этому роговица в послеоперационном периоде остается прозрачной. Время лазерного вмешательства не превышает одной минуты.

Элементы реабилитологии

Лазеротерапия – лечебное использование оптического излучения, источником которого является лазер.

В клинической реабилитационной практике в настоящее время нашли применение лазеры различных конструкций и модификаций. Наиболее часто используются низкоинтенсивные гелий-неоновые и полупроводниковые лазеры. Они излучают в красном и инфракрасном диапазонах и работают как в непрерывном, так и в импульсном режимах.

Некоторые лазеры имеют магнитные насадки для сочетанного действия лазерного излучения и магнитного поля – магнито-лазеротерапии. К ним относится магнито-инфракрасный лазерный терапевтический аппарат «Мильта».

Для фотодинамической физиотерапии применяют лазеры видимого излучения с волоконными световодами и рассеивателями на конце. В качестве фотосенсибилизаторов используют соответствующие препараты, которые вводят больному внутривенно за несколько дней до облучения. Чаще всего используют излучение с длиной волны 632 нм (красный свет) и 800-1200 нм (инфракрасное излучение). Максимальная мощность излучения не превышает 60 мВт. Воздействие на ткани осуществляют как сфокусированным лучом (при непосредственном контакте), так и расфокусированным лучом (при дистанционной методике на расстоянии 25-30 мм).

Лазерофорез. Эффективность лазеротерапии увеличивается при сочетанном воздействии с лекарственными веществами, предварительно нанесенными на облучаемую зону.

Лазерное излучение используется при сочетании с другими методами электрофизиотерапии. Дозирование лазерофизиотерапевтических воздействий оценивают при помощи специальных измерителей мощности лазерного излучения.