Давид Кочиев, Иван Щербаков
«Природа» №3, 2014

Уникальная способность лазера максимально концентрировать энергию в пространстве, во времени и в спектральном диапазоне делают этот прибор незаменимым средством во многих областях человеческой деятельности, и в частности в медицине [ , ]. При лечении заболеваний происходит вмешательство в патологический процесс или болезненное состояние, что самым радикальным образом практикует хирургия. Благодаря прогрессу в науке и технологиях на смену механическим хирургическим инструментам приходят принципиально иные, в том числе лазерные.

Излучение и ткани

Если в качестве инструмента используется лазерное излучение, то его задача - вызвать изменения в биологической ткани (например, выполнить резекцию при операции, запускать химические реакции при фотодинамической терапии). Параметры лазерного излучения (длина волны, интенсивность, длительность воздействия) могут изменяться в широких пределах, что при взаимодействии с биологическими тканями дает возможность инициировать развитие различных процессов: фотохимических изменений, термической и фотодеструкции, лазерной абляции, оптического пробоя, генерации ударных волн и др.

На рис. 1 приведены длины волн лазеров, нашедших в той или иной степени применение в медицинской практике. Их спектральный диапазон простирается от ультрафиолетовой (УФ) до средней инфракрасной (ИК) области, а интервал плотностей энергии охватывает 3 порядка (1 Дж/см 2 - 10 3 Дж/см 2), интервал плотности мощности - 18 порядков (10 −3 Вт/см 2 - 10 15 Вт/см 2), временной диапазон - 16 порядков, от непрерывного излучения (~10 с) до фемтосекундных импульсов (10 −15 с). Процессы взаимодействия лазерного излучения с тканями определяются пространственным распределением объемной плотности энергии и зависят от интенсивности и длины волны падающего излучения, а также от оптических свойств ткани.

На первых стадиях развития лазерной медицины биоткань представлялась как вода с «примесями», поскольку человек на 70–80% состоит из воды и полагалось, что механизм воздействия лазерного излучения на биоткани определяется ее поглощением. При применении непрерывных лазеров такая концепция была более или менее работоспособна. Если необходимо организовать воздействие на поверхность биоткани, следует выбрать длину волны излучения, сильно поглощаемого водой. Если требуется объемный эффект, наоборот, излучение должно слабо ею поглощаться. Однако, как выяснилось в дальнейшем, другие компоненты биоткани тоже способны поглощать (в частности, в видимой области спектра - составляющие крови, рис. 2). Пришло понимание, что биоткань - это не вода с примесями, а гораздо более сложный объект.

В то же время начали применяться импульсные лазеры. Воздействие на биоткани при этом определяется комбинацией длины волны, плотности энергии и длительности импульса излучения. Последний фактор, например, помогает разделить термическое и нетермическое воздействие.

В практику вошли импульсные лазеры с большим диапазоном изменения длительности импульса - от милли- до фемтосекунд. Здесь вступают в игру различного рода нелинейные процессы: оптический пробой на поверхности мишени, многофотонное поглощение, образование и развитие плазмы, генерация и распространение ударных волн. Стало очевидным, что невозможно создать единый алгоритм поиска нужного лазера и в каждом конкретном случае требуется свой подход. С одной стороны, это крайне осложнило задачу, с другой - открыло совершенно фантастические возможности варьировать способы воздействия на биологическую ткань.

При взаимодействии излучения с биотканями большое значение имеет рассеяние. На рис. 3 приведены два конкретных примера распределения интенсивности излучения в тканях предстательной железы собаки при падении на ее поверхность лазерного излучения с разными длинами волн: 2,09 и 1,064 мкм. В первом случае поглощение превалирует над рассеянием, во втором ситуация обратная (табл. 1).

В случае сильного поглощения проникновение излучения подчиняется закону Бугера - Ламберта - Бэра, т. е. имеет место экспоненциальное затухание. В видимом и ближнем ИК-диапазонах длин волн типичные значения коэффициентов рассеяния большинства биологических тканей лежат в пределах 100–500 см −1 и монотонно уменьшаются с увеличением длины волны излучения. За исключением УФ- и дальней ИК-области коэффициенты рассеяния биоткани на один-два порядка величины больше коэффициента поглощения. В условиях доминирования рассеяния над поглощением достоверную картину распространения излучения можно получить, используя модель диффузного приближения, имеющую, правда, вполне четкие рамки применимости, которые не всегда принимаются во внимание.

Таблица 1. Параметры лазерного излучения и оптические характеристики ткани предстательной железы собаки

Итак, при применении того или иного лазера для конкретных операций следует учитывать целый ряд нелинейных процессов и соотношение рассеяния и поглощения. Знание поглощающих и рассеивающих свойств выбранной ткани необходимо для расчета распределения излучения внутри биологической среды, определения оптимальной дозировки, планирования результатов воздействия.

Механизмы взаимодействия

Рассмотрим основные типы взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями, реализуемые при использовании лазеров в клинической практике.

Фотохимический механизм взаимодействия играет основную роль при фотодинамической терапии, когда в организм вводятся выбранные хромофоры (фотосенсибилизаторы). Монохроматическое излучение инициирует селективные фотохимические реакции с их участием, запускающие биологические преобразования в тканях. После резонансного возбуждения лазерным излучением молекула фотосенсибилизатора испытывает несколько синхронных или последовательных распадов, которые вызывают внутримолекулярные реакции переноса. В результате цепочки реакций высвобождается цитотоксический реагент, необратимым образом окисляющий основные клеточные структуры. Воздействие происходит при невысоких плотностях мощности излучения (~1 Вт/см 2) и длительных временах (от секунд до непрерывного облучения). В большинстве случаев используется лазерное излучение видимого диапазона длин волн, имеющее большую глубину проникновения, что важно, когда требуется влиять на глубоколежащие тканевые структуры.

Если фотохимические процессы происходят за счет протекания цепочки специфических химических реакций, то термические эффекты при воздействии лазерного излучения на ткани, как правило, не специфичны. На микроскопическом уровне идут объемное поглощение излучения за счет переходов в молекулярных колебательно-вращательных зонах и последующее безызлучательное затухание. Температура ткани повышается очень эффективно, поскольку поглощению фотонов способствуют огромное количество доступных колебательных уровней большинства биомолекул и многочисленность возможных каналов релаксации при столкновениях. Типичные значения энергии фотонов равны: 0,35 эВ - для Er:YAG-лазеров ; 1,2 эВ - для Nd:YAG-лазеров; 6,4 эВ - для ArF-лазеров и значительно превышают кинетическую энергию молекулы, которая при комнатной температуре составляет лишь 0,025 эВ.

Термические эффекты в ткани играют доминирующую роль при использовании лазеров с непрерывным режимом генерации и импульсных лазеров, с длительностями импульса в несколько сот микросекунд и более (лазеры в режиме свободной генерации). Удаление ткани начинается после нагрева ее приповерхностного слоя до температуры выше 100°С и сопровождается повышением давления в мишени. Гистология на этом этапе показывает наличие разрывов и образование вакуолей (полостей) внутри объема. Продолжающееся облучение приводит к росту температуры до значений 350–450°С, происходит выгорание и карбонизация биоматериала. Тонкий слой карбонизированной ткани (≈20 мкм) и слой вакуолей (≈30 мкм) поддерживают высокий градиент давления вдоль фронта удаления ткани, скорость которого постоянна во времени и зависит от типа ткани.

При импульсном лазерном воздействии на развитие фазовых процессов влияет наличие внеклеточного матрикса (ВКМ). Кипение воды внутри объема ткани происходит, когда разница химических потенциалов пара и жидкой фазы, необходимая для роста пузырей, превышает не только поверхностное натяжение на границе раздела фаз, но и энергию эластичного растяжения ВКМ, необходимую для деформации матрицы окружающей ткани. Рост пузыря в ткани требует большего внутреннего давления, чем в чистой жидкости; повышение давление приводит к увеличению температуры кипения. Давление растет до тех пор, пока не превысит предел прочности ВКМ ткани при растяжении и не приведет к удалению и выбросу ткани. Термическое повреждение ткани может меняться от карбонизации и плавления на поверхности до гипертермии на глубину в несколько миллиметров в зависимости от плотности мощности и времени воздействия падающего излучения.

Пространственно ограниченный хирургический эффект (селективный фототермолиз) осуществляется при длительности импульса, меньшей характерного времени тепловой диффузии нагреваемого объема, - тогда тепло удерживается в области воздействия (не перемещается даже на расстояние, равное оптической глубине проникновения), и термическое повреждение окружающих тканей мало. Воздействие излучения непрерывных лазеров и лазеров с длинными импульсами (длительностью ≥100 мкс) сопровождается большей зоной термического поражения близлежащих к области воздействия тканей.

Сокращение длительности импульса меняет картину и динамику термических процессов при взаимодействии лазерного излучения с биотканями. При ускорении подвода энергии в биоматериал ее пространственное распределение сопровождается значительными термическими и механическими переходными процессами. Поглощая энергию фотонов и нагреваясь, материал расширяется, стремясь перейти в состояние равновесия в соответствии с его термодинамическими свойствами и с внешними условиями среды. Результирующая неоднородность распределения температуры порождает термоупругие деформации и распространяющуюся в материале волну сжатия.

Однако расширение или установление механического равновесия в ответ на нагрев ткани занимает характерное время, равное по порядку величины времени, необходимому продольной акустической волне для прохождения по системе. Когда длительность лазерного импульса его превышает, материал расширяется в течение действия импульса, и значение индуцированного давления меняется вместе с интенсивностью лазерного излучения. В обратном случае энерговклад в систему происходит быстрее, чем та успевает механически на него реагировать, и скорость расширения определяется инерцией нагретого слоя ткани независимо от интенсивности излучения, а давление меняется вместе со значением объемной энергии, поглощенной в ткани. Если взять совсем короткий импульс (с длительностью, много меньшей времени пробега акустической волны по области тепловыделения), ткань будет «инерциально удерживаться», т. е. не получит времени на расширение, и нагрев произойдет при постоянном объеме.

Когда скорость выделения энергии в объеме ткани при поглощении лазерного излучения намного выше скорости убыли энергии на испарение и нормальное кипение, вода, находящаяся в ткани, переходит в перегретое метастабильное состояние. При подходе к спинодали вступает в действие флуктуационный механизм возникновения зародышей (гомогенная нуклеация), что обеспечивает быстрый распад метастабильной фазы. Наиболее ярко процесс гомогенной нуклеации проявляется при импульсном нагреве жидкой фазы, что выражается во взрывном вскипании перегретой жидкости (фазовый взрыв).

Лазерное излучение способно и напрямую разрушать биоматериал. Энергия диссоциации химических связей органических молекул меньше энергии фотонов лазерного излучения УФ-диапазона (4,0–6,4 эВ) или сравнима с ней. При облучении ткани такие фотоны, поглощаясь сложными органическими молекулами, могут вызывать прямой разрыв химических связей, осуществляя «фотохимический распад» материала. Механизм взаимодействия в диапазоне длительностей лазерного импульса 10 пс - 10 нс может быть классифицирован как электромеханический, что подразумевает генерацию плазмы в интенсивном электрическом поле (оптический пробой) и удаление тканей за счет распространения ударных волн, кавитации и формирования струй.

Образование плазмы на поверхности ткани характерно для коротких длительностей импульса при интенсивностях излучения порядка 10 10 –10 12 Вт/см 2 , соответствующих напряженности локального электрического поля ~10 6 –10 7 В/см. В материалах, испытывающих повышение температуры благодаря высокому значению коэффициента поглощения, плазма может возникать и поддерживаться за счет термоэмиссии свободных электронов. В средах с малым поглощением она образуется при больших интенсивностях излучения за счет освобождения электронов при многофотонном поглощении излучения и лавинообразной ионизации молекул ткани (оптический пробой). Оптический пробой позволяет «закачивать» энергию не только в хорошо поглощающие пигментированные, но и в прозрачные, слабо поглощающие ткани.

Удаление тканей при воздействии импульсным лазерным излучением требует деструкции ВКМ и не может рассматриваться просто как процесс дегидратации при нагреве. К разрушениям ВКМ ткани приводят давления, генерируемые при фазовом взрыве и ограниченном кипении. В результате наблюдается взрывной выброс материала без полного испарения. Энергетический порог такого процесса оказывается ниже удельной энтальпии парообразования воды. Ткани, имеющие высокую прочность на разрыв, требуют более высоких температур для разрушения ВКМ (пороговая объемная плотность энергии должна быть сравнима с энтальпией парообразования).

Инструменты на выбор

Один из самых распространенных хирургических лазеров - Nd:YAG-лазер, используемый при вмешательствах с эндоскопическим доступом в пульмонологии, гастроэнтерологии, урологии, в эстетической косметологии при удалении волос, при интерстициальной лазерной коагуляции опухолей в онкологии. В режиме модулированной добротности, с длительностями импульса от 10 нс, он применяется в офтальмологии, например при лечении глаукомы.

Большинство тканей на его длине волны (1064 нм) имеют низкий коэффициент поглощения. Эффективная глубина проникновения такого излучения в ткани может составлять несколько миллиметров и обеспечивает хорошие гемостаз и коагуляцию. Однако объем удаленного материала относительно невелик, а рассечение и абляция тканей может сопровождаться термическим повреждением близлежащих областей, отеками и воспалительными процессами.

Важное преимущество Nd:YAG-лазера - возможность доставки излучения в зону воздействия волоконно-оптическими световодами. Использование эндоскопического и волоконного инструмента позволяют проводить лазерное излучение в нижний и верхний отделы желудочно-кишечного тракта практически неинвазивным способом. Увеличение длительности импульса этого лазера в режиме модулированной добротности до 200–800 нс позволило использовать тонкие оптические волокна с диаметром сердцевины 200–400 мкм для фрагментации камней. К сожалению, поглощение в оптическом волокне не позволяет доставлять лазерное излучение с длинами волн, более эффективными для абляции тканей, такими как 2,79 мкм (Er:YSGG ) и 2,94 мкм (Er:YAG). Для транспортировки излучения с длиной волны 2,94 мкм в Институте общей физики (ИОФ) им. А. М. Прохорова РАН была разработана оригинальная технология роста кристаллических волокон, с помощью которой было изготовлено уникальное кристаллическое волокно из лейкосапфира, прошедшее успешные испытания. Транспортировка излучения по коммерчески доступным световодам возможна для излучения с меньшими длинами волн: 2,01 мкм (Cr:Tm:YAG) и 2,12 мкм (Cr:Tm:Ho:YAG) . Глубина проникновения излучения этих длин волн достаточно мала для эффективной абляции и минимизации сопутствующих термических эффектов (она составляет ~170 мкм для тулиевого лазера и ~350 мкм для гольмиевого).

Дерматология взяла на вооружение лазеры как видимого (рубиновые, александритовые, лазеры с генерацией второй гармоники нелинейными кристаллами титанил-фосфата калия, KTP), так и инфракрасного диапазона длин волн (Nd:YAG). Селективный фототермолиз - основной эффект, используемый при лазерном воздействии на ткани кожи; показания для лечения - различные сосудистые поражения кожи, доброкачественные и злокачественные опухоли, пигментация, удаление татуировок и косметические вмешательства.

Лазеры на ErCr:YSGG (2780 нм) и Er:YAG (2940 нм) применяются в стоматологии для воздействия на твердые ткани зубов при лечении кариеса и подготовке полости зуба; при манипуляциях отсутствуют термические эффекты, повреждения структуры зуба и дискомфорт у пациента. KTP-, Nd:YAG-, ErCr:YSGG- и Er:YAG-лазеры задействованы в хирургии на мягких тканях ротовой полости.

Исторически первая область медицины, которая освоила новый инструмент, - офтальмология. Работы, связанные с привариванием сетчатки лазером, начались еще в конце 1960-х. Понятие «лазерная офтальмология» стало общеупотребительным, современную клинику этого профиля невозможно представить без применения лазеров. Приваривание сетчатки световым излучением обсуждалось многие годы, однако лишь с появлением лазерных источников фотокоагуляция сетчатки вошло в широкую повседневную клиническую практику.

В конце 70-х - начале 80-х годов прошлого столетия развернулись работы с лазерами на основе импульсного Nd:YAG-лазера для разрушения капсулы хрусталика в случае вторичной катаракты. Сегодня капсулотомия, выполняемая с помощью неодимового лазера с модулированной добротностью, - стандартная хирургическая манипуляция при лечении этого заболевания. Революцию в офтальмологии совершило открытие возможности изменять с помощью коротковолнового УФ-излучения кривизну роговицы и таким образом корректировать остроту зрения. Лазерные операции по коррекции зрения теперь широко распространены и выполняются во многих клиниках. Существенный прогресс в рефракционной хирургии и в ряде других малоинвазивных микрохирургических вмешательств (при пересадке роговицы, создании внутристромальных каналов, лечении кератоконуса и др.) был достигнут при внедрении лазеров с короткой и сверхкороткой длительностью импульсов.

В настоящее время в офтальмологической практике наиболее популярны твердотельные Nd:YAG- и Nd:YLF -лазеры (непрерывные, импульсные с модуляцией добротности с длительностью импульсов порядка нескольких наносекунд и фемтосекундные), в меньшей степени - Nd:YAG-лазеры с длиной волны 1440 нм в режиме свободной генерации, Ho- и Er-лазеры.

Поскольку различные участки глаза имеют разный состав и разный коэффициент поглощения для одной и той же длины волны, выбор последней определяет как отрезок глаза, на котором будет происходить взаимодействие, так и локальный эффект в зоне фокусировки. Исходя из спектральных характеристик пропускания глаза, для хирургического воздействия на внешние слои роговицы и переднего отрезка целесообразно использовать лазеры с длиной волны в диапазоне 180–315 нм. Более глубокое проникновение, вплоть до хрусталика, возможно осуществить в спектральном диапазоне 315–400 нм, а для всех дальних областей подходит излучение с длиной волны более 400 нм и вплоть до 1400 нм, когда начинается существенное поглощение воды.

Физика - медицине

На основе учета свойств биологических тканей и типа реализуемого взаимодействия при падении излучения Институт общей физики разрабатывает лазерные системы для применения в различных областях хирургии, сотрудничая со многими организациями. В число последних входят академические институты (Институт проблем лазерных и информационных технологий - ИПЛИТ, Институт спектроскопии, Институт аналитического приборостроения), Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, ведущие медицинские центры страны (МНТК «Микрохирургия глаза» им. С. Н. Федорова, Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П. А. Герцена Росздрава, Российская медицинская академия последипломного образования, Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева РАМН, ЦКБ № 1 ОАО РЖД), а также ряд коммерческих компаний («Оптосистемы», «Визионика», «Новые энергетические технологии», «Лазерные технологии в медицине», «Кластер», НТЦ «Волоконные оптические системы»).

Так, в нашем институте создан лазерный хирургический комплекс «Лазурит», который может выступать в качестве как скальпеля-коагулятора, так и литотриптора, т. е. прибора для разрушения камней в органах человека. Причем литотриптор работает на новом оригинальном принципе - используется излучение с двумя длинами волн. Это лазер на базе кристалла Nd:YAlO 3 (с основной длиной волны излучения 1079,6 нм и его второй гармоникой в зеленой области спектра). Установка снабжена блоком обработки видеоинформации и позволяет следить за операцией в режиме реального времени.

Двухволновое лазерное воздействие микросекундной длительности обеспечивает фотоакустический механизм фрагментации камней, который основан на открытом А. М. Прохоровым с сотрудниками оптико-акустическом эффекте - генерации ударных волн при взаимодействии лазерного излучения с жидкостью. Воздействие оказывается нелинейным [ , ] (рис. 4) и включает в себя несколько стадий: оптический пробой на поверхности камня, образование плазменной искры, развитие кавитационного пузыря и распространение ударной волны при его коллапсе.

В итоге через ~700 мкс с момента падения лазерного излучения на поверхность камня происходит разрушение последнего благодаря воздействию ударной волны, генерируемой при коллапсе кавитационного пузыря. Преимущества такого метода литотрипсии очевидны: во-первых, обеспечивается безопасность воздействия на окружающие камень мягкие ткани, так как ударная волна в них не поглощается и, следовательно, не наносит им вреда, присущего другим лазерным методам литотрипсии; во-вторых, достигается высокая эффективность при фрагментации камней любой локализации и химического состава (табл. 2); в-третьих, гарантируется высокая скорость фрагментации (см. табл. 2: продолжительность разрушения камней варьируется в диапазоне 10–70 с в зависимости от их химического состава); в-четвертых, при доставке излучения не повреждается волоконный инструмент (за счет оптимально выбранной длительности импульса); наконец, радикально снижается число осложнений и сокращается послеоперационный период лечения.

Таблица 2. Химический состав камней и параметры лазерного излучения при фрагментации в экспериментах in vitro

Комплекс «Лазурит» (рис. 5) включает в себя также скальпель-коагулятор, который позволяет, в частности, успешно проводить уникальные операции на кровенаполненных органах, таких как почка, удалять опухоли с минимальной кровопотерей, без пережатия почечных сосудов и без создания искусственной ишемии органа, сопутствующей принятым сейчас способам хирургического вмешательства. Резекция проводится при лапароскопическом доступе. При эффективной глубине проникновения импульсного одномикронного излучения ~1 мм одновременно осуществляются резекция опухоли, коагуляция и гемостаз, а также достигается абластичность раны. Разработана новая медицинская технология лапароскопической резекции почки при раке Т 1 N 0 M 0 .

Результатами исследовательских работ в области офтальмалогии стали разработки офтальмологических лазерных систем «Микроскан» и ее модификации «Микроскан Визум» для рефракционной хирургии на основе ArF-эксимерного лазера (193 нм). С помощью этих установок осуществляется коррекция близорукости, дальнозоркости и астигматизма. Реализован так называемый метод «летающего пятна»: роговица глаза засвечивается пятном излучения диаметром порядка 0,7 мм, которое сканирует ее поверхность по алгоритму, заданному компьютером, и изменяет ее форму. Коррекция зрения на одну диоптрию при частоте повторения импульсов 300 Гц обеспечивается за 5 с. Воздействие остается поверхностным, так как излучение с этой длиной волны сильно поглощается роговицей глаза. Система слежения за глазом позволяет обеспечить высокое качество операции независимо от подвижности глаза пациента. Установка «Микроскан» сертифицирована в России, странах СНГ, Европе и Китае, ею оснащены 45 российских клиник. Офтальмологические эксимерные системы для рефракционной хирургии, разработанные в нашем институте, в настоящее время занимают 55% отечественного рынка.

При поддержке Федерального агентства по науке и инновациям при участии ИОФ РАН, ИПЛИТ РАН и МГУ создан офтальмологический комплекс, включающий в себя «Микроскан Визум», диагностическую аппаратуру, состоящую из аберрометра и сканирующего офтальмоскопа, а также уникальную фемтосекундную лазерную офтальмологическую систему «Фемто Визум». Рождение этого комплекса стало примером плодотворного сотрудничества академических организаций с Московским государственным университетом в рамках единой программы: в ИОФ был разработан хирургический инструмент, а в МГУ и ИПЛИТе - диагностическая аппаратура, что позволяет проводить целый ряд уникальных офтальмологических операций. На принципе работы фемтосекундной офтальмологической установки следует остановиться подробнее. За ее основу был выбран неодимовый лазер с длиной волны излучения 1064 нм. Если в случае применения эксимерного лазера роговица сильно поглощает, то при длине волны ~1 мкм линейное поглощение слабое. Однако за счет малой длительности импульса (400 фс) при фокусировке излучения удается достичь высокой плотности мощности, и, следовательно, становятся эффективными многофотонные процессы. При организации соответствующей фокусировки оказывается возможным так воздействовать на роговицу, что ее поверхность никак не затрагивается, а многофотонное поглощение осуществляется в объеме. В качестве механизма воздействия выступает фотодеструкция тканей роговицы при многофотонном поглощении (рис. 6), когда отсутствует термическое повреждение близлежащих слоев ткани и возможно осуществление вмешательства с прецизионной точностью. Если для излучения эксимерного лазера энергия фотона (6,4 эВ) сравнима с энергией диссоциации, то в случае одномикронного излучения (1,2 эВ) она по крайней мере вдвое, а то и в семь раз меньше, что и обеспечивает описанный эффект и открывает новые возможности в лазерной офтальмологии.

Интенсивно развиваются сегодня фотодинамическая диагностика и терапия рака на основе использования лазера, монохроматическое излучение которого возбуждает флуоресценцию красителя-фотосенсибилизатора и инициирует селективные фотохимические реакции, вызывающие биологические преобразования в тканях. Дозы введения красителя составляют 0,2–2 мг/кг. При этом фотосенсибилизатор преимущественно накапливается в опухоли, и его флуоресценция позволяет установить локализацию опухоли. За счет эффекта переноса энергии и увеличения мощности лазера происходит образование синглетного кислорода, являющегося сильным окислителем, что приводит к разрушению опухоли. Таким образом, по описанной методике осуществляется не только диагностика, но и лечение онкологических заболеваний. Следует заметить, что введение фотосенсибилизатора в организм человека - не вполне безобидная процедура и поэтому в ряде случаев лучше применять так называемую лазероиндуцированную аутофлуоресценцию. Оказалось, в некоторых случаях, в особенности с использованием коротковолнового лазерного излучения, здоровые клетки не флуоресцируют, тогда как раковые клетки обнаруживают эффект флуоресценции. Эта методика предпочтительнее, однако она пока служит в основном диагностическим целям (хотя в последнее время предпринимаются шаги и для реализации терапевтического эффекта). В нашем институте разработаны серии приборов как для флуоресцентной диагностики, так и для фотодинамической терапии. Это оборудование сертифицировано и выпускается серийно, им оснащены 15 московских клиник.

Для эндоскопических и лапароскопических операций необходимый компонент лазерной установки составляют средства доставки излучения и формирования его поля в области взаимодействия. У нас сконструированы такие устройства на основе многомодовых оптических волокон, позволяющие работать в спектральной области от 0,2 до 16 мкм.

При поддержке Федерального агентства по науке и инновациям в ИОФ развивается методика поиска распределения наночастиц по размерам в жидкости (и в частности, в крови человека) с помощью спектроскопии квазиупругого рассеяния света. Было обнаружено, что присутствие в жидкости наночастиц приводит к уширению центрального пика рэлеевского рассеяния, и измерение величины этого уширения позволяет определять размеры наночастиц. Исследование спектров размеров наночастиц в сыворотке крови пациентов с сердечно-сосудистыми нарушениями показали присутствие белково-липидных кластеров больших размеров (рис. 7). Было также установлено, что частицы больших размеров характерны и для крови онкологических больных. Более того, при положительном результате лечения пик, ответственный за частицы больших размеров, исчезал, но в случае рецидива снова появлялся. Таким образом, предлагаемая методика весьма полезна для диагностики как онкологических, так и сердечно-сосудистых заболеваний.

Ранее в институте был разработан новый метод обнаружения предельно низких концентраций органических соединений. Основными составляющими прибора служили лазер, времяпролетный масс-спектрометр и наноструктурированная пластина, на которой адсорбировался исследуемый газ. Сегодня эта установка модифицируется для анализа крови, что также откроет новые возможности для ранней диагностики многих заболеваний.

Решение целого ряда медицинских проблем возможно только при объединении усилий в нескольких областях: это и фундаментальные исследования по лазерной физике, и детальное изучение взаимодействия излучения с веществом, и анализ процессов переноса энергии, и медико-биологические изыскания, и разработка медицинских технологий лечения.

4 YSGG - Yttrium Scandium Gallium Garnet (иттрий-скандий-галлиевый гранат).

YLF - Yttrium Lithium Fluoride (фторид иттрия-лития).

Уникальные свойства лазерного излучения сделали лазеры незаменимыми в самых разных областях науки, в том числе и медицине. Лазеры в медицине открыли новые возможности в лечении многих заболеваний. Лазерную медицину можно условно разделить на основные разделы: лазерная диагностика, лазерная терапия и лазерная хирургия.

История пришествия лазеров в медицину — какие свойства лазера послужили причиной развития лазерной хирургии

Исследования в использовании лазеров в медицине начались в шестидесятых годах прошлого века. Тогда же и появились первые лазерные медицинские аппараты: устройства для облучения крови. Первые работы по применению лазеров в хирургии в СССР были проведены в 1965 году в МНИОИ им. Герцена совместно с НПП «Исток».

В лазерной хирургии используются достаточно мощные лазеры, способные сильно нагревать биологическую ткань, что приводит к ее испарению или разрезанию. Применение лазеров в медицине позволило выполнять ранее сложные или вовсе невозможные операции эффективно и с минимальной инвазивностью.

Особенности взаимодействия лазерного скальпеля с биологическими тканями:

1. Отсутствие прямого контакта инструмента с тканью, минимальная опасность инфицирования.
2. Коагулирующее действие излучения позволяет получить практически бескровные разрезы, останавливать кровотечение из кровоточащих ран.
3. Стерилизующее действие излучения является профилактическим средством инфицирования операционного поля и развития послеоперационных осложнений.
4. Возможность управления параметрами лазерного излучения позволяет получать необходимые эффекты при взаимодействии излучения с биологическими тканями.
5. Минимальное воздействие на близлежащие ткани.

Применение лазера в хирургии дает возможность эффективно выполнять самые разнообразные оперативные вмешательства в стоматологии, урологии, оториноларингологии, гинекологии, нейрохирургии и т.д.

Плюсы и минусы применения лазеров в современной хирургии

Основные преимущества лазерной хирургии:

• Значительное сокращение времени проведения операции.
• Отсутствие непосредственного контакта инструмента с тканями и, как следствие, минимальное повреждение тканей в области проведения операции.
• Сокращение послеоперационного периода.
• Отсутствие кровотечения или минимальная кровоточивость при операции.
• Уменьшение риска образования послеоперационных шрамов и рубцов.
• Стерилизующее действие лазерного излучения позволяет соблюдать правила асептики.
• Минимальный риск развития осложнений в ходе операции и в послеоперационный период.

Недостатки лазерных технологий в хирургии:

• Незначительное число медицинских работников прошли специальную подготовку для работы с лазерами.
• Приобретение лазерного оборудования требует значительных материальных затрат и увеличивает стоимость лечения.
• Использование лазеров представляет определенную опасность для медицинских работников, поэтому они должны строго выполнять все меры предосторожности при работе с лазерным оборудованием.
• Эффект от применения лазеров в некоторых клинических случаях может быть временным, и в дальнейшем может потребоваться проведение повторной операции.

Что может лазерная хирургия сегодня – все аспекты применения лазера в хирургии

В настоящее время лечение лазерами используется во всех разделах медицины. Наиболее широкое применение лазерные технологии нашли в офтальмологии, стоматологии, общей, сосудистой и пластической хирургии, урологии, гинекологии.

Лазеры в стоматологической хирургии применяются при проведении следующих операций: френэктомии, гингивэктомии, удалении капюшонов при перикоронарите, выполнении разрезов при установке имплантатов и других. Применение лазерных технологий в стоматологии позволяет уменьшить количество используемых анестетиков, избежать послеоперационных отеков и осложнений, ускорить время заживления послеоперационных ран.

Появление лазера кардинально изменило развитие офтальмологии. При помощи лазерного можно делать сверхточные разрезы вплоть до микрона, что не способна сделать рука даже очень опытного хирурга. В настоящее время при помощи лазера можно , глаукому, заболевания сетчатки глаза, проводить кератопластику и многие другие.

Лазерные технологии позволяют успешно устранять различные сосудистые патологии: венозные и артерио-венозные дисплазии, лимфангиомы, кавернозные гемангиомы и другие. Благодаря лазерам, лечение сосудистых заболеваний стало практически безболезненным с минимальным риском развития осложнений и хорошим косметическим эффектом.

Лазерный скальпель используется при проведении большого количества операций :

• В брюшной полости (аппендэктомия, холецистэктомия, иссечение спаек, грыжесечение, резекция паренхиматозных органов и мн.др.).
• На трахеобронхиальном дереве (удаление трахеальных и бронхиальных свищей, реканализация обтюрирующих опухолей бронхов и трахеи).
• В оториноларингологии (исправление носовой перегородки, аденэктомия, удаление рубцовых стенозов наружного слухового прохода, тимпанотомия, удаление полипов и др.).
• В урологии (удаление карцином, полипов, атеромы кожи мошонки).
• В гинекологии (удаление кист, полипов, опухолей).

Применяются лазеры и в . Практически все клиники, занимающиеся проведением таких операций, имеют в своем арсенале лазерную аппаратуру. Проведение разрезов с помощью лазерного скальпеля позволяет избежать отеков, синяков, уменьшить риск инфицирования и развития осложнений.

Сложно назвать область медицины, где свойства лазерного излучения не нашли эффективного применения. Продолжающееся совершенствование лазерных технологий, обучение все большего количества медицинских работников работе с лазерами, возможно, приведут в ближайшее время к преобладанию лазерной хирургии над традиционными методами оперативного вмешательства.

Операцией на уши для исправления эстетических дефектов уже никого не удивишь. В современной пластической хирургии она занимает лидирующее положение, наравне с ринопластикой (операцией на нос). Высокая квалификация врачей и современное оборудование позволяют делать эту процедуру максимально быстро, безболезненно, а главное, успешно.

Традиционная хирургия предполагает использование скальпеля. Этот хирургический инструмент для операций используется на протяжении многих веков. Но сегодня у него появился мощный конкурент — лазерный луч, с помощью которого выполняется множество операций на разных участках тела человека, в том числе и на ушах. Появление альтернативы порождает закономерный вопрос: «Какая лучше отопластика, лазерная или скальпельная, разница в чем?».

Для того, чтобы стало понятно, в чем разница между скальпелем и лазером, нужно определиться с тем, что их объединяет:

• показания к проведению коррекции ушной раковины;
• цели операции на уши;
• противопоказания к отопластике;
• подготовка к операции;
• методика проведения процедуры коррекции;
• восстановительный период.

Коррекция ушной раковины проводится преимущественно с эстетической целью. Показанием к ней следует считать желание клиента изменить форму ушей, если они выглядят не эстетично. Другой целью отопластики является восстановление недостающих частей ушной раковины. Такой недостаток может возникнуть вследствие аномального развития уха или его травмирования при ожогах, обморожениях, механических воздействиях.

Что исправляет отопластика:

• устраняет лопоухость (убирает гипертрофированную хрящевую ткань, формирует противозавиток);
• улучшает внешний вид ушной раковины;
• уменьшает большие уши (макротия);
• устраняет асимметрию;
• восстанавливает маленькие, свернутые уши (микротия);
• восстанавливает или уменьшает мочку уха.

Противопоказания к отопластике одинаковы для любого вида хирургического вмешательства. К ним относятся болезни крови, заболевания эндокринной системы, инфекционные болезни, воспаление ушей, обострение хронических болезней, предрасположенность к келоидным рубцам.

Если пациенту, имеющему противопоказания, сделать отопластику, то возможны серьезные осложнения. Поэтому операция на уши может быть выполнена только после обследования у терапевта и ЛОР-врача. Анализы на кровь и мочу — обязательное условие. Забор крови осуществляется для биохимического анализа, исключения СПИДа и гепатита, определения свертываемости крови.

Ход и методология проведения операции зависят от дефекта уха, который требуется устранить.

• Врач проводит предварительную подготовку: делает замеры уха и осуществляет компьютерное моделирование.
• Перед проведением разрезов, хирург делает разметку на ухе.
• Далее скальпелем или лазерным лучом выполняет необходимые разрезы, отсоединяет кожу от хряща и осуществляет коррекцию ушной раковины.
• Если устраняется лопоухость, то операция проводится с разрезом на задней части уха, недалеко от кожной складки, при этом хрящ зашивается, иссекается или удаляются его излишки.
• В случае уменьшения ушей разрез выполняется спереди в районе складки завитка и лишние участки хряща вырезаются.
• Коррекция мочки уха заключается в сшивании разрывов или удалении лишней жировой ткани и кожи.
• Операция длиться от 30 минут до 2 часов.

Восстановительный период заключается в соблюдении ряда правил и уходу за ухом.

В первую неделю необходимо носить повязку для отопластики и ежедневно делать перевязки.

До снятия швов запрещается мочить ухо и мыть голову.

Минимум два месяца запрещено посещать бассейн и баню, заниматься спортом. Полное заживление уха происходит через полгода.

Основная разница отопластики скальпельной и лазерной заключается в следующих факторах:

• время операции лазером короче, чем при классической операции;
• кровопотери при скальпельной отопластике значительны, а при использовании скальпеля минимальны;
• инфекционное заражение исключается при лазерной коррекции, в то время как недостаточная антисептика в работе со скальпелем может привести к серьезным воспалительным процессам;
• после лазерной отопластики болезненные ощущения минимальны, а в результате работы скальпелем ухо болит долго и сильно;
• лазерная коррекция ушной раковины позволяет уху заживать быстрее, а следовательно уменьшает восстановительный период.

Какая проводится отопластика, лазерная или скальпельная зависит от квалификации хирурга и наличия в клинике современного оборудования. Центры пластической хирургии, оснащенные новейшим лазерным оборудованием, можно встретить практически во всех крупных и средних городах России: Воронеже, Челябинске, Самаре, Нижнем Новгороде, Екатеринбурге и многих других.

Отопластика скальпелем и лазерная коррекция ушей

Независимо от того, каким инструментом проводится коррекция, хирург должен мастерски владеть им. Мастер своего дела может почувствовать разницу в работе скальпелем и лазерным лучом. Но и для пациента это представляет интерес, тем более, что коррекция ушей лазером считается бескровной и безболезненной операцией. Как происходит работа лазером и скальпелем рассмотрим подробнее.

Отопластика скальпелем: особенности инструмента и операции

Скальпель — это хирургический нож, выполненный из медицинской нержавеющей стали. Он состоит из лезвия, заостренного кончика и рукоятки. Предназначение инструмента — рассечение мягких тканей при хирургическом вмешательстве. В зависимости от назначения скальпели могут быть разного размера и форы.

При коррекции ушей разрез и работа с хрящевой тканью происходит скальпелем. Сначала выполняется разрез на коже, далее кожная ткань снимается с хряща. При этой манипуляции из раны обильно течет кровь, которую необходимо периодически убирать.

Работа с хрящом часто требует множество мелких насечек по линиям изменения, иначе говоря, происходит перфорация хрящевой ткани. Это кропотливая работа, которая требует точности движений хирурга и тонкости разрезов.

Удаление излишек хряща не менее ответственное дело, так как неточность может негативно сказаться на результате и привести к образованию рубцов. Отопластика скальпелем требует повышенной антисептики рабочего пространства. Так как даже незначительное загрязнение способствует проникновению инфекции в открытые раны.

Недостатки скальпельной коррекции ушей очевидны:

• значительные кровопотери, обильно текущая кровь может накопится под кожей и привести к такому осложнению, как гематома, которая способна вызвать некроз хряща;
• повышенный риск инфицирования раны и как следствие осложнения в виде перихондрита, отита, воспаления и нагноения мягких тканей;
• длительный восстановительный период из-за сильного травмирования уха;
• образование рубцевания ткани в результате неточности разрезов.

Несмотря на недостатки, операция скальпелем довольно безопасная и точная.

Кроме того, инфицирование при операции — редкость, а мастерство профессиональных хирургов не оставляет рубцов.

Отопластика лазером: особенности инструмента и операции

Лазер для проведения операций (лазерный скальпель) состоит из двух частей. В стационарной части находится сам генератор излучения и блоки управления. Подвижная часть представляет собой компактный излучатель, соединенный с основным блоком световодом. Лазерный луч передается по световоду в излучатель, с помощью которого врач совершает необходимые манипуляции. Само излучение прозрачно, что позволяет хирургу видеть всю оперируемую зону.

Разрезы тканей лазерным скальпелем получаются максимально тонкими, так как воздействие луча на оперированную область ограничивается шириной примерно 0,01 мм. В месте воздействия температура тканей увеличивается приблизительно до 400 градусов, в результате чего участок кожи мгновенно сгорает и частично испаряется, то есть происходит коагуляция белков и переход жидкости в газообразное состояние.

Именно этой причиной объясняется минимальное количество крови при операции и невозможность заражения инфекцией. Лазерный луч очень мягко работает с хрящом, не повреждая его сверх необходимости. Края получаются округлыми и ровными, что позволяет максимально точно изменить форму ушной раковины.

Отопластика лазером имеет следующие преимущества:

• исключается инфицирование тканей;
• минимальное количество крови во время и после операции;
• происходит быстрая регенерация тканей;
• уменьшается реабилитационный период;
• уши выглядят максимально естественно (отсутствуют рубцы).

Цена на лазерную отопластику в Москве — от 33000 рублей, в Санкт-Петербурге — от 30000 рублей.

Перед вами Король Подтяжки, его Величество Скальпель. Есть ли реальные конкуренты на его «трон»? Давайте разберемся! Годы берут своё, и стареющая кожа неминуемо обвисает под действием силы гравитации. И все мы безропотно, как овечки, готовы в один прекрасный (или скорее ужасный?) день «лечь под скальпель хирурга». Очевидно, что обвисшая кожа – главная проблема, с которой пытается справиться современная косметология. Морщины, наверное, сами по себе не так страшны. Иногда они даже довольно мило выглядят. Напротив, обвисшая кожа не нравится никому и является самым неприятным признаком преждевременного старения. Как вы возможно слышали, внутренний «каркас», который удерживает от провисания кожу – это мышечно-апоневротический слой (SMAS). Он располагается на границе мышц и кожи – то есть довольно глубоко. До последнего времени справедливо считалось, что добраться до него только хирург – причем добраться в физическом смысле, натянув и обрезав излишки ткани. Да, хирургическая подтяжка дает быстрый и радикальный эффект. Но кожа сама по себе при этом не становится моложе – её качество остается прежним. И черты лица могут измениться очень сильно - иногда до неузнаваемости. Эти, а также многие другие причины (в числе которых высокая стоимость процедуры, высокие риски и т.д.) заставляли искать альтернативу скальпелю. Какие успехи достигнуты в данном направлении? Химические и лазерные пилинги мы даже не рассматриваем – они выравнивают лишь мелкие морщинки, действуя не глубже эпидермиса. Золотые нити, как и прочие перманентные импланты давно выбыли из борьбы – слишком много с ними было проблем… Но не будем о грустном, кто следующий? Инъекции: за счет введения филлера объем ткани перераспределяется, поскольку мы создаем натяжение в другом месте. При небольшом провисании и очень профессиональном подходе эффект будет хорошим. Но это, скорее, маскировка проблемы, а не её решение. Нитевой лифтинг – наш первый реальный претендент. На нём остановимся подробнее. Вопреки расхожему мнению, он предназначен для удерживания тканей не за счет собственно нитей, так как современные нити вскоре после введения рассасываются. Поддерживающий эффект даёт фиброзная (рубцовая) ткань, которая образуется в процессе введения нитей, как результат травмирования тканей. Конечно же, рубцы эти незаметны – они спрятаны в глубине кожи. Тем не менее, нельзя сказать, что это совершенно безобидно. Техника введения нитей довольно сложна, и лишь немногие специалисты ей владеют в достаточной мере. В этом смысле она близка к пластической хирургии. Следующий на очереди - фракционный лазер. Выжигая на поверхности кожи точку за точкой, он предназначен для выравнивания кожи. Но несмотря на то, что в рекламе клиник и салонов красоты можно встретить различные «сладкие» обещания, ни один из производителей таких лазеров не говорит о реальном лифтинговом эффекте. И это правильно, ведь фракционные лазеры не могут добраться до SMAS и их действие ограничено максимум 1-1,5 миллиметрами в глубину. За счет высокой температуры внутри каждой такой “точки” происходит термический ожог и образуется микро-рубец. При большом количестве таких микро-рубцов кожа немного натягивается (рубцовая ткань более плотная), но чаще всего этот эффект не настолько выражен, чтобы говорить о полноценом лифтинге. Из недостатков – необходимость анестезии (процедура очень болезненна), риск послеожоговой гиперпигментации, а также ограничение по количеству процедур – ведь с каждым разом рубцов будет все больше и больше… Некоторые из фракционных лазеров жгут настолько крупные точки, что их видно сразу, и что называется, невооруженным глазом. Такую кожу впоследствии не сможет натянуть даже пластический хирург, поскольку она становится совершенно неэластичной. Сфокусированный ультразвук стал первой серьезной заявкой на победу, когда компании Ulthera удалось доказать лифтинг опущенных бровей после процедуры. Метод заключается в том, что ультразвук фокусируется на уровне SMAS, разогревая его вплоть до коагуляции. Да-да, речь идет опять о термическом ожоге. Но разница с фракционными лазерами в том, что поверхностные слои кожи не перегреваются. Метод можно отнести к фракционным, поскольку перегревается не весь SMAS, а создаются сотни «горячих точек». Внутри этих точек перегрев приводит к рубцеванию, что сокращает объем ткани. Да, процедура очень болезненна. Да и рубцы – это не очень хорошо, ведь фиброзная ткань лишена нормального питания и кровоснабжения, что ухудшает с временем качество кожи. Ряд пациентов в качестве побочного эффекта отмечает сокращение подкожно-жирового слоя, от чего черты лица становятся по старчески острыми… И наконец, последняя разработка ученых - технология RecoSMA. Она относится к лазерным, но при этом нетермическая (кожа во время процедуры остается 36,6 С). При этом воздействие идет на глубину до 6 мм, что не под силу ни одному из других лазеров. Кожа не повреждается, сохраняя свои защитные свойства. Всего через несколько дней после процедуры Вы можете спокойно загорать, не опасаясь получить пигментацию. И главное – здесь подтяжка кожи достигается не за счет рубцевания, как в других случаях. Кожа реально обновляется, становясь по всем параметрам моложе. Исследование, недавно проведенное в государственном французском госпитале Henri Mondor, убедительно доказало возможности новой технологии (об этом читайте здесь) Итак, сегодня у Вас есть выбор - «натянуть и отрезать лишнее» или «реально омолодить». РекоСМА или пластическая хирургия? Сравните, и сделайте свой выбор! RecoSMA дает не такой быстрый и такой радикальный результат, как пластическая операция. Лазерное омоложение дает «толчок» организму, и он сам начинает вырабатывать коллаген и менять структуру кожи. Эффект проявляется примерно через месяц и затем нарастает в течение полугода. Но преимуществ у этой процедуры значительно больше. 1. РекоСМА – это подтяжка естественным путем. Не требуется хирургического вмешательства. Организм все делает сам. 2. РекоСМА – это подтяжка без рисков. Вы не рискуете изменить внешность до неузнаваемости или получить не тот результат, который хотели. 3. РекоСМА – это безопасная подтяжка. На коже не остается рубцов и других следов, которые может оставить скальпель хирурга. 4. РекоСМА переносится комфортно. Не требуется даже местной анестезии. Во время процедуры вы чувствуете только теплое покалывание. 5. РекоСМА не требует реабилитации. Легкое покраснение проходит на следующий день, затем кожа начинает активно отшелушиваться. Никакой специальный уход не требуется, и уже через 4-5 дней можно возвращаться к привычному образу жизни. 6. Помимо эффекта подтяжки, РекоСМА реально омолаживает кожу. Она удаляет дефекты кожи, такие как рубцы, постакне и т.д. Расширенные поры сужаются, что препятствует их закупориванию и образованию черных точек в дальнейшем. Одна процедура RecoSMA в год – и Вам, возможно, никогда не понадобится «ложиться под нож». Многие наши клиенты отмечают, что с РекоСМА они как будто бы остановили время. Выбирайте лучшее для красоты и здоровья! Фото до и после процедуры:

До

После