Лазеры. 
Бактериотоксическая светотерапия с использованием лазеров

1. CO 2 -лазер

Рис. 1.

Лазер на углекислом газе — это первый хирургический лазер, который активно используется с 1970;х годов по настоящее время. Высокое поглощение в воде и органических соединениях (типичная глубина проникновения 0,1 мм) делает СО₂-лазер подходящим для широкого спектра хирургических вмешательств, в том числе для гинекологии, оториноларингологии, общей хирургии, дерматологии, кожно-пластической и косметической хирургии.

Поверхностное воздействие лазера позволяет иссекать биоткань без глубокого ожога. Это также делает CO₂-лазер не опасным для глаз, т.к. излучение не проходит сквозь роговицу и хрусталик. Конечно, мощный направленный луч может повредить роговицу, но для защиты достаточно иметь обычные стеклянные или пластиковые очки.

Недостаток длины волны 10 мкм состоит в том, что очень трудно изготовить подходящее оптическое волокно с хорошим пропусканием. И до сих пор наилучшим решением является зеркальный шарнирный манипулятор, хотя это достаточно дорогое устройство, сложное в юстировке и чувствительное к ударам и вибрации.

Другим недостатком CO₂-лазера — это его непрерывный режим работы. В хирургии для эффективного резания необходимо быстро испарять биоткань без нагрева окружающих тканей, для чего нужна высокая пиковая мощность, т. е. импульсный режим. Сегодня в CO₂-лазерах для этих целей применяют так называемый «суперимпульсный» режим (superpulse), при котором лазерное излучение имеет вид пачки коротких, но в 2 — 3 раза более мощных импульсов, по сравнению со средней мощностью непрерывного лазера.

CO₂ -лазер в медицине применяется почти исключительно как «оптический скальпель» для резания и испарения во всех хирургических операциях. Режущее действие сфокусированного лазерного пучка основано на взрывном испарении внутрии внеклеточной воды в области фокусировки, благодаря чему разрушается структура материала. Разрушение ткани приводит к характерной форме краев раны. В узко ограниченной области взаимодействия температура 100 °C превышается лишь тогда, когда достигнуто обезвоживание (испарительное охлаждение). Дальнейшее повышение температуры приводит к удалению материала путем обугливания или испарения ткани. Непосредственно в краевых зонах образуется из-за плохой в общем случае теплопроводности тонкое некротическое утолщение толщиной 3040 мкм. На расстоянии 300 600 мкм уже не образуется повреждение ткани. В зоне коагуляции кровеносные сосуды диаметром до 0,51 мм спонтанно закрываются.

2. Неодимовый лазер

Неодимовый лазер — это самый распространенный тип твердотельного лазера и в промышленности, и в медицине. Его активная среда — кристалл алюмоиттриевого граната, активированного ионами неодима Nd: YAG, — позволяет получить мощное излучение в ближнем ИК-диапазоне на длине волны 1,06 мкм практически в любом режиме работы с высоким КПД и с возможностью волоконного выхода излучения. Поэтому вслед за CO₂-лазерами в медицину пришли неодимовые как для целей хирургии, так и терапии.

Рис. 2.

Глубина проникновения такого излучения в биоткани равна 6 — 8 мм и довольно сильно зависит от ее типа. Это означает, что для достижения такого же режущего или испаряющего эффекта, как у CO₂-лазера, для неодимового требуется в несколько раз более высокая мощность излучения. А во-вторых, происходит значительное повреждение подлежащих и окружающих лазерную рану тканей, что отрицательно сказывается на послеоперационном ее заживлении, вызывая различные осложнения, типичные для ожоговой реакции — рубцевание, стеноз, стриктура и т. п.

Предпочтительная сфера хирургического применения неодимового лазера — это объемная и глубокая коагуляция в урологии, гинекологии, онкологические опухоли, внутренние кровотечения и т. п. как в открытых, так и в эндоскопических операциях.

Важно помнить, что излучение неодимового лазера невидимо и опасно для глаз даже в малых дозах рассеянного излучения.

Использование в неодимовом лазере специального нелинейного кристалла КТР (калий-титан-фосфат) позволяет удваивать частоту излучаемого лазером света. Получаемый таким образом КТР-лазер, излучающий в видимой зеленой области спектра на длине волны 532 нм, обладает способностью эффективно коагулировать кровенасыщенные ткани и используется в сосудистой и косметической хирургии.

3. Гольмиевый лазер

Кристалл алюмоиттриевого граната, активированный ионами гольмия, — Ho: YAG, способен генерировать лазерное излучение на длине волны 2,1 мкм, которое хорошо поглощается биотканью. Глубина его проникновения в биоткань составляет около 0,4 мм, т. е. сравнима с CO₂-лазером. Поэтому гольмиевый лазер обладает применительно к хирургии всеми преимуществами СО₂-лазера. Но двухмикронное излучение гольмиевого лазера в то же время хорошо проходит через кварцевое оптическое волокно, что позволяет использовать его для удобной доставки излучения к месту хирургического вмешательства. Это особенно важно, в частности, для проведения малоинвазивных эндоскопических операций.

Рис. 3.

Излучение гольмиевого лазера хорошо коагулирует сосуды размером до 0,5 мм, что вполне достаточно для большинства хирургических вмешательств. Двухмикронное излучение, к тому же, вполне безопасно для глаз.

Типичные выходные параметры гольмиевого лазера: средняя выходная мощность 5 — 100 Вт, максимальная энергия излучения — до 6 Дж, частота повторения импульсов — до 40 Гц, длительность импульса — около 500 мкс.

Сочетание физических параметров излучения гольмиевого лазера оказалось оптимальным для целей хирургии, что позволило ему найти многочисленные применения в самых различных областях медицины.

4. Диодный лазер

В настоящее время существует целая гамма диодных лазеров, имеющих широкий спектр длин волн от 0,6 до 3 мкм и параметров излучения. Основными достоинствами диодных лазеров являются высокий КПД (до 60%), миниатюрность и большой ресурс работы (более 10,000 часов).

Рис. 4.

Типичная выходная мощность одиночного диода редко превышает 1 Вт в непрерывном режиме, а энергия импульса — не более 1 — 5 мДж. Для получения мощности, достаточной для хирургии, одиночные диоды объединяют в наборы, состоящие от 10 до 100 элементов, расположенные в виде линейки, или к каждому диоду присоединяют тонкие волокна, которые собирают в жгут. Такие композитные лазеры позволяют получать 50 Вт и более непрерывного излучения на длине волны 810 — 960 нм, которые сегодня применяются в гинекологии, офтальмологии, косметологии и др.

Основной режим работы диодных лазеров — непрерывный, что ограничивает возможности их использования в лазерной хирургии. При попытках реализовать суперимпульсный режим работы чересчур длинные импульсы (порядка 0,1 с) на длинах волн генерации диодных лазеров в ближнем ИК-диапазоне рискуют вызвать чрезмерный нагрев и последующее ожоговое воспаление окружающих тканей.

5. Эрбиевый лазер

Эрбиевый (Er:YAG) лазер имеет длину волны излучения 2,94 мкм (средний ИК-диапазон). Режим работы — импульсный. Глубина проникновения в биоткань излучения эрбиевого лазера составляет не более 0,05 мм (50 мкм), т. е. его поглощение еще в 5 — 10 раз выше, чем у CO₂-лазера, и он оказывает исключительно поверхностное воздействие. Такие параметры практически не позволяют коагулировать биоткань.

Основные направления применения эрбиевого лазера в медицине: — микрошлифовка кожи, — перфорация кожи для взятия проб крови, — испарение твердых тканей зуба, — испарение поверхности роговицы глаза для исправления дальнозоркости.

Излучение эрбиевого лазера неопасно для глаз, как и у CO₂-лазера, и для него также нет надежного и дешевого волоконного инструмента.

Рис. 5.