Воздействие на мягкие ткани

Действие этого механизма проявляется при воздействии ИК лазеров на мягкие водосодержащие ткани. Наиболее детальные исследования проведены для СО₂ лазера непрерывного действия.

Излучение СО₂ лазера интенсивно поглощается молекулами воды, содержащейся в ткани. Показатель поглощения в ней на 3 – 4 порядка выше, чем для Nd:YAG лазера. При таких условиях происходит очень быстрый разогрев воды в тонком приповерхностном слое, а от нее и неводных компонентов ткани. В результате происходит абляция – как стремительное взрывное испарение тканевой воды и извержение паров воды и вместе с ними фрагментов клеточных и тканевых структур. В процессе абляции происходит формирование абляционного кратера. Вместе с перегретым материалом из ткани удаляется бóльшая часть энергии. Вокруг кратера находится область нагретого материала довольно малой толщины. То, что эта толщина мала, определяется интенсивным выносом продуктов разрушения и малой глубиной проникновения излучения в материал.

Соответственно, толщина области с термическими повреждениями материала также мала, составляет величину порядка 50 – 100 мкм за пределами абляционного кратера.

Для исследования механизма воздействия излучения СО₂ лазера проводились эксперименты как на тканях, так и на органическом геле, содержащем более 90% воды, который был использован в качестве модели живой ткани. Исследования показали, что вдоль стенок абляционного кратера остается часть материала в виде расплава, причем этот слой служит источником тепла, которое передается вглубь материала. Толщина слоя расплава одинакова по всему контуру кратера. При увеличении плотности мощности излучения толщина слоя расплава уменьшается. Это объясняется тем, что с увеличением плотности мощности скорость выноса материала (то есть скорость роста кратера) растет быстрее, чем скорость распространения тепловой волны в материале. В соответствии с уменьшением толщины слоя расплава уменьшается ширина зоны термических повреждений биоткани. При увеличении плотности мощности излучения растет эффективность абляции – масса тканевого материала, извергаемого за единицу времени.

Таким образом, выбор плотности мощности лазерного излучения зависит от цели проводимой хирургической операции. Если необходимо уменьшить глубину области термических повреждений вокруг удаленной области, нужно работать с излучением повышенной плотности мощности. При этом одновременно повышается эффективность абляции (уменьшается время воздействия). Иногда наоборот, целью операции является увеличение масштаба термических повреждений ткани, например при местной коагуляции патологических образований, для остановки кровотечения, для противодействия распространению раковых клеток за пределы разреза. В этом случае плотность мощности излучения нужно понизить. Это можно осуществить, например, путем дефокусировки лазерного пучка.

Аналогично происходит воздействие на биоткань излучения импульсных лазеров, работающих в ИК диапазоне, в частности, лазеров на кристаллах с добавками ионов эрбия, гольмия, тулия. Длина волны излучения составляет 2 – 3 мкм. Длительность импульса излучения лежит в области миллисекундного, микросекундного или наносекундного диапазона.

Для этих лазеров характерны высокие значения показателя поглощения излучения в воде. Энергия излучения в импульсе достаточна для достижения высокой эффективности абляции и, следовательно, может обеспечивать небольшие термические повреждения за пределами абляционного кратера. Как и в случае СО₂ лазера, при использовании Er:YAG лазера вдоль стенок абляционного кратера образуется слой расплава.

При работе на биоткани с этими лазерами характер и масштаб тканевых изменений принципиально зависит от мощности импульсов и их длительности. Изменение длительности импульса (в экспериментах от 50 до 250 мкс) и соответствующее изменение мощности при одинаковом значении энергии одного импульса (4 мДж при облучении роговицы) ведет к изменению массы удаленных при абляции продуктов разрушения ткани. Наблюдались следующие закономерности:

– при минимальном значении мощности излучения и максимальном значении длительности воздействия глубина термонекроза резко возрастала, а масса продуктов разрушения была невелика,

– при максимальном значении мощности излучения и минимальном длительности воздействия – наоборот.

Однако интенсивная абляция при малой толщине зоны термических повреждений сопровождается обширными механическими повреждениями ткани, вызванными действием ударной волны. Оптимальным для клинического применения оказался промежуточный режим: 150 мкс. При этом неизбежные для этого типа лазера термические и механические повреждения выражены достаточно умеренно. Таким образом, выбор режима облучения является принципиально важным для результатов операции.

Практические применения лазеров среднего и дальнего ИК диапазона определяются областью манипуляций на мягких, сильно обводненных тканях, в том числе неокрашенных и слабоокрашенных. В соответствии с механизмом их действия, их рационально применять для всевозможных хирургических операций, требующих эффективной абляции при минимальном термическом повреждении, в частности:

– на мышечных тканях,

– на кожных покровах,

– на ткани мочевого пузыря,

– на тканях половых органов,

– при различных опухолях,

– на глазу.

При кровотечениях толщина слоя коагулированной ткани может оказаться недостаточной для надежного гемостаза. Для решения этой проблемы рекомендуется следующее:

– обработка кровоточащего источника расфокусированным лучом,

– для импульсных лазеров – повысить частоту следования импульсов до значений, обеспечивающих аккумуляцию тепла между ними, достаточную для достижения требуемого эффекта.

– использование комбинированного инструмента, в котором облучение проводится одновременно нацеленными на ткань пучками излучения СО₂ и Nd:YAG лазеров, при этом СО₂ лазер работает как эффективный скальпель, Nd:YAG лазер обеспечивает гемостаз.