медицина (в том числе крио

1.5 Применение лазеров в медицинской практике

1.5.1 Лазеры в терапии

Терапевты используют гелий-неоновые лазеры небольшой мощности, излучающие в видимой области электромагнитного спектра (λ=0,63 мкм). Одной из физиотерапевтических установок является лазерная установка УФЛ-1, предназначенная для лечения острых и хронических заболеваний че- люстно-лицевой области; может использоваться для лечения длительно не заживающих язв и ран, а также в травматологии, гинекологии, хирургии (послеоперационный период). Используется биологическая активность красного луча гелий-неонового лазера (мощность излучения 20 мВт, интенсивность излучения на поверхности объекта 50-150 мВт/см2).

Есть сведения о том, что указанными лазерами лечат заболевания вен (трофические язвы). Курс лечения состоит из 20-25 десятиминутных сеансов облучения трофической язвы маломощным гелий-неоновым лазером и заканчивается, как правило, полным ее заживлением. Подобный эффект наблюдается и при лечении лазером не заживающих травматических и послеожоговых ран. Отдаленные последствия лазерной терапии при трофических язвах и долго не заживающих ранах проверялись на большом количестве излеченных больных в сроки от двух до семи лет. В течение этих сроков у 97 % бывших больных язвы и раны больше не открывались и только у 3 % наблюдались рецидивы заболевания.

Считается, что эффект лечения в этих случаях достигается за счет стимуляции биологических процессов в человеческом организме. Механизм взаимодействия излучения гелий-неонового лазера с длиной волны 0,63 мкм

споверхностью тканей пока еще не вполне ясен.

Встатье «Модельный анализ основных биологических процессов в низкоинтенсивной лазерной терапии», опубликованный в журнале «Laser market» 01.1995 г., авторы Малов А. И. и Костюк М.Г. излагают свое видение по этому вопросу.

Они пишут: «Хорошо известно, что широкое применение низко интенсивной лазерной терапии (НЛТ) в медицине в настоящее время не имеет развитой системы представлений о взаимодействии электромагнитного поля с биологической тканью и любой положительный эффект в НЛТ имеет, как правило, характер в той или иной мере удачной эмпирической находки... «Безучастность» биоорганизма к облучению естественным светом связана с селективностью реакции сложной биомолекулы или клетки на воздействие света различных длин волн. Отсутствие биологического эффекта от естественного света связано с тем, что в этом излучении энергия, приходящаяся на частоту, на которую реагирует некоторая выделенная степень свободы молекулы слишком мала, чтобы создать существенную вероятность возбуждения именно той моды, с которой может быть связан запуск того или иного биологиче-

ского механизма, хотя, в целом, пространственная плотность энергии в естественном свете может быть значительной.

Лазерное излучение, попадая в живую ткань, проходит через сложную по структуре среду, имеющую квазижидкокристаллическое строение.

Предполагаем один из возможных механизмов взаимодействия лазерного излучения с биовеществом. Когерентное излучение попадая в биовещество изменяет свое пространственное распределение интенсивности за счет оптической анизотропии живой ткани.

При этом возникает явно выделенные в пространстве областикаустики, спекл - пятна - с высокой плотностью мощности лазерного излучения. Высокая плотность мощности излучения в этих областях, которые к тому же и согласованы по структуре с облучаемой тканью, обеспечивают возможность возникновения набора компонентов излучения с комбиниционными частотами за счет нелинейных эффектов: присущих живому веществу с квазижидкокристаллической структурой.

По меньшей мере, одна из комбинационных частот, если их возникает достаточно много, окажется соответствующей какому-либо колебательному состоянию биологической макромолекулы, что может обеспечить инициацию биологических процессов.

Поскольку биологический эффект в соответствии с описываемым механизмом обусловлен воздействием излучения с комбинационной частотой. которая, в свою очередь, определяется нелинейными характеристиками биоткани, то при этом нет критической зависимости от частоты падающего излучения. Важно лишь то, что возникающие комбинационные частоты имеют дискретный, а не непрерывный спектр.

Кратко можно сказать, что процесс взаимодействия лазерного излучения с живой тканью является самоорганизующимся: сама ткань меняет пространственные и частотные характеристики первоначального излучения, которые, в свою очередь, меняют оптические характеристики ткани за счет возбуждаемых биологических процессов.

В заключении следует отметить, что мы не разделяем оптимизма в будущем развитии НЛТ за счет многофункциональных аппаратов (даже в сочетании с компьютерами) при отсутствии общей концепции и моделей взаимодействия лазерного излучения с биовеществом. Имеющееся сейчас на отечественном рынке разнообразие лазерных терапевтических приборов существенно превосходит разумение рядового практического медработника, и предпочтение конкретному типу прибора отдается, как правило, только вследствие настырности продавца.»

Это представление о взаимодействии лазерного излучения с биовеществом не отвергает известные мнения в этой области. Представляет немалый интерес воздействие излучения маломощного лазера на биологически активные точки поверхности тела человека - светоукалывание (своеобразное иглоукалывание).

Светоукалыванием лечат различные заболевания нервной и

сосудистой системы, снимают боли при радикулите, регулируют кровяное давление и т.п. Лазер осваивает все новые и новые медицинские профессии. Лазер лечит мозг. Этому способствует активность видимого спектра излучения низкоинтенсивных гелий-неоновых лазеров. Лазерный луч, как оказалось, способен обезболивать, успокаивать и расслаблять мышцы, ускорять регенерацию тканей. Множество лекарств, обладающих аналогичными свойствами, назначают обычно больным, перенесшим черепно-мозговую травму, которая дает чрезвычайно пеструю, запутанную симптоматику. А луч лазера сочетает в себе действие всех необходимых препаратов. В этом убедились специалисты из ЦНИИ рефлексотерапии Минздрава СССР и НИИ нейрохирургии им. К Н. Бурденко АМН СССР.

Пациентов, перенесших черепно-мозговую травму, перед лечением лазером разделили на три группы. В первую вошли те, у кого неврологические и психопатологические симптомы обусловлены поражением правого полушария. Соответственно, у таких больных возникают нарушения координации движения и чувствительности с левой стороны тела, расторможенность поведения с неадекватным восприятием окружающего. У второй группы больных из-за поражения левого полушария возникают правосторонние нарушения. В психическом статусе преобладают черты тревожности и депрессии. У третьей группы наблюдались смешанные симптомы поражения обоих полушарий. Кроме того, все больные жаловались на головную боль, головокружение, слабость, сонливость, утомляемость, раздражительность. Врачи называют все это симптомами астенического состояния. Луч отечественного гелийнеонового лазера нацеливали на акупунктурные и активные двигательные точки на коже больных. Точки размечали в соответствии с классическим руководством, но учитывали и индивидуальные особенности пациентов. Время облучения каждой точки составляло не более 30 сек., а общая продолжительность воздействия - 4 мин. Курс лечения длился 12-15 дней. Помимо лазерного облучения, пациенты принимали лекарства, назначаемые при черепномозговой травме, а в контрольной группе - те же препараты, но без лазерной терапии.

Одновременное воздействие лазера и лекарств оказалось гораздо более эффективным, чем традиционный способ медикаментозной терапии. В первом случае удалось значительно облегчить состояние 81% больных, а в контрольной группе - лишь 19%. Лучше и быстрее всего лазер помогал в лечении астенического состояния: исчезла головная боль, сонливость и т.п., ослаблялись и симптомы поражения левого и правого полушарий, например, «правополушарные» больные стали критичнее относиться к своему состоянию, «левополушарные» - освободились от депрессии и тревоги. Механизмы терапевтического воздействия лазера на мозг еще предстоит исследовать, но уже можно считать доказанным, что появился новый действенный способ лечения одного из самых распространенных и весьма опасных поражений нервной системы - черепно-мозговой травмы.

1.5.2 Лазеры в онкологии

Исследования возможностей лечения лазерным лучом доброкачественных и злокачественных опухолей ведутся «Московским НИ онкологическим институтом им. П.А. Герцена», Ленинградским институтом онкологии им. Н. Н. Петрова и другими онкологическими центрами.

При этом используются лазеры разных типов: С02 лазер в непрерывном режиме излучения (λ = 10,6 мкм, мощность 100 Вт), гелий-неоновый лазер с непрерывном режимом излучения (λ = 0,63 мкм, мощность 30 мВт), гелий - кадмиевый лазер работающий в режиме непрерывного излучения (λ = 0,44 мкм, мощность 40 мВт), импульсный лазер на азоте (λ = 0,34 мкм, мощность импульса 1,5 кВт , средняя мощность излучения 10 мВт).

Разработаны и применяются три метода воздействия лазерного излучения на опухоли (доброкачественные и злокачественные):

а) Лазерное облучениеоблучение опухоли расфокусированным лазерным лучом, приводящее к гибели раковых клеток, к потере способности размножаться.

б) Лазерокоагуляция - разрушение опухоли умеренно сфокусированным лучом.

в) Лазерная хирургия - иссечение опухоли вместе с прилегающими тканями сфокусированным лазерным лучом. Разработаны лазерные установки:

«Яхрома» - мощность до 2,5 Вт на выходе световода при длине волны 6З0 нм, время экспозиции от 50 до 750 сек; импульсный с частотой повторения 104 имп./сек.; на 2-х лазерах - импульсный лазер на красителях и лазер на парах меди «ЛГИ-202». «Спектромед» -мощность 4 Вт при непрерывном режиме генерации, длина волны 620-690 нм, время экспозиции от 1 до 9999 сек при помощи устройства «Экспо»; на двух лазерах - непрерывный лазер на красителях «Аметист» и аргоновый лазер «Инверсия» для фотодинамической терапии злокачественных опухолей (современный метод выборочного воздействия на раковые клетки организма).

Метод основан на различии в поглощении излучения лазера клетками, отличающимися по своим параметрам. Врач вспрыскивает фотосенсибилизирующие (приобретение организмом специфической повышенной чувствительности к чужеродным веществам) лекарство в область скопления патологических клеток. Лазерное излучение, попадающее на ткани организма, селективно поглощается раковыми клетками, содержащими лекарство, разрушая их, что позволяет проводить уничтожение раковых клеток без нанесения вреда окружающей ткани.

Удается излечить рак кожи, слизистых оболочек, различных внутренних органов. Число больных, излеченных лазерным лучом, по некоторым сведениям исчисляются тысячами. И в этой области применения лазерных установок механизм воздействия на опухоль излучением (особенно излучения малой интенсивности) во многих отношениях еще не ясен. Установлено,

что одна и та же опухоль различно реагирует на излучение разных лазеров (излучение гелий-неонового и азотного лазеров ускоряет, а гелий - кадмиевого тормозит рост опухолей). Пока еще неясностей много. Стандартных методик по существу нет. Каждый больной - это новая загадка.

1.5.3 Лазеры в офтальмологи

Глаз больше других органов чувствителен к свету. Поэтому первые примеры использования лазеров в медицине относились именно к лечению глазных болезней, к офтальмологии.

Впервые в нашей стране в Одесском институте глазных болезней и тканевой терапии им. В. П. Филатова лазерное излучение было успешно использовано для лечения отслоения сетчатки. Для этих целей была создана лазерная медицинская установка - офтальмокоагулятор ОК (ОК-1и ОК-2) с твердотельным лазером на рубине (λ=0.69 мкм, t=1 мс, энергия в импульсе от 0,1 до 1.0 Дж, диаметр фокального пятна может быть сфокусирован до 100 мкм, частота – 10 имп./мин). Излучение этого лазера хорошо поглощается меланином, что приводит к выделению тепла, достаточного для коагуляции сетчатки глаза.

В начале 70-х годов академиком М. М. Красновым и его коллегами из 2-го Московского медицинского института были предприняты усилия для излечения глаукомы (возникает из-за нарушений оттока внутриглазной жидкости и, как следствие, повышения внутриглазного давления) при помощи лазера.

Лечение глаукомы проводилось соответствующими лазерными установками, созданными совместно с физиками.

Лазерная офтальмологическая установка «Ятаган» не имеет зарубежных аналогов.

Предназначена для проведения хирургических операций переднего отдела глаза.

Позволяет лечить глаукому и катаракту, не нарушая целостности наружных оболочек глаза.

В установке используется импульсный лазер на рубине. Энергия излучения, содержащаяся в серии из нескольких световых импульсов, составляет от 0.1 до 0.2 Дж. Длительность отдельного импульса от 5 до 70 нс., интервал между импульсами от 15до 20 мкс. Диаметр лазерного пятна от 0.3 до 0.5 мм. Лазерная установка «Ятаган 4» с длительностью импульса 10-7 с., с длиной волны излучения 1,08 мкм и диаметром пятна 50 мкм. При таком облучении глаза решающее значение приобретает не тепловое, а фотохимическое и даже механическое действие лазерного луча(возникновение ударной волны). Сущность метода заключается в том, что лазерный «выстрел» определенной мощности направляется в угол передней камеры глаза и образует микроскопический «канал» для оттока жидкости и тем самым восстанавливает дренажные свойства радужной оболочки, создав нормальный отток внутриглазной

жидкости. При этом луч лазера свободно проходит сквозь прозрачную роговицу и «взрывается» на поверхности радужной оболочки - там, где необходимо «пробить брешь». При этом происходит не прожигание, которое приводит к воспалительным процессам радужной оболочки и быстрой ликвидации протоки, а пробивание отверстия. Процедура занимает примерно от 10до 15 минут. Обычно пробивают 15-20 отверстий (протоков) для оттока внутриглазной жидкости.

Продолжительность действия одной лазер - гониопунктуры от 2 – З-х недель до 8 месяцев. После этого лазер - гониопунктура повторяется. Из первых 50 больных 46 удалось избавить от хирургического вмешательства. Несмотря на такие успехи, академик М. М. Краснов предостерегает, говоря, что из этих новых возможностей лечения глаукомы нельзя делать сенсацию и дезориентировать больных, т.к. есть случаи, когда ничто помочь пациенту не в состоянии.

Лазеры также начинают применять и для лечения диабетической ретинопатии -поражения сетчатки (по латыни «ретины») глаза, а также сосудистой оболочки в связи с сосудистыми и обменными нарушениями, возникающими у больных сахарным диабетом. В сетчатке развивается густая сеть кровеносных сосудов. Они образуют буквально клубки, легко рвутся, вызывая гибельные для глаза кровоизлияния.

Вэтом случае, используя, например, аргонный лазер с зеленым лучом, можно «закупорить» сосуды, приостановить их развитие, а следовательно, и предупредить слепоту.

На базе Ленинградской клиники глазных болезней Военномедицинской академии группа специалистов во главе с доктором медицинских наук профессором В. В .Волковым использовала свою методику лечения дистрофических заболеваний сетчатки и роговицы с помощью маломощного лазера ЛГ-75, работающего в непрерывном режиме. При этом лечении на сетчатку глаза действует излучение малой мощности, равной 25 мВт. Причем излучение рассеянное. Длительность одного сеанса облучения не превышает 10 мин. За 10-15 сеансов с интервалами между ними от одного до пяти дней врачи успешно излечивают кератит - воспаление роговицы и другие болезни воспалительного характера. Режимы лечения получены опытным путем.

ВМНТК «Микрохирургия глаза» под руководством академика Академии медицинских наук РФ и его генерального директора Федорова С. Н. ведутся также работы по применению лазеров при лечении глазных болезней.

Близорукость довольно распространенная болезнь глаз. Над проблемой коррекции близорукости (миопии) проводились и проводятся множество работ.

Так в 1983 г. американский офтальмолог С. Трокел высказал идею о возможности применения ультрафиолетового эксимерного лазера для коррекции близорукости. В нашей стране исследования в этом направлении проводились в Московском НИИ «Микрохирургия глаза» под руководством профессора С.Н. Федорова и А. Семенова,

В основе лазерной коррекции близорукости лежит изменение кривизны роговицы за счет строгого дозированного микронного испарения ее ткани. МНТК «Микрохирургия глаза» - первый в мире офтальмологический центр, где операции по исправлению близорукости с помощью лазера проводятся не

ввиде сенсации, а в плановом порядке вот уже восемь с лишим лет.

С1988 г. проведено 27 тыс. операций по коррекции близорукости. Оперировались больные с высокой степенью близорукости от минус 7 до 28 диоптрий, не переносивших контактной и полной очковой коррекции. В 89 % случаев удалось достигнуть стабилизации миопической болезни, высокого зрения и социальной реабилитации больных. Небольшая остаточная близорукость имела место у 11 % больных. Процент послеоперационных осложнений составил 1,8 %.

Для проведения подобных операций совместными усилиями МНТК «Микрохирургия глаза» и институтом общей физики под руководством академика А. М. Прохорова создана лазерная установка «Профиль 500» с уникальной оптической системой, не имеющих аналогов в мире. При воздействии на роговицу полностью исключается возможность ожога, поскольку нагрев ткани не превышает 4-8ºС.

Продолжительность операции 20-70 секунд в зависимости от степени близорукости.

Преимуществом является полностью бесконтактный способ коррекции.

Спомощью установки «Профиль 500» можно проводить операции по удалению поверхностного бельма роговицы.

С1993 г. «Профиль 500» успешно используется в Японии, в Токио и Осаке, в Иркутском межрегиональном лазерном центре.

ВМНТК «Микрохирургия глаза» превосходно проведена лазерная коррекция 1417 пациентам из 38 стран мира.

И еще, в 1995 г. в Институте общей физики РАН по инициативе специалистов МНТК «Микрохирургия глаза» (Москва) был проведен эксперимент по лазерной термокератопластике (термическое воздействие на роговую оболочку глаза при ее помутнении - лейкомах; для восстановления ее прозрачности и проникаемости для световых лучей; лейкома, бельмо, рубцовые изменения роговой оболочки глаза). В опыте использовали лазер с активным элементом, излучающим при криогенной (ниже 120 К) температуре, криогенная система которого состояла из одного модуля ПКА - 60. Длина волны его излучения около 2 мкм при непрерывном режиме излучения. На фирме MentorORC путем использования системы на основе лазерных диодов фирмы Opto Power, обеспечивающих мощность 5 Вт, усовершенствовано производство внутриглазных линз (JOL-intraoc ular lenses) для хирургического лечения катаракты. Каждая линза содержит мононитевидные петли, называемые осязательными, которые помещаются в центре линз после установки последних в глазу. Система используется непосредственно на рабочем месте и служит для присоединения этих петель к внутриглазным линзам. Ранее для таких целей использовалась большая ксеноновая дуговая напольная лампа. Новая система, раз-

мещаемая на стеллаже, имеет существенно меньшие размеры (12х12х5 дюймов) и меньшую цену при большей эффективности. Система потребляет мощность менее 120 Вт, в то время как установка на основе ксенонового лазера потребляет мощность 6 кВт. Система лазеров с генерацией в ближней ИК - области на длине волны 830 им передает излучение по оптическому волокну и имеет ширину линии излучения 2.5 им, в то время как высокомощная дуговая лампа отличается меньшей эффективностью. Излучение ее распределяется в интервалах длин волн от 700 им до 1,2 мкм, что приводит к значительным потерям энергии. Система на основе лазерных диодов обеспечивает три режима работы: режим одиночных импульсов, мультиимпульсный режим и режим непрерывной генерации. Оператор может программировать рабочие параметры: мощность (0,1... 5 Вт в режиме непрерывной генерации), длительность импульса (от 200 мкс до режима непрерывной генерации), частоту повторения - до 1 кГц. При помощи дисплея на жидких кристаллах, находящегося на фронтальной панели установки, пользователь может контролировать работу системы. Установка запускается ножной педалью, оставляя свободными руки оператора. Лазерный диод видимого диапазона излучения (670 им), коллинеарный пучку ИК излучения, обеспечивает пятно наведения. Созданная фирмой Mentor ORC система на основе лазерных диодов снабжена коллиматорными линзами и обеспечивает фокусировку пучка до пятна диаметром менее 400мкм. Таким образом достигается концентрация излучаемой энергии на цели, что исключает возможность разрушения линз под действием излучения. Установка включает также видеокамеру с микроскопом, обеспечивающим 100-кратное увеличение области цели.

Важными преимуществами новой системы перед системами на основе АИГ:Nd – лазеров являются: меньшие размеры, цена и эксплуатационные затраты. Самые дешевые системы на основе AИГ:Nd – лазеров обычно имеет цену от 40 тыс. до 80 тыс. долларов и могут нуждаться в стационарном источнике питания на 220 В; система на основе лазерных диодов стоит 12 тыс. долларов.

Для познания механизма воздействия слабых лазерных излучений на живые клетки организма и познания их природы взаимоотношений проводятся серьезные исследования. Но они пока только приоткрыли окно в неведомый мир лазерной терапии. Загадка таинственных явлений в живой клетки под действием квантов света еще далеко не разгадана. Что за информация закодирована в световом сигнале лазера?

Почему клетки изменяют свое поведение, реагируя на слабый лазерный

свет?

Эти вопросы еще ждут своего ответа.

1.5.4 Лазеры в хирургии

Обычный хирургический скальпель - режущий инструмент. Им только разрезают ткань. Лазерный же луч выполняет ту же задачу, но производит бескровный рез и одновременно уничтожает микрофлору в оперированной ране. При этом существенно сокращаются сроки регенерации тканей после операции. Высокая концентрация энергии (около 2,5 кВт/cм2) сфокусированного лазерного луча, взаимодействуя с тканью вызывает мгновенное вскипание и испарение жидкости, содержащейся в клетках и межклеточных пространствах. При этом органическая часть тканей сгорает, неорганическая - обугливается. Происходит рассечение ткани.

«Лазерный скальпель» нашел применение при заболеваниях органов пищеварения (O.K. Скобелкин), кожно-пластическои хирургии и при заболеваниях желчных путей (А. А. Вишневский), в кардиохирургии (А. Д. Арапов)

имногих других областях хирургии.

Вхирургии применяется СО2 лазеры, излучающие в невидимой инфракрасной области электромагнитного спектра, что накладывает определенные условия при хирургическом вмешательстве, особенно во внутренние органы человека. Из-за невидимости лазерного луча и сложности манипулирования им (рука хирурга не имеет обратной связи - не чувствует момент и глубину рассечения) используются зажимы и указки, обеспечивающие точность разреза.

Рис 1.19 Лазерные хирургические зажимы и принцип их работы

а- зажимы; б- принцип работы.

1 – верхняя бранша инструмента; 2 – прорезь в верхней бранше; 3 – паз для манипулятора лазерной установки; 4 – нижняя бранша инструмента.

Первые попытки применения лазера в хирургии удачными были не всегда, травмировались близлежащие органы, луч прожигал ткани. Кроме того, при неосторожном обращении лазерный луч мог оказаться опасным и для врача. Но несмотря на перечисленные трудности лазерная хирургия про-

грессировала. Так, в начале 70-х годов под руководством академика Б. Петровского, профессор Скобелкин, доктор Брехов и инженер А. Иванов приступили к созданию лазерного скальпеля - «Скальпель 1».

Лазерная хирургическая установка «Скальпель 1» применяется при операциях на органах желудочно-кишечного тракта, при остановке кровотечений из острых язв желудочно-кишечного тракта, при кожно - пластических операциях, при лечении гнойных ран, при гинекологических операциях. Использован СО2 лазер непрерывного излучения с мощностью на выходе из световода 20 Вт. диаметр лазерного пятна от 1 до 20 мкм.

Лазерные хирургические зажимы, (рисунок 1.19 «а»).

Рис 1.20 Момент рассечения стенки толстой кишки лазером

Принцип работы лазерных хирургических инструментов и момент рассечения стенки толстой кишки лазером показаны на рисунок 1.19 «б» и 1.20. Лазерные хирургические инструменты снабжены пазами, по которым хирургом перемещается указка, связанная с манипулятором установки. Манипулятор должен позволять хирургу плавно перемещать луч лазера в нужном направлении в пределах операционного поля (рисунок 1.20)

На рисунке 1.21 показан вид толстой кишки после рассечения лазером. Из рисунка видно, что операционное поле совершенно сухое.