СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ СВАРКИ И РЕЗКИ

Лазеры в медицине

Практическое использование лазеров в хирургии началось в СССР в 1966 г. в Институте хирургии им. А. В. Вишневского. Пер­вая серийная лазерная хирургическая установка «Скальпель-1» со­здана специально для таких целей. Внутри установки находится С02-лазер мощностью 20 Вт. Для проведения хирургических опе­раций лазер настраивают на волны в средней инфракрасной обла­сти спектра. Для подачи лазерного луча к целевой ткани была скон­струирована шарнирная система подачи, которая позволяет пол­ностью сохранить качество луча в отличие от оптико-волоконной системы, которая при работе с длинными волнами (в ИК-облас - ти спектра) обладает большим коэффициентом затухания, а сами оптические волокна изготовлены из ядовитых материалов. Излу­чение лазера поступает в шарнирный световод — систему полых раздвигающихся трубок, внутри которых свет распространяется, отражаясь от зеркал. По световоду, состоящему из нескольких зер­кал, лазерный луч через рукоятку подводится к операционному полю. Шарнирные соединения световода позволяют хирургу пе­ремещать рукоятку в трех измерениях, свободно поворачивая в разных направлениях и тем самым посылать лазерный луч в нуж­ное место. На конце выходной трубки установлена небольшая указ­ка, которая служит для наведения луча (сам луч невидим). Луч фокусируется в точке, которая находится на расстоянии 3...5 мм от конца указки, — это и есть лазерный хирургический скальпель. В фокусе лазерного луча концентрируется энергия, достаточная для того, чтобы быстро нагреть и испарить биологическую ткань. Перемещая лазерный скальпель, хирург рассекает ткань. Глубина разреза зависит от скорости резания и степени кровенаполнения ткани. В среднем она составляет 2... 3 мм. Часто рассекание тканей выполняют не в один, а в несколько приемов, т. е. производят послойное рассекание. В отличие от обычного скальпеля, лазер­ный скальпель не только рассекает ткани, но может сшивать края разреза, т. е. производить биологическую сварку.

Рассечение производят сфокусированным излучением, при этом хирург должен держать выходную трубку на таком расстоянии от ткани, чтобы точка, в которой фокусируется лазерный луч, ока­залась на поверхности ткани. При мощности излучения 20 Вт и диаметре сфокусированного светового пятна 1 мм достигают плот­ности мощности излучения 2,5 кВт/см2. Излучение проникает в ткань на глубину около 50 мкм. Объемная плотность мощности, идущая на нагрев биологической ткани, достигает 500 кВт/см3. Для биологических тканей это очень много. Происходит их быст­рое нагревание и испарение — эффект резки: ткани рассекаются лазерным лучом. Если же луч расфокусировать (для этого доста­точно несколько сместить конец выходной трубки от поверхности ткани) и снизить плотность мощности излучения до 25 Вт/см2, то ткань испаряться не будет. Происходит поверхностная коагуляция (от лат. coagulation — свертывание, сгущение) — эффект сварки биологической ткани. Сварка осуществляется за счет коагуляции жидкости, содержащейся в рассекаемых стенках оперируемого органа и специально выдавливаемой в промежуток между соеди­няемыми участками ткани. Лазерный луч делает относительно бес­кровный разрез, так как одновременно с рассечением ткани коа­гулируются края раны, «сшиваются» встречающиеся на пути раз­реза кровеносные сосуды. Однако сосуды должны быть некрупны­ми; крупные сосуды перекрываются зажимами. В силу своей про­зрачности лазерный луч позволяет хирургу хорошо видеть опери­руемый участок. Лезвие обычного скальпеля всегда в какой-то мере загораживает хирургу рабочее поле. Лазерный луч рассекает ткань, не оказывая на нее механического давления. В отличие от опера­ции обычным скальпелем хирург может не придерживать ткань рукой или инструментом. Лазерный скальпель обеспечивает абсо­лютную стерильность, так как с тканью взаимодействует только излучение. Луч лазера действует локально; испарение ткани про­исходит только в точке фокуса. Прилегающие ткани повреждают­ся значительно меньше, чем при использовании обычного скаль­пеля. Лазерным лучом производят ряд внутриполостных операций без вскрытия. Лазерное излучение представляется возможным пе­редавать по гибкому диэлектричесому волокну. Свет идет по тон­кому волокну, следуя всем его изгибам. Из таких волокон компо­нуют жгут, имеющий диаметр около 1 мм. Этот жгут может быть введен внутрь различных органов. Например, через пищевод и да­лее в желудок. Одни волокна в жгуте используют для того, чтобы осветить внутреннюю поверхность органа, другие — чтобы пере­дать изображение того или иного участка поверхности, третьи — чтобы направить на соответствующий участок достаточно мощное излучение. Подобные операции, когда не нужно производить вскрытие полости, являются операциями принципиально нового типа. Их успешно применяют для остановки кровотечений из язв в пищеварительном тракте за счет биологической сварки — коа­гуляции.

Современная специальная лазерная медицинская установка снаб­жена эндоскопом и гибким волоконным световодом диаметром

1,5 мм и длиной более 2 м; диаметр отдельных волокон составляет

5.. . 10 мкм. В установку входит лазер на аргоне, непрерывно гене­рирующий зелено-голубое излучение мощностью 7 Вт. Плотность мощности излучения на выходе эндоскопа достигает 250 Вт/см2. Эндоскоп оптически связан с видеокамерой, которая в сочетании с видеомагнитофоном и телевизионной системой обеспечивает запись и воспроизведение внутренней полости органа.

"В офтальмологии интенсивно развивается лазерная микрохи­рургия глаза. Первые применения лазеров в офтальмологии были связаны с лечением отслоения сетчатки. Внутрь глаза через зрачок посылаются импульсы от лазера на рубине (энергия импульса — примерно 0,1 Дж, длительность — 0,1 с). Фокусируя излучение на отслоившиеся участки сетчатки, производят сварку сетчатки с глазным дном за счет коагуляции. Среди других заболеваний, в лечении которых используют лазер, можно выделить глаукому, катаракту, диабетическую ретинопатию, опухоль сосудистой обо­лочки. Пространство между хрусталиком и роговицей глаза запол­няет внутриглазная жидкость. Жидкость омывает переднюю часть хрусталика и выводится из глаза через дренажную систему радуж­ной оболочки. Если дренажная система радужной оболочки нару­шается, то происходит задержка и накопление внутриглазной жидкости, возрастает ее давление, появляются острые боли — развивается глаукома. Заболевание приводит к ухудшению зрения и слепоте. Другое серьезное заболевание — катаракта, которое проявляется в помутнении и потере прозрачности хрусталика вслед­ствие нарушения питания глазных тканей, травм глаза и других причин. Традиционные хирургические методы лечения глаукомы очень сложны, сильно травмируют глаз и требуют длительной гос­питализации больного.

После появления лазера возникло новое направление в лече­нии глаукомы лазерным лучом, с помощью которого прожигают протоки в радужной оболочке и восстанавливают ее дренажные свойства. Однако прожигание радужной оболочки может вызвать воспалительные процессы, которые снова перекрывают сделан­ные протоки. Дальнейшее развитие инженерно-технической мыс­ли привело к созданию новейших методов операционных техно­логий: не прожигать, а пробивать протоки в радужной оболочке глаза. Иначе говоря, импульсы лазерного излучения должны ока­зывать на оболочку не тепловое, а механическое воздействие за счет образования ударной волны. Для этого необходимо использо­вать чрезвычайно короткий лазерный импульс. Его длительность должна быть порядка 10-7с. Воздействие такого импульса на глаз­ные ткани дает минимальные коагуляционные и воспалительные эффекты. Для лечения глаукомы и катаракты в СССР была созда­на лазерная установка «Ятаган», в которой используется импульс­ный лазер на рубине. Энергия излучения, содержащаяся в серии из нескольких импульсов, составляет примерно 0,1 Дж, длитель­ность отдельного импульса — 5 -10-8 с, диаметр пятна лазерного луча — 0,3...0,5 мм. Лазер значительно упростил операцию по из­лечению глаукомы. Операция занимает 10... 15 мин и проводится амбулаторно.