ЛЕКЦИЯ 01 (Электронные лекции), страница 2

В области «мягкого» ультрафиолета (UV-A) взаимодействие лазерного излучения с биотканями характеризуется высоким поглощением гемоглобином крови. Поэтому глубина проникновения излучения в кровенаполненные ткани весьма мала, что в случае хирургических применений дает возможность производить прецизионные разрезы с минимальным повреждением окружающих тканей (подробнее см. ниже). Область UV-A характеризуется еще и тем, что излучение этого диапазона, в отличие от UV-B и тем более UV-C относительно слабо поглощается прозрачными средами и может передаваться через кварцевые световоды с приемлемыми потерями. Поэтому лазеры, излучающие в «мягком» ультрафиолете, имеют богатые перспективы в плане медицинских применений, хотя их выбор, к сожалению, на сегодня не отличается широтой.

Лазеры видимого (VIS) диапазона обладают серьезным преимуществом над прочими с той точки зрения, что допускают непосредственный визуальный контроль. Вместе с тем, поскольку в пределах VIS-диапазона прозрачность кровенаполненных тканей сильно меняется, возможно как хирургическое для сине-зеленой, так и терапевтическое для красной областей применение.

Ближний ИК (IR-A) диапазон характеризуется наибольшей «прозрачностью» тканей (в районе 0,8 … 0,9 мкм). Глубина проникновения излучения в мягкие ткани здесь измеряется сантиметрами, а световоды, как кварцевые, так и стеклянные, обладают в этом диапазоне минимальными потерями, так что во внутренние полости организма можно передавать значительные мощности (до 250 Вт). Если необходимо использовать лазеры для терапии или остановки кровотечений, то этот диапазон, безусловно, наиболее благоприятен. Вместе с тем он наименее удобен для хирургии (рассечения и перфорирования тканей), поскольку воздействию подвергается слишком большой объём ткани и, соответственно, для его разогрева и деструкции требуется гораздо бóльшая энергия, чем в остальных спектральных областях. Однако и в ближнем ИК-диапазоне, учитывая наличие локального пика поглощения водой в области 0,976 мкм (см. выше), возможно успешное применение лазеров для хирургии и силовой терапии.

В среднем ИК (IR-B) диапазоне резко возрастает поглощение водой и падает прозрачность световодов. В этом смысле обнаруживается определенное сходство с UV-A диапазоном, с той разницей, что за поглощение биотканями в ответе не гемоглобин, а вода. Диапазон весьма перспективен с точки зрения прецизионных хирургических применений и перфорации тканей при воздействии коротких импульсов. Основная проблема на сегодня здесь связана с передачей излучения через световоды с малыми потерями.

IR-C диапазон интересен прежде всего тем, что в этой области излучает СО₂-лазер ( = 10600 нм). В силу ряда преимуществ СО₂-лазера (см. ниже) и сильного поглощения излучения этого диапазона внутритканевой водой установки на базе СО₂-лазеров являются хорошо освоенными на практике «лазерными скальпелями», пригодными для широкого круга хирургических вмешательств.

Р
езультаты хирургического воздействия лазерного излучения на биоткани могут быть достаточно просто оценены визуально и традиционными гистологическими исследованиями. Активное участие в создании и внедрении лазерных хирургических методик приняли многие видные деятели отечественной медицины (А.А. Вишневский, А.И. Головня, А.А. Арапов, Е.И. Брехов и многие другие). Но особенно следует выделить члена-корреспондента РАМН О.К. Скобелкина. Будучи уже сложившимся ученым и хирургом, он целиком посвятил свою деятельность разработке, совершенствованию и внедрению лазерных методик в здравоохранение. Начав с создания лаборатории лазерной хирургии ЦНИЛ Минздрава СССР, он создал и возглавил Институт лазерной хирургии, который был преобразован в Государственный научный центр лазерной медицины Минздрава России, ныне носящий его имя.

Наиболее распространенной из лазерных медицинских технологий является низкоинтенсивная лазерная терапия (НИЛТ). В качестве синонима НИЛТ часто употребляется термин лазерная биостимуляция. Уровень мощности излучения при таких воздействиях находится много ниже уровня нанесения физических изменений (гипертермия, коагуляция, удаление ткани) в биотканях. Однако воздействие лазерного излучения через различные механизмы оказывает системное воздействие на человеческий организм, с которым может быть связан выраженный лечебный эффект.

Интенсивные исследования в отечественной медицине в этом направлении ведутся более 40 лет. В его развитие значительным оказался вклад советских и российских ученых Н.Ф. Гамалея, Л.Я. Мазо, Г.М. Капустиной, И.М. Корочкина, О.К. Скобелкина, Г.И. Клебанова, Т.И. Кару, В.И. Козлова, и других. Особенно следует отметить А.К. Полонского с сотр., показавших в середине 70-х эффективность сочетанного воздействия лазерного излучения и магнитного поля, и положивших начало использованию магнито-лазерной терапии, при которой сочетанное воздействие магнитного поля и лазерного излучения усиливают терапевтический эффект.

В течение долгого времени НИЛТ не признавалась страховой медициной ведущих развитых стран (за исключением Израиля и Японии). Это можно объяснить как недостаточной изученностью механизмов НИЛТ, так и блокированием процесса признания лоббистами фармакологических компаний, которые не без основания видят в этих методиках серьезную конкуренцию фармакологическим методам лечения и опасность снижения своих прибылей. К настоящему времени накоплен большой клинический опыт использования НИЛТ, и это несмотря на то, что механизмы, лежащие в основе его действия пока далеко не изучены. На рубеже столетий произошел прорыв: американская FDA допустила низкоинтенсивную лазерную терапевтическую аппаратуру для использования в клинической практике. Одновременно резко активизировались научные исследования, направленные на определение механизмов НИЛТ.

В аппаратах для НИЛТ используются сравнительно дешевые лазеры с малой мощностью излучения. Не удивительно, что такая аппаратура с близкими характеристиками выпускалась и выпускается большим числом предприятий, в том числе в России. Значительная ее часть получила разрешение МЗ России на клинические применения.

В отличие от НИЛТ, результатом высокоинтенсивной, или силовой лазерной терапии являются хорошо регистрируемые обратимые или необратимые изменения, происходящие в организме, которые не оставляют характерные для хирургических воздействий деструктивные последствия в виде разрезов, коагулированной или удаленной ткани. К таким воздействиям относятся наблюдаемые при нагреве лазерным излучением обратимая потеря упругости хрящевых тканей, или гибель патологических (в частности, онкологических) тканей. К этой же области может быть отнесена фотодинамическая терапия – ФДТ, при которой за счет воздействия лазерного излучения на введенный в организм фотосенсибилизатор происходит генерация цитотоксических веществ (например синглетного кислорода), в количествах достаточных для лечебного воздействия на очаг патологии.

Прогресс в лазерных медицинских методиках неразрывно связан с совершенствованием техники, необходимой для их реализации.

П
о времени разработку и производство медицинской лазерной техники в нашей стране можно разбить на два периода. До начала 90-х годов эта аппаратура разрабатывалась на крупных промышленных предприятиях, в первую очередь, Научно-производственном объединении «Полюс». Здесь уместно упомянуть создателя и первого Генерального директора НПО «Полюс» профессора М.Ф. Стельмаха, внесшего значительный вклад в становлении лазерной отрасли промышленности в СССР, и, в частности, в организацию разработок и производства лазерной медицинской аппаратуры.

По его инициативе в НПО «Полюс» было создано первое в СССР подразделение, начавшее разработку лазерной медицинской аппаратуры. Объединение активно участвовало в разработке в содружестве с врачами лазерных медицинских технологий.

В начале 70-х в рамках комплексной долгосрочной программы были разработаны и освоены в серийном производстве под руководством А.И. Ларюшина на Ульяновском радиоламповом заводе (УРЛЗ) НПО «Полюс» первые отечественные лазерные скальпели «Скальпель-1», «Ромашка-1» и «Ромашка-2», до сих пор работающие в клиниках России и стран СНГ. Лазерные хирургические аппараты разрабатывались и выпускались ГНПП «Исток» (Фрязино), ЛОМО (Ленинград), БелОМО (Минск) в Беларуссии, налажен выпуск офтальмологических лазерных аппаратов на УРЛЗ и Загорском оптико-механическом заводе (Загорск).

Несколько короче перечень выпускавшейся диагностической лазерной аппаратуры. В НПО «Астрофизика» был освоен выпуск лазерного анализатора капиллярного кровотока «ЛАКК-1», в НИИ радиооптики НПО «Вега» был освоен выпуск лазерный анализатор рефракции «ЛАР-1».

Наибольшее количество наименований лазерной аппаратуры было разработано для НИЛТ. В этом отметились большинство ранее перечисленных предприятий и многие другие отраслевые, академические и учебные институты, в том числе МГТУ (тогда МВТУ) им. Н.Э.Баумана.

Серьезным фактором, способствовавшим прогрессу лазерной медицинской аппаратуры и лазерных медицинских технологий, явилось тесное сотрудничество физиков, инженеров и врачей.

С появлением в начале 90-х экономических проблем в стране и распадом СССР централизованное финансирование направления практически прекратилось. Оказались свернутыми или замороженными разработки новых и выпуск серийных лазерных хирургических аппаратов на предприятиях электронной промышленности. Вместе с тем направление не умерло. С новыми разработками лазерных скальпелей и аппаратуры для силовой лазерной терапии на рынке появились предприятия, ранее известные как производители обычного вооружения: тульские КБ приборостроения и «Туламашзавод», московский Федеральный научно-производственный центр «Прибор».

Ситуация объясняется достаточно просто. С одной стороны, электронная промышленность России была брошена на грань выживания (а частью просто обанкрочена). С другой стороны, производители вооружений, получая некоторые средства от экспортных поставок, в связи с сокращением заказов на вооружение, искали перспективные направления для конверсии с учетом имеющегося квалифицированного кадрового состава.

Кроме этого, разработку и выпуск лазерной медицинской техники (в большей степени, простой, терапевтической, в меньшей степени хирургической) начали малые предприятия, организованные наиболее активными и квалифицированными разработчиками, ушедшими из государственных предприятий оборонного комплекса. С одной стороны — поставленные в жесткие условия рынка, с другой — имеющие научно-технический задел, не связанные громоздким административным аппаратом и получившие возможность использования современной импортной элементной базы, эти предприятия наладили выпуск вполне современной аппаратуры, не уступающей зарубежным образцам. Более того, именно благодаря негосударственным предприятиям Россия сохранила свои позиции в разработке медицинских лазеров, как традиционных с ламповой накачкой (ООО «Лаген», ООО «Лагран», ООО «Лартель», ООО «Медоптотех»), так и получивших быстрое развитие в эти годы полупроводниковых (предприятия «Алто», «Алком-Медика», НТО «ИРЭ-Полюс», «МИЛОН-Лазер», «Полупроводниковые приборы»), уступая государственным только в части аппаратов на основе СО₂-лазеров. Благодаря НТО «ИРЭ-Полюс» Россия стала мировым лидером в использовании, в том числе и для медицины, волоконных лазеров.

Следует отметить, что именно в эти годы достигнут значительный прогресс в увеличении надежности и уровня выходной мощности полупроводниковых лазеров (лазерных диодов) при снижении их себестоимости. Немного позднее появились лазеры на активированном волокне, способные генерировать излучение мощностью в единицы, а затем десятки и сотни Ватт.

Все это позволило создавать на основе полупроводниковых и волоконных лазеров медицинские аппараты для хирургии и силовой терапии с прекрасными эксплуатационными характеристиками: малыми габаритами, весом (около 10 кг) и энергопотреблением (порядка 100 Вт). Поскольку диодные лазеры можно просто модулировать по питанию, с их помощью легко реализуются различные временные (непрерывный, импульсный и импульсно-периодический) режимы работы.

C появлением современных портативных аппаратов стало возможным, например, разместить в одной эндоскопической стойке несколько недорогих аппаратов, по-разному воздействующих на биоткани. Немаловажно, что благодаря высокой надежности и простоте управления такие аппараты не требуют высококвалифицированного инженерного обеспечения при работе. Аппараты на основе полупроводниковых и волоконных лазеров оказываются дешевле аналогов на основе твердотельных и газовых лазеров. К этому добавляется более низкая стоимость эксплуатации, обусловленная отсутствием периодических профилактических работ.

Появление таких аппаратов позволило создать условия для массового внедрения лазерных технологий в медицину. К сожалению, сочетание низкого уровня финансирования здравоохранения с неэффективной работой медицинской бюрократии не позволило использовать в полной мере существующие возможности. Дополнительным препятствием для внедрения высокоэффективных стационарозамещающих технологий являются действующие нормативы ОМС (обязательного медицинского страхования), по котором уменьшение койко-дней по сравнению с нормативными ведет к финансовым потерям для медицинского учреждения, то есть происходит своеобразное «антистимулирование».

Попутно заметим, что крайне неудачным является термин «лазерная медицина». Он столь же абсурден, как, например термин «скальпельная медицина». Его методический вред заключается в том, что он подталкивает врача к решению всех проблем пациента лазерными методами, тогда как термин «лазерные медицинские технологии» говорит о том, что лазер является, хоть и весьма эффективным, но одним из многих средств в арсенале врача. А врач, в свою очередь, должен в зависимости от стоящей перед ним лечебной задачи выбирать самое эффективное в каждом конкретном случае средство: обычный скальпель, лазерный, плазменный, ультразвуковой, электрокоагулятор и, т.п., либо обойтись вообще без хирургического вмешательства.

Необходимым условием успешного использования лазерных медицинских аппаратуры и технологий и, особенно, их разработки требует знаний физических процессов, происходящих в лазерах, технических особенностей различных типов лазеров, физических и физиологических процессов, происходящих при взаимодействии лазерного излучения с биообъектами. Основы этих знаний и призван заложить данный курс.

Рассмотрим некоторые характерные примеры эффективного использования современной лазерной медицинской аппаратуры.