В.П. Минаев. Аппараты на основе полупроводниковых и волоконных лазеров для хирургии и силовой терапии в различных областях медицины
Untitled Document
С конца 60-х до середины 90-х годов ХХ века были созданы лазерные технологии лечения различных заболеваний, и лазер стал привычным и эффективным инструментом для врачей крупных медицинских центров. Однако сложность лазерной медицинской техники, необходимость постоянного квалифицированного инженерного обслуживания, потребность использования специальных операционных, обусловленная громоздкостью оборудования и необходимости мощного питания, мешали широкому использованию лазерной техники для хирургии и силовой терапии в массовом здравоохранении.
В начале 90-х быстрый прогресс в увеличении надежности и уровня выходной мощности при снижении себестоимости полупроводниковых лазеров (лазерных диодов), обладающих более высокой по сравнению с лазерами на кристаллах и газах позволил создавать установки для хирургии на их основе. При этом существенно улучшились эксплуатационные характеристики лазерной медицинской аппаратуры: габариты, вес и энергопотребление, возросли надежность и ресурс работы, упростилось управление, они практически не требуют технического обслуживания.
Такое улучшение эксплуатационных характеристик лазерной медицинской аппаратуры создало условия для внедрения лазерной техники в массовое здравоохранение. Подчеркнем, что изменение ситуации качественное. Если раньше лазерная операционная организовывалась вокруг лазерной установки с ее мощным питанием и большими габаритами, требовал а инженерного обеспечения, то теперь лазерный скальпель становится одним из приборов, расположенных, например, на эндоскопической стойке и управляемого непосредственно врачом или его ассистентом.
Первым отечественным предприятием, осуществившим разработку подобного аппарата и получившим на нее разрешение МЗ РФ на применение, было ООО «МИЛОН Лазер» . Этот аппарат, офтальмологический фотокоагулятор ФЛОД-01 , положил начало разработкам на предприятии современной аппаратуры для хирургии и силовой терапии на основе полупроводниковых лазеров, представленных на сегодняшний день семейством аппаратов «ЛАХТА-МИЛОН» , включающим аппараты, работающие на 15 (!) различных рабочих длинах волн. В 2005г компания расширила номенклатуру выпускаемых аппаратов, заключив договор на право выпуска аппаратов ЛСП-«ИРЭ-Полюс» с НТО «ИРЭ-Полюс», свернувшим медицинское направление. Тем самым, в числе выпускаемых появились аппараты на основе волоконных лазерных модулей, производимых НТО «ИРЭ-Полюс», являющимся мировым лидером в области производства волоконных лазеров. На рис.1-3 представлены фотографии аппаратов, выпускаемых группой компаний «МИЛОН».
В обзоре рассматриваются лазерные аппараты для хирургии и силовой терапии, разработанные на основе полупроводниковых и волоконных лазерных модулей. Используемые в них технологии позволяют выполнять полупроводниковый лазерный модуль в виде интегрального волоконного устройства, внутри которого осуществляется суммирование мощностей отдельных диодов, при этом отпадает необходимость в юстировках и излучение соприкасается с окружающей средой только на выходе. Этим обуславливается низкая чувствительность к механическим и климатическим воздействиям. Кроме этого, используемые полупроводниковые лазеры отличают высокая надежность и большой ресурс работы. В высокоэффективных волоконных лазерах полупроводниковые лазерные модули используются для накачки лазеров на активированных волоконных световодах, которые в дополнение к перечисленным достоинствам позволяют реализовать дополнительные длины волн рабочего излучения и уменьшить допустимый диаметр рабочего волокна.
|
|
|
Рис.1. Офтальмокоагулятор ФЛОД-1 |
|
Рис.2. Аппарат "ЛАХТА-МИЛОН" |
| |
|
|
 |
|
 |
Рис.3. Одноволновый аппарат
ЛСП - "ИРЭ-Полюс" |
|
Рис.4. Двухволновый аппарат
ЛСП - "ИРЭ-Полюс" |
| |
|
|
Выпускаются и используются в здравоохранении лазерные аппараты (рис.1-3) с различными длинами волн излучения в диапазоне от 0,63 до 2,1 мкм (см. табл.1, 2). Такое излучение с малыми потерями передается по гибким кварцевым световодам. Некоторые модели аппаратов обеспечивают работу на двух длинах волн излучения с независимой регулировкой мощности. При этом в аппаратах семейства «ЛАХТА-МИЛОН» эти излучения выводятся через различные рабочие световоды, а в аппаратах семейства ЛСП независимо регулируемые рабочие излучения подаются по одному выходному световоду (рис.4). Все аппараты рекомендованы МинЗдравом России к применению в медицинской практике.
В таблице 1 представлены возможные длины волн и максимальные мощности излучения, возможные в семействе полупроводниковых аппаратов «ЛАХТА-МИЛОН» . Габариты аппаратов этого семейства 17х20х28 мм, масса 6,6 кг . Эти аппараты отличает расширенный дисплей, позволяющий запрограммировать и отобразить различные режимы работы. Все это обеспечивает максимально широкие возможности для разработчиков новых медицинских технологий.
Таблица 1
l , нм |
635 |
665 |
670 |
690 |
798 |
810 |
910 |
970 |
975 |
1060 |
1260 |
1300 |
1470 |
1530 |
1750 |
Р, Вт |
1,0 |
2,5 |
4,0 |
4,0 |
12,0 |
16,0 |
35,0 |
30,0 |
20,0 |
9,0 |
2,5 |
2,5 |
2,0 |
2,0 |
2,0 |
Основные характеристики аппаратов семейства ЛСП представлены в таблице 2. Аппараты этого семейства отличает упрощенный интерфейс с минимум органов регулирования, что упрощает работу врача при повседневной работе. Для контроля выходной мощности имеется встроенный измеритель мощности на дистальном конце волокна. В этих аппаратах в верхней крышке имеется ниша (рис.5) для укладки рабочего волокна, в которую выведен оптический разъем. Благодаря этому уменьшается вероятность случайной поломки световода, можно не отстыковывать световод при переноске аппарата.
Рис. 5. Ниша для укладки рабочего волоконного инструмента

Таблица 2
Основные технические характеристики медицинских аппаратов «ЛСП»
Длина волны, мкм |
0.97 |
1.56 |
1,06 |
1,9 |
0.97 и 1.56 |
Выходная мощность, Вт |
5;10(20;30) |
1,5(2.5;5;10) |
5;10 |
3 |
10 и 2,5 |
Режим работы |
Непрерывный, импульсный и импульсно-периодический |
Длительность импульсов и пауз, мс |
10…2000 |
Целеуказатель, мкм |
0.532 |
Диаметр волокна, мкм |
300(500)…600 |
Питание |
220В, 50Гц, 100(150)Вт |
Габариты, мм |
120х260х330 |
Вес, кг |
7(9) |
9 |
Ресурс диодов, тыс. час. |
>20 |
Полупроводниковые лазерные скальпели.
Из таблицы 1 видно, что наибольшие мощности излучения (уровня необходимых для осуществления хирургических манипуляций) в полупроводниковых аппаратах достигаются при длинах волн излучения в диапазоне 0,8…1 мкм. Наиболее популярны аппараты с длинами волн 0,81 и 0,97 мкм , различающимися по характеру поглощения в биотканях (рис. 6).
Длина волны 1,06 мкм давно применяется в медицине и благодаря высокой проникающей способности может быть успешно использована для силовой лазерной терапии различных заболеваний. Но если раньше это был громоздкий, чувствительный к перемещениям и требующий частого обслуживания лазер на АИГ- Nd , то теперь это недорогой, удобный, малогабаритный и надежный аппарат на основе волоконного лазера.
Приходящееся на локальные максимумы поглощения воды и цельной крови излучение лазерных диодов с длиной волны 0,97 мкм поглощается в слое биоткани порядка 1 мм , поэтому хорошо сочетает режущие и кровоостанавливающие свойства [2,3] и оказывается наиболее оптимальным при большинстве хирургических вмешательств. Режущий эффект близок к действию в 2-3 раза более мощного излучения с длинами волн 0,81 или 1,06 мкм и мало зависит от вида биоткани, при этом снижается риск повреждения лазерным излучением подлежащих органов. Следует отметить, что при использовании лазерного излучения по сравнению с электрокоагуляцией отсутствует выраженный коагуляционный струп, слабее выражен болевой синдром после операции.

Более глубоко проникающее излучение с длинами волн 0,81 и 1,06 мкм обладают худшими режущими свойствами, однако незаменимы в случаях, когда необходимо обеспечить глубокий или объемный прогрев биоткани. Такой прогрев лежит в основе щадящего метода лечения опухолей – лазерной интерстициальной термотерапии (ЛИТТ).

Все аппараты используются со сменными волоконными инструментами на основе кварц-кварцевого волокна (рис.7). Дистальный конец сменных волоконных инструментов может подвергаться многократной холодной стерилизации. Волоконные инструменты с разъемом, закрытым колпачком, могут подвергаться многократной холодной газовой стерилизации целиком.
В волоконных инструментах (за исключением используемых для длин волн 0,63-0,81 мкм и 1,06 мкм), используется волокно со светопроводящей сердцевиной, изготовленной из обезвоженного кварца, в противном случае оказываются заметны потери излучения, которое поглощается связанной в кварце водой.

Волоконный инструмент может подводиться к операционной зоне по инструментальному каналу эндоскопа, полую иглу или через наконечник ручного держателя (рис.8). Образующиеся при воздействии на ткань продукты сгорания при необходимости могут отсасываться из рабочей зоны с помощью хирургического отсоса через зазор между стенками инструментального канала или наконечника и волокном. На фотографиях виден специальный штуцер на держателе, предназначенный для присоединения шланга отсоса.
Воздействие на биоткани может осуществляться контактным или бесконтактным методом. При бесконтактном использовании лазерного скальпеля воздействие на биоткань осуществляется лазерным излучением. При использовании контактных методик зачищенный от защитных оболочек дистальный конец кварцевого световода вводится в соприкосновение с тканью. В месте соприкосновения с тканью на материал све |