Термооптическая хирургия: новый минимально инвазивный метод контактной хирургии мягких тканей Часть - II

Бесконтактная хирургия: углекислотные и эрбиевые лазеры На рис. 1 показан спектр поглощения основного хромофора микозы − воды. Углекислотные (10600 нм) и эрбиевые лазерные (2900 нм) системы характеризуются очень высоким коэффициентом поглощения их излучения мягкими тканями, которые содержат примерно 75% воды. Коэффициент поглощения микозы составляет примерно 9000 см-1 для эрбиевого и 630 см-1 для углекислотного лазеров (рис. 1)

   Лазерное излучение взаимодействует непосредственно с мягкими тканями полости рта, создавая режущий эффект. Прямое поглощение лазерного излучения мягкими тканями полости рта означает также, что лазерный пучок локализован в тонком поверхностном слое ткани (2 – 15 мкм) – при этом не так сильно нагреваются окружающие ткани и лазерное излучение не проникает в более глубокие слои тканей. Разрезы, сделанные такими лазерами, характеризуются чистотой и, в зависимости от режима проведения разреза, незначительной глубиной зоны коагуляции вокруг разреза (от 5 до 200 мкм).  
  В связи с тем, что определённым длинам волн лазерного излучения (> 2700 нм) свойственны проблемы прохождения по стандартным световодам из кварцевого стекла, для использования углекислотных и эрбиевых лазеров в клинических условиях необходимы дорогостоящие и сложные световодные системы. Для точечной фокусировки лазерного пучка на разрезаемых мягких тканях наконечники необходимо удерживать на прецизионно фиксированном расстоянии от операционного поля (подобно тому, как фокусируют солнечный свет с помощью линзы).    В этом состоит недостаток бесконтактной технологии – для многих стоматологов процесс выглядит очень сложным. Отсутствие тактильной обратной связи означает, что операционное поле, глубина и ширина разреза определяются только визуально, что затрудняет процесс обучения новой технике. 

Контактная хирургия

   В большинстве технологий контактной хирургии мягких тканей (кроме скальпеля) для формирования разреза используется та или иная форма тепловой энергии. В электрохирургических инструментах для генерирования тепла и формирования разреза используется электрический ток, в других типах электрохирургических инструментов – радиочастотное излучение. Скальпели и электрохирургические инструменты уже рассматривались в рамках данного документа.
Лазеры с излучением в ближней ИК-области спектра: диодные лазеры

   Для лазеров с излучением в ближней ИК-области спектра – таких, как диодные лазеры или неодимовый лазер на алюмо-иттриевом гранате с длинами волн в диапазоне 800-1100 нм – для передачи излучения от источника к мягким тканям используется кварцевое волокно. Стенки волокна имеют покрытие, которое удерживает излучение внутри волокна. Излучение, последовательно отражаясь от стенок, достигает дальнего конца волокна (или торцовой части); если торец правильно обработан и не загрязнён, лазерное излучение беспрепятственно покидает волокно и проникает в мягкие ткани.  
   Если ткани хорошо поглощают данное излучение, то значительная его часть будет абсорбирована верхним слоем тканей, что в результате приведёт к его разрушению – т.е. к разрезу. Если же ткани слабо поглощают излучение данного лазера (например, как в случае мягких тканей ротовой полости и неодимового лазера на алюмо−иттриевом гранате), излучение будет проникать в более глубокие слои тканей. Это может привести к нагреванию значительных областей мягких тканей и травмированию чувствительных структур и органов, находящихся под ними. 

Перечислим недостатки диодных лазеров, ограничивающие их применимость в качестве хирургического инструмента: 

1. Низкая абсорбция мягкими тканями ротовой полости излучения соответствующих длин волн.

   На рис. 2а приведены спектры поглощения воды и элементов крови в ближней ИК−области спектра. 
На рис. 2б приведены спектры поглощения микозы (70% воды и 5% крови). Как видно из рис. 2, коэффициент поглощения излучения диодных лазеров мягкими тканями весьма низок, поэтому они крайне неэффективны в качестве режущего инструмента в случаях, когда процесс разреза мягких тканей основан исключительно на поглощении лазерного излучения. 
   В таблице 1 приведены рассчитанные нами глубина коагуляции и минимальная мощность лазера необходимая для разреза ткани со скоростью 5 мм/c. Как видно из таблицы коэффициент поглощения излучения диодных лазеров мягкими тканями лежит в диапазоне 0.2−0.65 см-1, а мощность, необходимая для проведения разреза на мягких тканях, превышает 25 Вт, что значительно больше, чем мощность стандартных стоматологических диодных лазеров. 

2.  В основе режущего эффекта стандартного диодного лазера лежит действие тепловой, а не оптической энергии

  Диодные лазеры демонстрируют явление, называемое «эффектом горячего лезвия». Когда не активированный рабочий торец световодного волокна контактирует с мягкими тканями и включается лазер, излучение проникает в мягкие ткани. В точке соприкосновения периферического торца волокна с поверхностью мягких тканей белок медленно разлагается и обугливается (чернеет). Почерневшие продукты разрушения белка прилипают к торцу световодного волокна и усилен, но поглощают энергию излучения, вследствие чего конец волокна разогревается до температуры в несколько сотен градусов. 
   Когда такое раскалённое волокно прикасается к мягким тканям, за счёт высокой температуры происходит разрез и коагуляция тканей. Однако данный режущий эффект непродолжителен, поскольку при движении волокна в мягких тканях чёрный налёт стирается. Это ведёт к флюктуации разреза и коагуляции тканей. 
   Если абсорбция излучения лазера незначительна или отсутствует, излучение проникает в глубину мягких тканей и вызывает как их перегрев, так и перегрев соседних чувствительных структур и органов. При этом если мощность диодного лазера составляет 1−7 Вт, этого просто недостаточно для разреза мягких тканей посредством светового излучения (см. табл.1). Таким образом режущий эффект стандартных диодных лазеров представляет собой исключительно «эффект горячего лезвия».

3. Значительные флюктуации температуры рабочего органа диодных лазеров

  
   Производители диодных лазеров приняли во внимание описанный недостаток и в настоящее время предлагают активировать рабочий конец световодного волокна с помощью жжёной пробки или артикуляционной бумаги (бумаги для определения прикуса). В результате карбонизированная пробка или артикуляционной бумага, прилипшая к дистальному концу оптического волокна, поглощает свет (активация волокна) и это приводит разогреву дистального конца оптического волокна. Дистальный конец оптического волокна превращается в горячее лезвие, способное рассекать и коагулировать мягкую ткань даже при мощности лазера 1–7 Вт. 
   На рис. 3а показаны три различные реализации активации волокна с помощью пробки. Видно, что структура прилипшей карбонной пробки сильно отличается от случая к случаю. Поглощение, пропускание карбонизированного слоя и температура волокна также могут сильно меняться даже после непродолжительного излучения на воздухе.     Данные нестандартные технологии не гарантируют воспроизводимость и продолжительность сохранения активации – она не превышает нескольких секунд при проведении разреза на мягких тканях.  
  Разрез продолжается только за счёт постоянного обновления активации рабочего элемента продуктами разрушения белка. Это неизбежно вызывает сильные колебания температуры, нестабильность глубины разреза и зоны коагуляции тканей, что негативно сказывается на эффективности и качестве операции в целом.

4. Диодные лазеры – проблемы качества разреза (застревания, зацепы, термотравмы) 
  

   Проблемы непрогнозируемого качества разрезов являются основной причиной неудовлетворённости возможностями диодных лазеров в области хирургии мягких тканей, что оказывает очевидное отрицательное воздействие как на сам разрез, сопровождаемый застреванием и зацепами, так и на уровень коллатерального термотравмирования тканей (рис.3a). Даже опытный оператор не в состоянии предотвратить данный отрицательный эффект, поскольку его причина заложена в самой природе лазеров с излучением в ближней ИК−области спектра.  
   Производители диодных лазеров рекомендуют процедуры активации, ускоряющие проявление «эффекта горячего лезвия», однако не могут гарантировать полноценной активации или её достаточной устойчивости. При проведении разреза температура волокна может неконтролируемо достигать очень высоких значений, более чем 1500 °C, при которой происходит плавление и разрушение волокна, а также приваривание мягкой ткани к волокну (рис. 3б). Эти процессы могут приводить к застреваниям, зацепам и дополнительному травмированию биоткани.

Авторы:  Альтшулер Г.Б., Беликов А.В., Скрипник А.В., Фельдштейн Ф.А. 

Источник: Инновационная стоматология 2012/1

Академия инновационной стоматологии АИСт - http://academia-aist.ru/

Продолжение статьи читайте - Часть III