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

В статье дан краткий обзор основных методов хирургии мягких тканей, используемых в стоматологии. Показано, что основной механизм рассечения и коагуляции мягких тканей диодными лазерами ближнего ИК - диапазона является «эффектом горячего лезвия», а не воздействием лазерного излучения на биоткань. Описан новый метод контактной хирургии (термооптическая хирургия), основанный на автоматическом контроле преобразования лазерной энергии в термооптическом наконечнике в тепловую энергию и полихроматическое оптическое излучение с длинами волн в диапазоне 1400−11000 нм, коэффициент абсорбции которого в мягкой ткани составляет 700−850 см-1, что близко к коэффициенту абсорбции для излучения углекислотного лазера с длиной волны 10600 нм (630 см-1). Описан механизм работы термооптической хирургии, включающий компьютерный контроль и поддержание заданной температуры термооптического наконечника в условиях изменения скорости разреза и свойств биоткани. Показано, что глубина разреза и коагуляции в термооптической хирургии слабо зависит от скорости проведения разреза и доставка лазерной мощности может быть автоматически прекращена при остановке наконечника в ткани для её защиты от термотравмы.

Введение

За последние несколько лет стоматология добилась значительных успехов. На протяжении этого периода, с совершенствованием клинического мышления, стоматологический инструментарий становился все более сложным. Однако в настоящее время профессиональные стоматологи продолжают работать с хирургическими инструментами, которые уже с трудом отвечают современным требованиям, связанным с усложнением клинических задач. В статье мы рассмотрим недостатки существующих хирургических инструментов для мягих тканей и дадим описание новой технологии, термооптической хирургии, разработанной авторами для минимально инвазивной бескровной хирургиимягких тканей, которая благодаря безопасности и простоте может быть использована практикующими стоматологами широкого профиля.

Эволюция хирургической техники

   История развития инструментов, применяемых в хирургической стоматологии, насчитывает сотни лет. В 1800-е годы начал применяться скальпель, в 1920-е – электрохирургические инструменты, в течение последних 25 лет – различные типы лазеров. Ниже перечислены основные инструменты, используемые в настоящее время:

Скальпель: Холодное лезвие позволяет производить разрез быстро и точно, однако при этом требуется химический и/или механический контроль кровотечения и наложение швов. Термическое воздействие и коагуляция отсутствуют.

Электрохирургические инструменты: Электротермическая технология позволяет быстро разрезать мягкие ткани, однако при этом образуется большая область термонекроза, что зачастую может быть причиной послеоперационных болей, непредсказуемой рецессии и/или неконтролируемого разрастания грануляционных тканей, образования грубых рубцов. Нельзя использовать вблизи металлических коронок или имплантатов.

   Диодный (GaAs) лазер: Точный контактный режущий инструмент, обеспечивающий гемостаз. Однако скорость проведения разреза очень низкая; возможно застревание, особенно в фиброзных соединительных тканях. Область коллатерального термотравмирования слабо прогнозируема. Хорошая прогнозируемость окончательных границ разреза.
   Углекислотный (CO2) лазер: Первый лазер, использованный в стоматологии.
Исторически – наиболее совершенный инструмент бесконтактного разреза мягких тканей, применяемый в хирургии полости рта, однако имеет большие размеры и высокую стоимость. Считается слишком громоздким оборудованием для проведения стандартных вспомогательных процедур на мягких тканях полости рта. При неправильном применении может оказать крайне разрушительное воздействие на структуру зубов и их корней. Бесконтактная хирургия требует прецизионного трёхмерного управления положением точки фокусировки лазерного луча на мягкой ткани, что усложняет технику хирургии и затрудняет обучение оператора, по сравнению с контактными методами.

   Эрбиевый (Er) лазер: Эффективный, но громоздкий и дорогой инструмент для проведения разреза на мягких тканях.
  При использовании, как правило, требуется химический и/или механический контроль кровотечения. Существующие эрбиевые лазеры представляют собой импульсные лазеры с низкой частотой следования импульсов, что ведёт к неровности краёв разреза. Воздействие лазерного излучения достаточной мощности на структуру зуба или его корня может привести к их повреждению или разрушению. 
   При выключенном распылении воды гемостатическое действие минимально. Как и в случае углекислотного лазера, бесконтактная хирургия требует прецизионного трёхмерного управления положением точки фокусировки лазерного луча на мягкой ткани, что усложняет технику хирургии и затрудняет обучение оператора.

Проблемы применения хирургических инструментов

   Таким образом, ни один из существующих инструментов не в состоянии удовлетворить все требования стоматолога с учётом полного спектра хирургических процедур и возрастающих требований пациентов. В сущности, оптимальный хирургический инструмент должен удовлетворять требованиям пациента в части безболезненности процедуры, и, в то же время, требованиям практикующего стоматолога в части эффективности и предсказуемости результата лечения.
 
Проблемы, с которыми сталкивается практикующий в хирургии мягких тканей стоматолог, включают:   
1. Обеспечение постоянного обзора операционного поля.
Кровотечение, возникающее в результате использовании скальпеля или других инструментов, затрудняет обзор операционного поля и ведёт к замедлению (либо прекращению) оперативного вмешательства до принятия соответствующих мер по его остановке. Данная проблема является основной для большинства стоматологов и, вероятно, одной из главных причин отказа пациентов от дальнейшего лечения, для которого необходимы более совершенные методы работы с мягкими тканями.
 
2. Обеспечение плавного беспрепятственного разреза с тактильной обратной связью
  С помощью скальпеля, как правило, несложно сделать разрез по заданной траектории. Однако некоторые инструменты, в том числе диодные лазеры, имеют известную проблему задержек и застреваний в тканях в процессе проведения разреза. Лазерный световод периодически теряет способность к разрезанию тканей и застревает в них.   Для решения данной проблемы необходима повышенная частота инициации световода. 
   Застревания инструмента вызывают дискомфорт и увеличивают продолжительность процедуры, а также, не будучи во время замеченными, могут стать причиной из лишнего теплового повреждения здоровых мягких тканей вследствие неоправданно завышенной продолжительности воздействия на них излучения лазера. 
   Некоторые лазерные устройства, в частности, углекислотные и эрбиевые лазеры, функционируют в бесконтактном режиме и не обеспечивают тактильную обратную связь с оператором – в этом случае стоматологу сложно «ощущать» процесс разреза мягких тканей. Это является основной проблемой применения данных лазеров в хирургии мягких тканей.

3. Контроль коллатерального термотравмирования.
   Любые хирургические инструменты с термическим компонентом, в частности, электрохирургические, в процессе осуществления разреза могут вызывать термотравмирование тканей. Данный эффект зависит от температуры режущего элемента и скорости, с которой режущий элемент перемещается в мягких тканях.
   Классические электрохирургические системы характеризуются высоким коллатеральным термотравмированием мягких тканей, а также вероятностью повреждения тканей и костной структуры в районе имплантата, при случайном прикосновении к нему. Диодные лазеры также могут быть причиной термотравмы мягких тканей, выраженность которой зависит от скорости перемещения режущего элемента.
  Обе описанные технологии в высокой степени зависят от хирургической техники и не обеспечивают удовлетворительного контроля коллатерального термотравмирования тканей.

4. Сокращение времени воздействия на мягкие ткани
   При использовании стандартных диодных лазеров, при фиксированной мощности, выраженность коллатерального термотравмирования тканей будет зависеть, в основном, от скорости проведения разреза. При снижении скорости разреза, вызванном застреванием или зацепом режущего элемента, глубина коллатерального травмирования тканей может превысить 1 мм. 
  Требования гемостаза ограничивают глубину травмирования величиной 200−500 мкм, поэтому коагуляция на глубине 1 мм и более является избыточной. Расширенное термотравмирование тканей может оказать отрицательное влияние на результат лечения в целом, на послеоперационную фазу и на эстетический аспект.

Последствия для пациента могут быть аналогичны ожогу кожного покрова 3-ей степени:
1) обширный некроз мягких тканей;
2) продолжительный восстановительный период;
3)  формирование рубцов,
4)неконтролируемая рецессия мягких тканей. Поэтому контроль коллатерального термотравмирования крайне важен в аспекте повышения качества лечения и снижения риска осложнений.

5. Защита чувствительных структур от перегрева
  При использовании диодных и прочих лазеров, излучающих в диапазоне 800−1100 нм, важной задачей является удаление мягких тканей, расположенных в непосредственной близости от зубов или имплантатов. Излучение с указанной длиной волны может проникать сквозь мягкие ткани и сильно нагревать имплантаты, тепло от которых будет передаваться окружающим мягким и костным тканям. Поэтому, например, не рекомендуется применять однополюсные электрохирургические инструменты вблизи металлических объектов (в частности, имплантатов).

6. Обеспечение гемостаза и закрытия разрезов
Применение «холодных» режущих инструментов (скальпеля) подразумевает использование химических и механических методов остановки кровотечения и закрытия кровеносных сосудов. Для закрытия полученных разрезов, ускорения их заживления и предотвращения проникновения инфекции может потребоваться, например, наложение швов. 
   Хирургические инструменты термического действия (электрохирургические инструменты, диодные и углекислотные лазеры) при глубине разреза более 200 мкм осуществляют коагуляцию тканей – таким образом, закрываются кровеносные и лимфатические сосуды и предотвращается инфицирование разреза. 
   Исключение представляет эрбиевый лазер, который не обеспечивает должной коагуляции кровеносных сосудов, т.к. глубина коагуляции составляет менее 10 мкм. В данном случае необходимо применение дополнительных методов обеспечения гемостаза.

7. Предупреждение операционного и послеоперационного дискомфорта, связанного с технологией
хирургического вмешательства   

   Для различных хирургических технологий и процедур существуют различные требования к обезболиванию. По причине избыточного термического воздействия на мягкие ткани список наиболее болезненных технологий возглавляет электрохирургия. Выделяющийся дым и запах горящих мягких тканей также оказывают на пациентов негативное психологическое воздействие и могут усилить болевые ощущения. 
   В послеоперационной фазе также может ощущаться существенный дискомфорт, связанный со значительными повреждениями мягких тканей. В связи со слабой прогнозируемостью результата некоторые процедуры могут повлечь за собой необходимость принятия корректирующих мер. 
   Использование диодных лазеров снижает болевые ощущения в процессе операции и дискомфорт в послеоперационной фазе, однако при значительном повреждении мягких тканей могут возникнуть проблемы, аналогичные указанным выше. 
   Операция с применением скальпеля умеренно болезненна, однако послеоперационная фаза дискомфортна в связи с наложением швов и необходимостью повторного визита к врачу для их снятия. Данная технология не пользуется популярностью у пациентов, поскольку увеличивает продолжительность пребывания в кресле. 

Продолжение статьи читайте в следующих частях - II, III. 

Авторы: Альтшулер Григорий Борисович, д.т.н., научный консультант Dental Photonics Inc. (США), Беликов Андрей Вячеславович, доцент, к.ф.-м.н., Санкт Петербургский Национальный исследовательский университет информационных технологии, механики и оптики (Россия), Скрипник Алексей Владимирович, доцент, к.ф.-м.н., Санкт Петербургский Национальный исследовательский университет информационных технологии, механики и оптики (Россия), Фельдштейн Феликс, к.ф.-м.н., вице-президент Dental Photonics Inc. (США)  

Источник: Инновационная стоматология 2012/1

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