7.4. Скальпель, использующий энергию низкотемпературной плазмы
Для получения относительно низкотемпературной плазмы необходимы:
– вольфрамовая игла длиной 5 мм и диаметром 0,3 мм;
– высокочастотные электрические колебания.
В результате большой напряженности электростатического поля на кончике иглы создаются условия, достаточные для ионизации молекул воздуха и получения низкотемпературной плазмы в объеме около 1 мм3.
Под действием низкотемпературной плазмы происходит разрушение межклеточных соединений без нарушения жизнеспособности самих клеток.
Данный способ может быть использован для удаления труднодоступных опухолей.
7.5. Скальпель‑коагулятор‑стимулятор воздушно‑плазменный
Для испарения нежизнеспособных тканей, ограниченного рассечения мягких тканей, коагуляции и стерилизации раневых поверхностей может быть использован скальпель‑коагулятор‑стимулятор воздушно‑плазменный.
Для получения хирургического эффекта используется «воздушная плазма». Это высокоскоростной поток газа температурой до 40 °C, содержащий монооксид азота.
Аппарат работает со сменными манипуляторами, обеспечивающими режимы коагуляции, присоединения к пункционным иглам, эндоскопам.
К преимуществам способа относятся:
– надежность и простота;
– мобильность и автономность;
– использование атмосферного воздуха для получения плазмы.
8. Лазерный скальпель
Лазерная хирургия является динамически развивающейся отраслью знаний. Этот раздел хирургии базируется:
– на постоянно совершенствующихся фундаментальных научных представлениях о физической сути явления;
– на всестороннем развитии прикладных аспектов применительно к эндоскопическим оперативным вмешательствам, а также хирургическим действиям, выполняемым с помощью открытого доступа;
– на систематическом появлении новых конструкций устройств для доставки лазерного излучения к объекту оперативного вмешательства;
– на разработке прогрессивных технологий изготовления хирургических инструментов для воздействия лазерного излучения на ткани;
– на постоянном совершенствовании защитных средств для членов хирургической бригады.
8.1. Механизм хирургического действия лазерного излучения на ткани
Действие лазерного луча на биологические ткани основано на следующих эффектах:
– энергия монохроматического когерентного светового пучка резко повышает температуру на соответствующем ограниченном участке тела;
– тепловое воздействие распространяется на очень небольшую площадь, так как ширина сфокусированного пучка составляет 0,01 мм; в «облучаемом» месте температура повышается до 400 °C;
– в результате «точечного» воздействия высокой температуры патологический участок мгновенно сгорает и испаряется.
Следствием влияния лазерного излучения является:
– коагуляция белков живой ткани;
– переход тканевой жидкости в газообразное состояние;
– разрушение ткани, образующееся взрывной волной.
Особенности биологического действия лазерного излучения зависят от следующих факторов:
1. Длина волны.
2. Длительность импульсов.
3. Структураткани.
4. Физические свойства облучаемой ткани (пигментация, толщина, плотность, степень наполнения кровью).
...
Внимание!
При увеличении мощности лазерного излучения прямо пропорционально возрастает сила и глубина его воздействия на ткани.
К настоящему времени разработаны десятки типов лазеров, предназначенных для выполнения разнообразных хирургических операций.
Хирургические лазеры различают по следующим показателям:
– длина волны;
– модальность (непрерывная или прерывистая генерация световой энергии);
– способ подведения излучения к тканям (контактный или бесконтактный).
...
Внимание!
При использовании лазерного излучения в процессе операции члены хирургической бригады должны использовать специальные защитные очки и перчатки.
Поверхность хирургических инструментов должна быть матовой, исключающей отражение лазерного луча с возможностью повреждения сетчатки глаз хирурга.
Феномен абляции, развивающийся при взаимодействии лазерного излучения с живыми тканями, является сложным и до настоящего времени недостаточно изученным явлением.
...
Внимание!
Термин «абляция» имеет следующие толкования:
– «удаление» или «ампутация»;
– «размывание» или «таяние».
Различают следующие механизмы взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями.
Механизм 1
Условия:
– Длина волны – 1064 нм.
– Глубина проникновения излучения – до 5–7 мм.
При взаимодействии излучения лазера с живой тканью процессы развиваются в следующей последовательности:
1. При температуре до 43 °C энергия фотонов лазерного излучения превращается в тепловую, но термические поражения ткани обратимы.
2. Коагуляция тканей начинается по достижении температуры около 55 °C.
3. При повышении температуры до 100 °C размер зоны некроза тканей постепенно увеличивается.
4. Превышение уровня 100 °C сопровождается интенсивным испарением воды и термическим распадом органических молекул (пиролизом).
5. Превышение температуры 300 °C приводит к горению поверхностных слоев с выделением дыма. При этом продукты сгорания осаждаются на поверхности формирующегося абляционного кратера (рис. 40).
Рис. 40. Последовательность изменений в тканях при воздействии лазерного луча (по: Неворотин А. И. Введение в лазерную хирургию, 2000 [3]): а – локальный разогрев ткани; б – увеличение зоны некроза; в – термический распад органических молекул; г – формирование абляционного кратера, осаждение продуктов горения на его поверхности.
Механизм 2 Условия:
– Длина волны – от 3 до 10 нм.
– Глубина проникновения в ткани – до 8‑12 мм.
Действие этого механизма обеспечивается инфракрасными лазерами (СО2‑лазер). Наиболее ярко этот механизм проявляется при воздействии на мягкие водосодержащие ткани.
Фазы процесса:
1. Быстрый непосредственный разогрев межтканевой жидкости при достижении температуры 50–70 °C.
2. Опосредованное увеличение температуры неводных компонентов ткани.
3. При достижении температуры 100 °C и выше происходит взрывное испарение тканевой воды. Водяной пар вместе с фрагментами тканевых структур извергается за пределы зоны воздействия.
4. Формируется глубокий абляционный кратер.
...
Внимание!
Эффективность абляции (массы тканевого материала, выбрасываемого из кратера наружу за единицу времени) прямо пропорциональна мощности лазерного излучения. Поэтому для увеличения скорости удаления тканей мощность лазерного воздействия следует увеличить, а для остановки кровотечения или достижения абластического эффекта требуется относительно небольшая энергия лазерного излучения.
...
Внимание!
Установлено, что часть разогретого материала в виде расплава является своеобразным резервуаром тепла, передаваемого за пределы кратера.
Таким образом, указанный механизм действия лазерного излучения необходимо использовать для достижения максимальной абляции, сопровождающейся незначительными термическими повреждениями тканей. Лазеры с такими характеристиками используют для рассечения следующих тканей:
– кожи;
– мышц;
– стенки полого органа (желчного пузыря, мочевого пузыря, тонкой или толстой кишки).
...
Внимание!
С пониженим удельной мощности лазерного излучения толщина слоя «расплава» уменьшается, а с повышением мощности увеличивается. Однако толщина термически коагулированной ткани обычно недостаточна для надежного гемостаза.
...
Маленькие хитрости:
Для сочетания эффективного рассечения тканей с надежной остановкой кровотечения необходимо одновременно воздействовать на ткани лучами лазеров, нацеленных в одну точку:
– один лазер обеспечивает рассечение тканей;
– второй лазер необходим для надежного гемостаза.
Механизм 3
Условия:
– Длина волны – 70‑100 нм.
– Глубина проникновения в ткани – 3–6 мм.
Этот механизм принципиально не отличается от механизма 2. Под действием мощных, превышающих порог абляции, импульсов лазеров развиваются следующие фазы процесса:
1. Облучаемый материал расплавляется.
2. Разрушенные ткани извергаются из образовавшегося кратера.
Указанный механизм действия предназначен для воздействия на следующие ткани:
– кость;
– эмаль зубов;
– дентин зубов.
При воздействии лазерного излучения на твердые ткани, их разогрев и расплавление происходят одновременно с развитием процесса постоянного взрывного испарения («термальный» или «испарительный» тип абляции).
Лазеры, обеспечивающие действие механизма 3, целесооб‑
разно использовать для рассечения:
– костей;
– хрящевой ткани.
При моделировании данного механизма взаимодействия лазерного излучения с тканями возможно размельчение камней в просвете полых органов (мочевого пузыря, мочеточника, желчного пузыря).
...
Внимание!
Работа лазера при реализации описанного механизма действия требует строгого соблюдения заданных энергетических параметров из‑за возможности нежелательных механических и термических повреждений органов.
Механизм 4
Условия:
– Длина волны – от 193 до 300 нм.
– Глубина проникновения в ткани – 2–9 мм.
Функционирование этого механизма обеспечивают лазеры, работающие в ультрафиолетовой части спектра. Наибольший практический интерес представляют так называемые эксимерные лазеры:
– ArF;
– XeCl;
– KrF.
Механизм действия эксимерных лазеров имеет следующие особенности:
1. Излучение эксимерных лазеров (то есть лазеров, использующих энергию возбужденных димеров – молекул Ar2, F2, Xe2, Kr2) интенсивно поглощается неводными компонентами мягких и твердых тканей.
2. Энергия фотонов в эксимерных лазерах в 10–15 раз выше.
3. Вода практически не поглощает энергию эксимерных лазеров.
При взаимодействии луча лазера с тканями процесс развивается в определенной последовательности:
– вначале происходит быстрое разрушение молекул на отдельные фрагменты;
– затем фрагменты молекул взрывоподобно извергаются наружу с образованием абляционного кратера.
...
Внимание!
Извержение происходит со столь высокой скоростью, что большая часть тепловой энергии не успевает передаваться на стенки кратера. В результате образуется очень тонкий слой расплава по краям кратера («холодная» абляция), а большая часть тепловой энергии выбрасывается наружу.
С учетом минимального травматического воздействия на окружающие ткани эксимерные лазеры можно применять для следующих действий:
– эндоваскулярное удаление атеросклеротических бляшек;
– рассечение надкостницы и кости;
– рассечение хряща;
– прецизионные операции на оболочках глазного яблока.