Сравнительный анализ лазерных хирургических аппаратов "Ланцет" и "Лазермед"

Лазерные хирургические аппараты «Ланцет» и «Лазермед» относятся к сверхкомпактным лазерным аппаратам нового поколения. Аппараты «Ланцет» созданы на основе СО2 лазера (λ=10,6 мкм), в аппаратах «Лазермед» используются диодные лазеры с длиной волны излучения на порядок меньше (λ=1,06 мкм). Эти аппараты имеют как много общего (по функциональному назначению, по достигаемому медицинскому эффекту), так и существенные различия, связанные с разницей в длине волны излучения, компоновкой, способом доставки излучения до биоткани.

Принципиальное отличие аппарата «Ланцет» от аппарата «Лазермед» заключается в различных механизмах действия излучения СО2-лазера (λ=10,6 мкм) и диодных лазеров (λ=1,06 мкм) на мягкие биоткани. Излучение СО2 лазера проникает в биоткань на небольшую глубину около 50 мкм (глубина, на которой поглощается 90% падающей энергии), в то время как излучение диодных лазеров проникает на глубину 6÷8 мм.

Учитывая, что лазерная хирургия основана на локальном нагреве объема биоткани за счет поглощения лазерного излучения, то очевидно, что минимальный объем выпариваемой биоткани при воздействии излучения диодного лазера будет больше, чем при воздействии СО2 лазера.

В табл.1 представлены расчетные данные минимальных объемов выпариваемой биоткани различными хирургическими лазерами.

Анализ табл.1 показывает, что:

1. Если необходимо осуществить точную резку или выпаривание биоткани, то предпочтительно использовать СО2 лазер. При этом коагуляционные свойства излучения проявляются в небольшом объеме, что позволяет «запечатывать» кровеносные сосуды диаметром
2. Если необходимо коагулировать большой объем ткани, то предпочтение следует отдать диодному лазеру, так как объем нагреваемой ткани будет во много раз больше, чем для хирургического лазераСО2. Поскольку лазерная коагуляция носит в основном тепловой характер (термическая коагуляция), то больший объем нагреваемых лазером тканей обеспечивает возможность коагуляции сосудов большего диаметра, так как они попадают в больший объем биоткани, нагреваемой лазером. Поэтому диодный лазер «Лазермед» позволяет коагулировать кровеносные сосуды диаметром до 2÷3 мм, в то время как аппарат «Ланцет» до 0,5 мм.
3. Для получения одинакового термического эффекта (например испарение или коагуляция) требуется примерно одинаковые затраты энергии на единицу объема биотканей. Поэтому при использовании излучения, более глубоко проникающего в глубину ткани, необходимы и большие абсолютные затраты энергии. В связи с этим для достижения одного и того же клинического эффекта диодные лазеры всегда должны иметь большую мощность по сравнению с СО2 лазером. Из-за этого хирургические аппараты на длине волны 1,06 мкм с явно выраженным гемостатическими свойствами (Ne:YAG или диодные лазеры) имеют уровни мощности около 100 Вт, в то время как аппараты на СО2 лазере имеют уровни мощности около 20 Вт. Что касается аппарата «Лазермед», у которого мощность излучения составляет 10Вт, то за счет использования оригинальной схемы суммирования в нем формируется коллимированный пучок, который фокусируется в пятно размером 0,2×0,6мм2, и тем самым обеспечивается плотность мощности 10 кВт/см2. В других аппаратах – аналогах на диодных лазерах которые работают только контактно со световодом диаметром 600 мкм, такая плотность мощности обеспечивается при мощности излучения 30Вт.

Таким образом, аппарат на диодных лазерах «Лазермед» уступает аппарату на СО2 лазере «Ланцет» по возможности концентрации энергии на единицу площади, имея при этом лучшие гемостатические свойства. Этот недостаток диодных лазеров компенсируется их более высоким КПД, меньшими габаритами, а так же возможностью лечить сосудистые патологии без повреждения кожи. Кроме того, диодные лазеры имеют существенно более низкую цену, чем СО2 лазеры. Проведем сравнение аппаратов «Ланцет» и «Лазермед» по термическому воздействию (термонекрозу) на биоткани, поскольку этот процесс существенно влияет на послеоперационный процесс заживления раны или вероятность образования рубцов.

Термический эффект при воздействии лазерного излучения определяется как параметрами излучения, так и термическими свойствами биоткани, прежде всего ее теплопроводностью, способностью накапливать тепло, а также отводить тепло из зоны его выделения сосудистой системой.

Качественная зависимость между основными параметрами излучения и биоткани определяется соотношением:

(1),

где Э – энергия;
• Р – мощность излучения;
• Ср – теплоемкость биоткани;
• m – масса выпариваемой биоткани;
• ρ – плотность биоткани;
• h – глубина проникновения излучения в биоткань ;
• d0 – диаметр пучка на биоткани;
• - площадь лазерного пучка;
• ΔТ=Т - 36,60С – приращение температур ткани при нагреве;
• V – объем выпариваемой ткани.

Поскольку Ср и ρ практически постоянные для биоткани величины, то энергия Э, затрачиваемая на нагрев пропорциональна нагреваемому объему V и температуре Т, необходимой для достижения нужного термического эффекта: денатурация (45÷600С), коагуляция (60÷1000С), испарение (>1000С), абляция (>2500С).

Анализ этой зависимости позволяет сформулировать несколько выводов:

1. Чем меньше объем V, в котором выделяется лазерная энергия, тем больше нагревается биоткань, т.е. тем выше Т;
2. Чем больше глубина проникновения лазерного излучения в биоткань h (больше объем нагреваемой ткани, тем меньше ее температура Т);
3. Объем нагреваемой ткани, а, следовательно, и ее температуру можно регулировать вариацией диаметра пятна d0;
4. Затрачиваемая на нагрев биоткани энергия Э может регулироваться либо мощностью излучения Р, либо временем воздействия t.

Процесс резки (абляции) лазерным лучом сопровождается термическими эффектами и механизмами деструкции биотканей. Следствием является взрывное испарение тканевой жидкости и выброс из зоны нагрева водяных паров вместе с фрагментами клеточных и тканевых структур с формированием зон повреждения в области взаимодействия лазерного луча и биоткани. Абляционный процесс эффективен в том случае, если вся подводимая к ткани энергия расходуется только на испарение заданного объема ткани, а не нагревание соседних тканей. Однако, как следует из рис.1, при лазерной резке ткани образуется зона повреждения (зона термонекроза) за счет передачи тепла диффузией из зоны абляции в окружающие ее ткани.

Рис.1. Зоны повреждения биоткани при лазерной резке.

Глубина проникновения тепла определяется временем воздействия τ и коэффициентом температуропроводности «а» из соотношения:

(2).

Поскольку длительность импульса СО2 лазера можно гибко варьировать в достаточно широких пределах (от 1 мкс до непрерывного режима), то можно управлять и глубиной термонекроза в широких пределах (от нескольких мкм до нескольких мм). Это важное преимущество СО2 лазеров по сравнению с многими другими типами лазеров, у которых длительность лазерного импульса труднорегулируема. Например, для гольмиевого лазера (НО:YAG) типовая длительность импульса составляет 500 мкс, для эрбиевого (Ег:YAG) – 300 мкс и может быть уменьшена до 250 мкс. Поэтому зона термодиффузии составляет для этих лазеров 50 мкм и 40 мкм соответственно и может быть уменьшена за счет регулировки длительности импульса всего на 5 мкм.

Для диодных лазеров, имеющих большую глубину проникновения h, чтобы достичь такого же абляционного эффекта как у СО2 лазера, в соответствии с соотношением (1) и (2) необходимо иметь большую энергию излучения. Так как хирургические диодные лазеры работают в непрерывном и импульсно периодическом режимах излучения, то увеличение энергии возможно только за счет увеличения длительности воздействия, что в свою очередь ведет к увеличению глубины термодиффузии (термонекроза).

Приведенные выше факторы являются важными по следующим причинам:

Во-первых, зона термонекроза определяет коагуляционные свойства лазерного излучения: чем она больше, тем лучше проявляются коагуляционные свойства (однако, при этом больше лазерной энергии затрачивается на коагуляцию).

Во-вторых, чем больше зона термонекроза, тем больше поражается биоткань в периферической к кратеру зоне. Кроме того, на границе зоны термонекроза и дна кратера формируется зона карбонизации ткани, которая мешает более быстрому послеоперационному заживлению раны и повышает вероятность рубцевания ткани. Это актуально при использовании непрерывного и импульсно периодического режимов излучения, т.к. длительность воздействия излучения при этом значительно больше времени термической релаксации (≈1 мс).

Поэтому при выполнении тех или иных операций с помощью аппаратов «Ланцет» и «Лазермед» врач должен выбирать тип аппарата и режимы работы исходя из следующих соображений:

1. При проведении глубокой резки тканей без термонекроза необходимо выбирать длительность импульсов воздействия близкой к времени термической релаксации (1мкс), а интервал между импульсами выбирать достаточным для снижения температуры в зоне лазерного воздействия за счет отвода тепла в окружающую ткань (> 1мс). Наиболее подходящим для проведения таких операций является аппарат «Ланцет» (на СО2 лазере).
2. При проведении выпаривания мягких тканей с обеспечением хорошего гемостаза (особенно в труднодоступных местах) необходимо использовать аппарат «Лазермед» на диодных лазерах в импульсно периодическом режиме с длительностью импульса 0,2÷0,3с при максимальной мощности излучения Р=10Вт или в непрерывном режиме с регулировкой длительности излучения (педалью) и мощности излучения (на пульте управления).
3. При лечении сосудистых патологий (телеангиоэктазия, кавернозные и капиллярные гемангиомы, ангиомы губ) необходимо использовать аппарат «Лазермед» т.к. за счет высокой оптической прозрачности кожи к излучению 1,06 мкм обеспечивается лечение этих патологий без повреждения поверхностного слоя эпидермиса. Режим излучения при этом выбирается врачом индивидуально с учетом размера и формы патологии.
4. При проведении деликатных косметологических операций, связанных с послойным удалением слоя эпидермиса, необходимо выбирать длительность импульсов воздействия меньше времени термической релаксации биоткани (1мс). Наиболее подходящим для таких операций является аппарат «Ланцет», который в сочетании с оптико-механической сканирующей насадкой обеспечивает не только локальное, но и площадное испарение слоя эпидермиса с контролируемой глубиной и минимальным термоповреждением.
5. Диапазон применения аппарата «Лазермед» может быть существенно расширен за счет увеличения его мощности до 30Вт и уменьшении диаметра световодного волокна с 600 до 200÷300 мкм. В этом случае увеличивается более, чем на порядок плотность мощности на биоткани и за счет этого может быть обеспечена требуемая плотность энергии при коротких длительностях импульсов излучения, близких к постоянной времени теплопроводности ткани.

Таким образом, проведенный сравнительный анализ позволяет сделать следующие выводы:

1. Каждый из лазерных хирургических аппаратов «Ланцет» и «Лазермед» занимает свою нишу в области лазерной хирургии.
2. Аппараты «Ланцет», обладая более высокими абляционными свойствами с минимальном термонекрозом, и аппараты «Лазермед» с выраженным более высоким гемостатическими свойствами дополняет друг друга по функцио-нальному назначению и тем самым расширяют их применение в лазерной хирургии.
3. Аппарат «Ланцет», обладая более высокой ценой по сравнению с аппаратом «Лазермед», имеет при самостоятельном использовании более расширенную область применения в лазерной хирургии.
4. Вместе с тем аппарат «Лазермед» наряду с очень хорошими лечебными возможностями находится вне конкуренции по соотношению цена-качество.