«Горячий» наконечник можно рассмотреть как частный случай термооптического наконечника (thermo-optical tip, ТОТ). ТОТ — оптический и механический элемент, который может использоваться для модификации или обработки мягких тканей, включая разрезание, коагуляцию, испарение, карбонизацию и удаление тканей. ТОТ обычно работает в контакте с обрабатываемой тканью и обеспечивает разрезание ткани посредством передачи тепла от наконечника, который нагревается оптическим излучением, поглощённым наконечником. Процесс разрезания ткани при помощи ТОТ происходит благодаря термомеханическому воздействию или абляции. Коагуляция ткани при помощи ТОТ происходит благодаря переносу тепла от наконечника к ткани и поглощению вторичного, переизлучённого излучения, идущего от наконечника, нагретого лазерным излучением до высокой температуры.
Компьютерная модель ТОТ включает моделирование распространения света Монте-Карло в волокне, в наконечнике и слизистой оболочке. Также использовалось уравнение теплопроводности для вычисления распределения высокой температуры в наконечнике и ткани. Было вычислено распределение высокой температуры в наконечнике и в ткани и определена зона коагуляции с использованием интеграла Аррениуса. Эта модель позволяет учесть эффект коагуляции ткани, происходящий благодаря прямому поглощению лазерного света, поглощению переизлучённого наконечником излучения и за счёт теплопроводности.
В экспериментальной части мы использовали лазерную диодную импульсную хирургическую систему от «Dental Photonics, Inc.» с длиной волны 980 нм, с волоконной системой доставки излучения диаметром 400 мкм. Эксперименты были выполнены «ех vivo» с использованием образцов свежей ткани. Регистрировали мощность, необходимую для обеспечения разреза с заранее заданной глубиной и скоростью разрезания. Глубина коагуляции визуализировалась с использованием окрашивания лактатом дегидрогеназы (LDH) и измерялась. Лазерная система выполняла контроль мощности в режиме реального времени. Сравнивали процессы разрезания и коагуляции, реализуемые для системы с контролем мощности в режиме реального времени и традиционной лазерной хирургической системы с фиксированной мощностью. Компьютер контролировал скорость движения наконечника в диапазоне 0,8-12,5 мм/с.
Компьютерное моделирование показало, что основной механизм разрезания и коагуляции ткани заключается в теплообмене между тканью и термооптическим наконечником. В экспериментальной части было продемонстрировано, что предлагаемый способ контроля мощности в режиме реального времени может обеспечить постоянный размер зоны коагуляции на уровне приблизительно 0,20±0,05 мм при изменении скорости разрезания в широком диапазоне от 1 до 12,5 мм/с без деградации наконечника. В отличие от установки фиксированной мощности, при которой зоны коагуляции были различных размеров от приблизительно 0,5 до 1мм, и наблюдалась деградация наконечника через примерно 20-30 мм разреза. Показано, что уровень коагуляции и, таким образом, уровень гемостаза зависят от температуры и могут управляться настройками системы. Контроль мощности в режиме реального времени может обеспечить более быструю, последовательную и безопасную лазерную хирургию, чем традиционный контроль мощности.
Г.Б. Альтшулер, А.В. Беликов, А.Е. Пушкарёва, А.В. Скрипник, Ф.И. Фельдштейн, Т.В. Струнина, К. Магид
Компания Palomar Medical Technologies (США), Санкт-Петербургский ГУ ИТМО
Опубликовал Константин Моканов