Воздействие Nd-YAG-лазера


Характер излучения Nd-YAG-лазера, режим которого был подобран в ходе настоящего эксперимента, представляет собой импульсы длительностью примерно 10 нс с интервалами между ними 20 мс. Глубина каналов, образованных сериями импульсов (2 серии по 50 импульсов) с суммарной энергией 12-19 Дж, составляла 2,13±0,57 мм, а под влиянием 50 импульсов (2 серии по 25 импульсов) с суммарной энергией 6-9,5 Дж формировались каналы глубиной 2,63+0,71 мм (различия недостоверны). Глубина канала, как оказалось, в большей степени зависила от условий фокусировки падающего излучения: каналы, сформированные с использованием линзы с фокусным расстоянием 225 мм, имели глубину 2,01 ±0,55 мм, а линза с фокусным расстоянием 115 мм помогала сформировать каналы глубиной 3,08±0,37 мм (рlt;0,01). Недостоверными были различия и в ширине зоны некроза вокруг каналов, сформированных излучением с различной суммарной энергией: 6-9,5 Дж - 0,086+0,017 мм; 12-19 Дж - 0,09±0,025 мм.
Не вызывает сомнения тот факт, что воздействие более мощного лазера (С02) способствует большему повреждению биологической ткани. Это нашло подтверждение и в нашем исследовании.
Если сравнивать средние показатели глубин каналов по группе С02-лазера - 11,39±0,79 мм и Nd-YAG-лазера - 2,44±0,57 мм, то достоверность этих различий несомненна (рlt;0,01). На это же указывают и средние показатели ширины зоны некроза: 0,489±0,02 мм для С02-лазера и 0,09±0,025 мм для Nd-YAG-лазера (рlt;0,01). Данные представлены в таблицах 3.3 и 3.4.
Результаты проведенного исследования воздействия излучения Nd-YAG-лазера на трупный миокард убедительно показали, что данный тип лазерного излучения формирует в миокарде каналы длиной 3-5 мм, при этом зона термического повреждения окружающей канал ткани миокарда составляла около 0,05
Таблица 3.3
Морфометрические показатели каналов в миокарде после воздействия Nd-YAG-лазера

Измеряемый

Суммарная энергия

Фокусное расстояние линзы

параметр

6-9,5 Дж

12-19ДЖ

225 мм

115 мм

Глубина канала, мм

2,63+0,71

2,13+0,57

2,01+0,55

3,08+0,37*

Зона некроза, мм

0,086±0,017

0,09±0,025



Примечание: * - различия между значениями достоверны при доверительной вероятности рlt;0,01. Статистическая обработка результатов выполнена с применением критерия Ван дер Вардена для непарных выборок.
Таблица 3.4
Морфометрические показатели каналов в миокарде после воздействия СОп- и Nd-YAG-лазеров

Измеряемый параметр

Тип лазера

С02

Nd-YAG

Глубина канала, мм

11,39+0,79*

2,44±0,57

Зона некроза, мм

0,489+0,02*

0,09±0,025

Примечание * - различия между значениями достоверны при доверительной вероятности рlt;0,001. Статистическая обработка результатов выполнена с применением критерия Ван дер Вардена для непарных выборок.
мм, что значительно меньше аналогичных показателей излучения С02-лазера.
Различие в механизмах воздействия излучения С02- и Nd-YAG-лазеров (Х=10,6 и 1,06 мкм) на ткань миокарда проанализировано в [31]. Оно обусловлено, в первую очередь, разной величиной коэффициента поглощения основной поглощающей

Рис, 3,5, Спектр поглощения основных компонентов
биологической ткани
3.2. Воздействие лазерного излучения на трупный миокард
компоненты мягких тканей организма - воды [226] (рис. 3.5). Существенна также разница в интенсивности генерируемого излучения.
СО.}-лазер, работающий в непрерывном или
близком к нему режиме
Коэффициент поглощения воды составляет 1000 см-1 (рис. 3.5), вследствие чего глубина проникновения излучения в ткань всего 0,01 мм. Поэтому “прохождение” создаваемого канала может быть только “последовательным” путем послойного снятия материала (рис. 3.6, а). При подводимой средней мощности сотни Вт канал имеет близкую к цилиндрической форму с сильно некрозированной (на глубину до 2 мм) стенкой. Поглощенная энергия лазерного излучения расходуется на испарение воды в объеме канала, вынос материала, озоление твердой фракции, есть также потери на нагрев расположенных рядом с каналом тканей. Оценки показывают, что только на испарение необходимо затратить 30-40 Дж, что и обуславливает применение лазеров такой мощности.
Nd-YAG-лазер работал в режиме модуляции добротности с относительно высокой частотой следования импульсов - десят-

Рис. 3.6. Схематическое изображение формирования каналов излучением С07-лазера (а) и лазера на гранате с неодимом (б)
ГЛАВА 3. Изучение эффективности различных типов лазеров...
ки Гц. Энергия в импульсе составляет как правило 0,1 —0,2 Дж, длительность - порядка 10-8 с, мощность - 10-20 МВт, плотность мощности при фокусировке в пятно диаметром 1 мм - 1,5-3 ГВт/см2.
Коэффициент поглощения воды на длине волны 1,06 мкм составляет около 0,5 см-1, глубина проникновения - 20 мм. При распространении сфокусированного излучения в неоднородной биологической ткани возникают зоны с еще большей концентрацией энергии, в которых имеет место объемное кипение, развивающееся в основном на примесных центрах и приводящее к взрыву (рис. 3.6, б). В результате взрыва материал выносится наружу; не разрушенная взрывом окружающая стенки канала ткань не подвержена также тепловому некрозу, так как ее нагрев невелик [28]. Действительно, на длине 10 мм поглощается около 50% падающей энергии, те.в единичном им
пульсе.

Даже если бы вся эта энергия была израсходована на нагрев ткани, то увеличение температуры 57" в каждом импульсе составило бы всего
(к - теплоемкость ткани, М - количество нагреваемого материала, объем которого при канале диаметром 1 и длиной 10 мм составляет 8 мм3, а вес - 0,008 г).
В то же время подводимой лазерной энергии (пусть Е = 5 Дж на 1 проделываемый канал) вполне достаточно для выноса материала. Если “выносятся” те же 5m = 0,008 г, то скорость v, опре
деляемая из соотношения
равна 1100 м/с.
Понятно, что микровзрывы сначала возникают вблизи поверхности, а затем зона взрывов углубляется в ткань, в результате чего и возникает канал. Поскольку создающие канал взрыто
вы случайным образом направлены в разные стороны, он имеет разветвленную форму
Впервые взрывной характер разрушения образцов миокарда в прямом зксперименте был зарегистрирован нами. На рисунке 3.7 приведен фрагмент видеозаписи процедуры воздействия лазерного излучения (направленного слева направо) на образец миокарда, демонстрирующий плазменные сгустки, образовавшиеся в результате микровзрыва ткани. Плоская поверхность среза образца была обращена в сторону видеокамеры, лазерное излучение направлялось параллельно поверхности среза на расстоянии 1,5-2 мм от нее. Микровзрыв, направленный в сто-

Рис. 3.7. Фрагмент видеозаписи; интервал между кадрами 1/25 с; частота следования импульсов лазера — 50 Гц: а) кадр номер 5; б) 6; в) 8; г) 10; д) 14; е) 15
рону наблюдения, имел возможность прорвать слой ткани, а его продукты в виде факела - выйти из образца, что и наблюдается на рисунке.
Из того, что в 11 кадрах (соответствующих 22 импульсам срабатывания лазера) регистрируется 6 факелов, направленных к наблюдателю, следует, что микровзрывы имеют место не менее чем в каждом втором лазерном импульсе. Эксперимент также наглядно демонстрирует, что длина боковых “отводов’1, образующих разветвленные каналы, составляет как минимум 1,5-2 мм.
По-видимому, импульсные лазеры с высокой пиковой мощностью излучения будут формировать каналы в миокарде с минимальным термическим побочным эффектом независимо от длины волны. Этот так называемый режим фотоиссекаемого удаления вещества [236] состоит в индуцировании локального взрыва и, как следствие, возникновении сильных ударных волн. Ударные волны разрывают стенку канала и, т.о., могут открывать синусоидальные отверстия для промежуточной перфузии, либо могут открыть капиллярные сосуды для обеспечения большей эффективности шунта для канала.
В целом проведенная серия экспериментов позволила отработать методологию лазерного воздействия на миокард, показала эффективность обоих типов лазеров для создания трансмиокардиальных каналов, но появилось множество вопросов, ответить на которые можно было после оценки воздействия излучения различных типов лазеров на миокард в эксперименте “in vivo” в различные сроки после операции лазерной реваскуляризации. 

Источник: В.М. Шипулин, С.Л. Андреев, Е.Н. Павлюкова, «Использование лазеров в сердечно-сосудистой хирургии: от эксперимента к практике» 2010

А так же в разделе «Воздействие Nd-YAG-лазера »