Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 27
1.1. Лазерная медицина - перспективная отрасль современного здравоохранения 27
1.1.1. Физические аспекты оптических квантовых генераторов... 27
1.1.2. Возможности использования излучения оптических квантовых генераторов в медицине 30
1.1.3. Хирургические лазеры - основа высокотехнологичных способов и методов лечения в оториноларингологии 38
1.2. Взаимодействие высокоэнергетического лазерного излучения с биологическими тканями 45
1.3. Возможности применения излучения полупроводниковых и волоконных лазеров в клинической практике 55
1.3.1. Особенности и свойства излучения полупроводниковых и волоконных лазеров 55
1.3.2. Использование излучения полупроводниковых и волоконных лазеров в клинической практике 59
Собственные исследования 66
ГЛАВА 2. Экспериментальные исследования для обоснования эффективного применения излучения современных хирургических лазеров в оториноларингологии 66
2.1. Волоконный лазер на эрбий-активированном стекле - принципально новый вид лазерных установок з
2.2. Определение наиболее оптимальных длин волн лазерного излучения для лечения различной патологии верхних дыхательных путей и уха 71
2.2.1. Материалы и методы 71
2.2.2. Экспериментальное обоснование эффективного и безопасного применения излучения ИАГ-гольмиевого и волоконного на эрбий-активированном стекле лазеров в лечении больных с патологией ЛОР-органов 79
2.2.3. Экспериментальное исследование зависимости оптических свойств тканей перегородки носа от степени сжатия биообъекта 98
2.2.4 Исследование изменений структуры хряща перегородки носа кролика после воздействия лазерным излучением методом поляризационно чувствительной оптической когерентной томографии 105
2.3. Сравнительные осбенности излучения ИАГ-гольмиевого и волоконного на эрбий-активированном стекле лазеров 109
ГЛАВА 3. Материалы и методы собственных клинических исследований 114
3.1. Общая характеристика больных 114
3.2. Методы обследования больных 120
3.3. Консервативные методы лечения больных различной патологией верхних дыхательных путей и уха на фоне использования высокоэнергетических лазерных технологий 124
ГЛАВА 4. Применение высокоэнергетического лазерного излучения в полости носа 129
4.1. Развитие идеи запланированного изменения формы хрящевой ткани под действием лазерного излучения в клинической практике 129
4.1.1. Лазерная септохондрокоррекция - безопасный и эффективный метод моделирования деформированного хряща перегородки носа 129
4.1.2. Сравнительный анализ результатов лазерной септохондрокоррекции при использовании излучения разных длин волн... 147
4.1.3. Применение способа запланированного изменения формы
хряща под действием лазерного излучения при проведении традиционной
септопластики 151
4.2. Хирургические лазеры в лечении больных с различными формами
хронических ринитов 155
4.2.1. Общая характеристика больных с хроническими ринитами и способы лазерного воздействия 155
4.2.2. Результаты воздействия лазерным излучением в полости носа у больных хроническим ринитом 160
4.2.3. Сравнительные результаты различных видов хирургического вмешательства у больных с хроническими ринитами 166
4.3. Использование излучения высокоэнергетических лазеров у больных полипозным риносинуситом 168
4.2.1. Общая характеристика больных полипозным риносинуситом и способы лазерного воздействия 169
4.3.2. Результаты лазерного хирургического лечения больных полипозным риносинуситом 183
4.3.3. Сравнительные результаты некоторых видов хирургического лечения больных полипозным риносинуситом 188
ГЛАВА 5. Высокоэнергетическое лазерное излучение в лечении больных с патологией уха 194
5.1. Применение излучения хирургических лазеров у больных с хроническим гнойным средним отитом 194
5.1.1. Общая характеристика больных с хроническим гнойным средним отитом и способы лазерного воздействия 195
5.1.2. Результаты и сравнительный анализ лечения больных различными видами хронических гнойных средних отитов 210
5.2. Использование излучения высокоэнергетических лазеров в лечении больных с нарушением проходимости слуховых труб 213
5.1.1. Общая характеристика больных с рецидивирующими евстахиитами и способы лазерного воздействия 214
5.2.2. Результаты лечения проведения лазерной миринготомии у больных с рецидивирующими евстахиитами 224
Заключение 227
Выводы 274
Практические рекомендации 278
Список литературы
- Хирургические лазеры - основа высокотехнологичных способов и методов лечения в оториноларингологии
- Определение наиболее оптимальных длин волн лазерного излучения для лечения различной патологии верхних дыхательных путей и уха
- Консервативные методы лечения больных различной патологией верхних дыхательных путей и уха на фоне использования высокоэнергетических лазерных технологий
- Лазерная септохондрокоррекция - безопасный и эффективный метод моделирования деформированного хряща перегородки носа
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Заболевания верхних дыхательных путей и уха обусловливают значительные экономические потери, способствуют формированию и персистенции целого ряда патологических процессов в других органах и системах, значительно ухудшают качество жизни, часто приводят к развитию стойкой нетрудоспособности (Тарасов Д.И., Фёдорова О.К., Быкова В.П. 1998; Солдатов И.Б. 1990; Овчинников Ю.М., Свистушкин В.М. 1999 и другие). Глобальной задачей медицинской науки является разработка и совершенствование видов лечения, сочетающих высокую эффективность, малоинвазивность, экономическую целесообразность и доступность. Решение этой задачи напрямую зависит от своевременного внедрения в клиническую практику достижений науки и техники, высоких технологий и подготовки высококвалифицированного медицинского персонала.
Одним из перспективных направлений медицинской науки и практики являются лазерные технологии, которые в настоящее время находят всё более широкое распространение. Современная медицина является одним из главнейших потребителей лазерной техники, а следовательно, и стимулятором разработки целого ряда новых лазерных систем, исследования процессов взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями (Sobol E.N. et al. 2001; Баграташвили В.Н., Соболь Э.Н. с соавт. 2006). Высокоэнергетическое лазерное излучение используется в клинической практике с 1964 года. Важнейшей отраслью современной лазерной медицины является хирургия. Эффекты взаимодействия излучения различных длин волн хирургических лазеров с биологическими объектами изучены достаточно хорошо. Режущие, коагулирующие, испаряющие свойства хирургических лазеров нашли широкое применение во многих областях хирургии, в том числе в оториноларингологии (Скобелкин О.К. 1989, Солдатов И.Б. 1989, Плетнев С.Д. с соавт. 1996). Использование лазерного излучения позволяет выполнять хирургическое вмешательство с высокой точностью, строгим дозированием воздействия, даёт возможность оперировать соматически отягощённых больных. Уникальные свойства лазерного луча позволяют целый ряд вмешательств проводить в амулаторных условиях или в стационаре одного дня.
В 1993г. был открыт принципиально новый эффект взаимодействия высокоэнергетического лазерного излучения с биотканями – пластическая деформация хряща – обусловливающий возможность запланировано и неоднократно изменять форму биообъекта (Helidonis E., Sobol E., et al. 1993, 1994). Конкретной реализацией идеи стал метод лазерной септохондрокоррекции - неинвазивного исправления деформированного хряща перегородки носа, внедренный в практику. Данный метод позволяет бескровно в амбулаторных условиях восстанавливать или улучшать носовое дыхание (Баграташвили В.Н., Соболь Э.Н., Овчинников Ю.М, Свистушкин В.М. с соавт. 2001). Первые операции, проведенные при помощи излучения ИАГ-гольмиевого (YAG-Ho) лазера ( = 2,09мкм), показали необходимость дальнейшего совершенствования метода, в частности, подбора более эффективной длины волны лазерного излучения, разработки специальной системы, обеспечивающей надежность и полную безопасность воздействия. Излучение YAG-Ho лазера имеет небольшую глубину проникновения, поэтому при нагреве хряща для необратимой релаксации напряжений возможна деструкция облучаемых тканей перегородки носа. Пространственно-временные характеристики излучения волоконного лазера на эрбий-активированном стекле ( = 1,56мкм) позволяют сконцентрировать необходимое и достаточное количество энергии в нужном объёме, что обеспечивает эффективность и сокращает время лазерной септохондрокоррекции.
В лечении больных с патологией верхних дыхательных путей и уха традиционно использовалось в основном излучение СО2- ( = 10,6мкм) и ИАГ-неодимового ( = 1,06мкм) лазеров, которые и в настоящее время широко применяются в практике (Преображенский Н.А. с соавт. 1986; Солдатов И.Б. с соавт. 1988 - 1992; Пискунов Г.З. 1988; Чирешкин Д.Г. с соавт. 1990, 1994; Плужников М.С. 1986 - 2003; Овчинников Ю.М. с соавт. 1991 - 1993; Lesinski S.G. et al 1989; Krespi Y.P. et al 1994; Selkin S.A. et al 1994; Wolfson S. et al 1996; Lippert B.M. et al 1997; Sedlmaier B. 1997; Paulsen J.W. 1998; Mirante J.P. et al 1999 и другие). Применение в ЛОР-клинике современных видов лазерных установок, отличающихся высокой точностью, эффективностью, безопасностью показало, что указанные выше виды лазеров не являются оптимальными для их использования в хирургии верхних дыхательных путей и уха. Значительным недостатком СО2-лазера является небольшая глубина проникновения его излучения в ткани (около 0,03мм – до 90% энергии), отсутствие полноценного импульсного режима работы и гибких световодов. Излучение YAG-Nd лазера (глубина проникновения 6 - 8мм) может вызывать повреждение подлежащих органов, возникновение глубоких некрозов и длительное заживление послеоперационной раны с образованием рубцов и стриктур. Излучение YAG-Nd лазера опасно для глаз даже в рассеянном виде.
Описан опыт применения и других видов хирургических лазеров в оториноларингологии – на парах меди ( = 0,54мкм) (Гаращенко Т.И. 1993), твердотельного эрбиевого в стекле ( = 1,54мкм) (Наседкин А.Н., Зенгер В.Г. с соавт. 1993, 1999), лазерных диодов с длиной волны = 0,97мкм и = 1,9мкм (Андрианов О.А. 1998, Гаращенко Т.И., Богомильский М.Р. с соавт. 2001, Агеева С.А. 2001, Лапченко А.С. 2004; 2005). Однако эти виды лазерного излучения на настоящий момент не получили по разным причинам широкого распространения в ЛОР-хирургии. Перспективным, по данным литературы, для использования в оториноларингологии является излучение ИАГ-гольмиевого лазера с длиной волны = 2,09 мкм (Зенгер В.Г., Наседкин А.Н., Чканников А.Н. с соавт., 1993, 1996 - 2003, Овчинников Ю.М., Свистушкин В.М., Шинаев А.Н. 1999). Импульсно-периодический режим излучения, близкая к оптимальной глубина проникновения энергии (около 0,5мм) в биоткани и наличие доступных гибких световодов обусловливают привлекательность использования этого вида лазера в ЛОР-клинике.
Определённый интерес представляет новый вид оптических квантовых генераторов - волоконные лазеры, которые активно внедряются в различные области медицины. Заслуживает внимания волоконный лазер на эрбий-активированном стекле с длиной волны излучения = 1,56мкм и глубиной проникновения в биоткани около 1.5мм. Данное излучение характеризуется высоким поглощением в воде и пониженным в гемоглобине. Подобные свойства наряду с выгодными техническими характеристиками (надежность, значительный ресурс работы, простота и относительно невысокая стоимость прибора) обусловливают широкие перспективы применения такого лазера в оториноларингологии. Однако работ, посвященных системному анализу применения излучения волоконного лазера с длиной волны = 1,56мкм при лечении больных с патологией ЛОР-органов до настоящего времени не было. Отсутствуют сведения об эффективности и отдалённых результатах применения излучения данной длины волны в оториноларингологии, сравнительная характеристика результатов воздействия на биоткани излучения волоконного эрбиевого и других лазеров, применяющихся в ЛОР-клинике, в частности YAG-Ho лазера.
Высокоэнергетические лазерные технологии в клинической практике на современном этапе находятся на стадии расширения показаний к их применению, улучшения существующих и разработки новых методик использования лазерного излучения, внедрения экономичных и легко эксплуатируемых аппаратов. Дальнейшее исследование данной проблемы представляется чрезвычайно актуальным.
Цель исследования.
На основе экспериментальных и клинических исследований разработать и обосновать возможность эффективного клинического применения современных высокоэнергетических лазерных технологий с использованием излучения волоконного лазера на Er-активированном стекле в лечении больных с различной патологией полости носа и среднего уха, провести сравнительный анализ применения излучения YAG-Ho и волоконного на Er-активированном стекле лазеров в лечении больных данной патологией.
Задачи исследования.
1. Оценить возможности и перспективы применения нового вида хирургического лазера с длиной волны = 1,56мкм (волоконный лазер на Er-активированном стекле) в лечении больных с различной патологией полости носа и среднего уха.
2. В экспериментальных условиях изучить влияние излучения волоконного лазера на Er-активированном стекле ( = 1,56мкм) на ткани полости носа и среднего уха.
3. На основе экспериментальных данных определить оптимальные длины волн высокоэнергетического лазерного излучения, выработать параметры, способы и методы лазерного воздействия при каждой конкретной патологии полости носа и среднего уха.
4. В условиях эксперимента изучить зависимость оптических свойств тканей перегородки носа телёнка от степени сжатия биообъекта, исследовать изменения структуры хряща перегородки носа кролика на фоне высокоэнергетического лазерного воздействия методом поляризационно-чувствительной оптической когерентной томографии.
5. Клинически обосновать возможность эффективного применения излучения хирургических лазеров при различных воспалительных и гиперпластических процессах в полости носа и среднем ухе.
6. Изучить особенности клинического применения высокоэнергетического лазерного излучения с длинами волн = 2,09мкм и = 1,56мкм у больных полипозным синуситом с оценкой ближайших и отдаленных результатов лечения.
7. Оценить эффективность излучения волоконного лазера на Er-активированном стекле ( = 1,56мкм) у больных с деформацией перегородки носа при проведении лазерной септохондрокоррекции и септопластики с реимплантацией смоделированного с помощью лазерного излучения хряща.
8. Провести сравнительный анализ ближайших и отдаленных результатов лазерной септохондрокоррекции, выполненной при помощи излучения YAG-Ho ( = 2,09мкм) и волоконного на Er-активированном стекле ( = 1,56мкм) лазеров.
9. Изучить сравнительные возможности применения излучения YAG-Ho ( = 2,09мкм) и волоконного на Er-активированном стекле ( = 1,56мкм) лазеров у больных с различными формами хронических ринитов.
10. Оценить эффективность лечения больных с длительной рецидивирующей дисфункцией слуховой трубы при помощи излучения волоконного на Er-активированном стекле лазера с длиной волны = 1,56мкм.
11. Клинически обосновать применение излучения YAG-Ho ( = 2,09мкм) и волоконного на Er-активированном стекле ( = 1,56мкм) лазеров у больных хроническим гнойным средним отитом, включая анализ отдаленных результатов лечения.
12. Разработать комплекс практических рекомендаций по ведению больных с различной патологией полости носа и среднего уха на основе применения современных лазерных технологий, в том числе излучения нового волоконного лазера на Er-активированном стекле ( = 1,56мкм).
Работа выполнена по плану научно-исследовательской работы ММА имени И.М.Сеченова, номер государственной регистрации № 01.200.110481 "Разработка новых методов диагностики и лечения больных с заболеваниями носа, околоносовых пазух, гортаноглотки и уха", на базах кафедры болезней уха, горла и носа ММА имени И.М.Сеченова, и Института Проблем Лазерных и Информационных Технологий РАН.
Научная новизна работы.
Впервые проведено экспериментально-клиническое исследование возможностей применения в оториноларингологии нового вида хирургических лазеров – волоконного на Er-активированном стекле лазера с длиной волны 1,56мкм, оценены его технические характеристики, а также свойства данной длины волны применительно к проведению воздействий на ткани полости носа и среднего уха. На основе экспериментальных данных доказана целесообразность использования данного лазера при целом ряде операций в полости носа и среднем ухе.
Впервые проведен комплекс экспериментальных исследований по сравнительному влиянию излучения современных лазеров разных длин волн, включая новый вид лазера – волоконный лазер на Er-активированном стекле - на различные биологические ткани полости носа и среднего уха, выявлены особенности влияния излучения ИАГ-гольмиевого и волоконного на эрбий-активированном стекле лазеров на биологические объекты, определены параметры и режимы работы, позволяющие достигать необходимого разрушающего или термопластического эффекта в зависимости от целей воздействия. На основе экспериментальных данных обоснована возможность эффективного клинического применения современных лазерных технологий, основанных на излучении высокоэнергетических лазеров, при патологии полости носа и среднего уха. Определены оптимальные длины волн высокоэнергетического лазерного излучения, параметры, способы и методы воздействия при каждой конкретной патологии.
Доказаны преимущества современных волоконного на Er-активированном стекле и YAG-Ho лазеров при проведении воздействий в полости носа, области соустьев околоносовых пазух и среднего уха. Показаны перспективы применения современных хирургических лазеров, отличающихся высокой точностью, малоинвазивностью, функциональностью воздействия, широким диапазоном лечебного эффекта от пластического запланированного недеструктивного изменения формы хрящевой ткани до выраженного коагулирующего и абляционного действия.
Практическая ценность работы.
Работа представляет собой итог клинико-экспериментальных исследований, проводимых на кафедре болезней уха, горла и носа ММА имени И.М.Сеченова в течение последних 12-ти лет, по использованию излучения современных высокоэнергетических лазеров при лечении ряда заболеваний полости носа и уха.
Впервые в клинической практике применено излучение волоконного на Er-активированном стекле лазера у больных с деформацией перегородки носа при проведении лазерной септохондрокоррекции, как метода неинвазивного бескровного изменения формы четырехугольного хряща с целью восстановления или улучшения носового дыхания. Показаны возможности излучения волоконного лазера при традиционной септопластике для выпрямления рецезированных участков хряща и подготовке их к реимплантации. Доказана клиническая эффективность использования данной длины волны лазерного излучения при запланированном изменении формы хряща перегоордки носа обеспечивающая наиболее оптимальный и равномерный прогрев хряща, в сравнении с другими известными лазерами. Внедрена в практику новая установка для проведения лазерной септохондрокоррекции, основанная на использовании компьютерных программ обратной связи, что определяет безопасность и эффективность воздействия. Показан стойкий характер восстановления или улучшения носового дыхания без каких-либо существенных изменений со стороны слизистой оболочки перегородки носа и окружающих структур. Проведен сравнительный анализ ближайших и отдаленных результатов лазерной септохондрокоррекции, выполненных при помощи излучения волоконного на Er-активированном стекле лазера и YAG-Ho лазера, применявшегося с данной целью ранее. Показаны перспективы данного универсального способа термопластики хрящевой ткани, который может быть широко использован в других областях медицины после определенной модификации.
Изучены возможности применения излучения волоконного на Er-активированном стекле лазера у больных различными формами хронических ринитов. Разработаны наиболее оптимальные методы операций, определены показания к проведению, доказана эффективность их клинического применения. Проведен сравнительный анализ результатов лечения данных больных при использовании излучения волоконного на Er-активированном стекле и YAG-Ho лазеров.
Изучены особенности применения излучения современных хирургических лазеров у больных полипозным синуситом. Разработаны показания, методы операций и послеоперационного ведения больных при проведении лазерной полипотомии носа. Доказана эффективность данных операций, характеризующихся низким процентом интра- и послеоперационных осложнений, длительной ремиссией в сравнении с традиционными методами полипотомии носа. Показана возможность применения лазерной полипотомии носа как метода выбора у больных с отягощенным терапевтическим анамнезом, при наличии противопоказаний к проведению обычных методов хирургического лечения.
Изучены возможности применения излучения волоконного на Er-активированном стекле и YAG-Ho лазеров у больных хроническим гнойным средним отитом с целью удаления грануляций, полипов, рубцовой ткани. Внедрены в практику методики воздействий, в том числе у больных с длительно незаживающей трепанационной полостью после санирующих операций на ухе. Проведена оценка ближайших и отдаленных результатов лечения. Доказана эффективность комплексного метода воздействия, основанного на применении лазерной энергии, что в целом ряде случаев позволяет добиться стойкой эпидермизации трепанационной полости после санирующей операции на ухе.
Впервые лазерное излучение вообще и излучение волоконного на Er-активированном стекле лазера в частности, применено у больных с евстахиитом. Разработан и внедрен в клиническую практику метод лазерного шунтирования барабанной полости у данных больных. Абсолютная безопасность метода сочетается с простотой и амбулаторным характером вмешательства, что предполагает его широкое применение как альтернативного метода традиционному шунтированию барабаной полости. Прослежены ближайшие и отдаленные результаты лечения. Показаны перспективы метода при лечении больных хроническим евстахиитом, обеспечивающим восстановление функций слуховой трубы.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Излучение нового высокоэнергетического волоконного лазера на Er-активированном стекле с длиной волны 1,56мкм является оптимальным при проведении комплекса лазерных воздействий в оториноларингологии.
2. Сравнительная характеристика свойств современных хирургических лазеров, основанная на экспериментальных и клинических исследованиях, показала эффективность и безопасность излучения волоконного на Er-активированном стекле и ИАГ-гольмиевого лазеров при выполнении целого ряда операций на структурах полости носа и среднего уха.
3. Современные высокоэнергетические лазерные технологии при лечении больных с заболеваниями полости носа, околоносовых пазух и среднего уха отличаются малоинвазивностью, функциональностью воздействия, широким диапазоном лечебного эффекта от пластического запланированного недеструктивного изменения формы хрящевой ткани до разрушающего, коагулирующего и испаряющего действий.
4. Способы и методы лазерного хирургического воздействия в оториноларингологии являются эффективными, безопасными, экономичными, что обеспечивает возможность их широкого использования и перспективы дальнейшего развития высокоэнергетических лазерных технологий.
Апробация работы.
Основные положения работы доложены:
1) На научных конференциях кафедры болезней уха, горла и носа ММА имени И.М. Сеченова; 2) На заседаниях Московского научного общества оториноларингологов; 3) На научно-практических конференциях оториноларингологического общества Тульской области; 4) На Международном симпозиуме «BIOS 1998», г. Сан-Хосе, Калифорния, США, 1998г.; 5) На XVI съезде оториноларингологов России, г. Сочи, 21–24.03.2001г.; 6) На Научно-практической конференции российских учёных «Актуальные аспекты лазерной медицины» - г. Калуга, сентябрь 2002г.; 7) На Российской Научно-практической конференции «Современные проблемы заболеваний верхних дыхательных путей и уха». – Москва, 2002г.; 8) На Российской научно-практической конференции оториноларингологов «Опыт лечебной работы и обучение в оториноларингологии». – 18–19.11.03г. - г. Москва; 9) На III Российской научно - практической конференции «Наука и практика в оториноларингологии». - Москва, 2004г.; 10) На Международной научно-практической конференции «Лазерные технологии в медицинской науке и практическом здравоохранении»; г. Москва, 7–8.10.04г.; 11) На VI конгрессе Российского общества ринологов, г. Санкт-Петербург; 16–18.05.05г.; 12) На научно-практической конференции «Полупроводниковые и волоконные лазеры в медицине», г. Санкт-Петербург, 9–10.12.04г.; 13) На заседании научного общества оториноларингологов Владимирской области 15.09.05г.; 14) На научно-практической конференции «Применение полупроводниковых лазеров в медицине», г. Санкт-Петербург, 25–26.05.06г.; 15) На XVII съезде оториноларингологов России, г. Нижний Новгород, 7–9.06.06г.; 16) На юбилейной конференции, посвящённой 110-летию клиники болезней уха, горла и носа ММА имени И.М.Сеченова «Клиника болезней уха, горла и носа: из XIX в XXI век». – Москва. – 06.10.06г.
Внедрение в практику.
Методы лечения больных с заболеваниями носа и уха с помощью излучения хирургических лазеров широко используются в клинике болезней уха, горла и носа ММА имени И. М. Сеченова, в оториноларингологическом отделении Тульской областной больницы, в ЛОР-отделении Сургутской окружной клинической больницы.
Структура и объём работы.
Текст диссертации изложен на 323 страницах машинописного текста; состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и библиографии, включающей 421 источник, в том числе 238 отечественных авторов. Работа иллюстрирована 57 рисунками и 19 таблицами.
Хирургические лазеры - основа высокотехнологичных способов и методов лечения в оториноларингологии
Электромагнитное излучение — это волны или фотоны, испускаемые ускоренно движущимися заряженными частицами. В зависимости от длины волны различают гамма- (у-), рентгеновское, оптическое, СВЧ- и радиоволновое излучение. Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов, условные границы длин волн которого располагаются от 1нм до 1мм (49). Источники оптического излучения делятся на естественные -например солнце, и искусственные, излучающие в различных спектральных диапазонах.
Различают тепловое и нетепловое виды излучения. Абсолютно все нагретые тела испускают тепловое излучение, интенсивность и спектральный состав которого определяются только температурой объекта. Регистрация теплового излучения биотканей человека (термография) успешно используется в медицинской диагностике (52; 303).
Интенсивность и спектральные характеристики нетеплового излучения определяются не только и не столько температурой тела (51). Одним из представителей искусственных источников нетеплового излучения являются оптические квантовые генераторы — лазеры. Это наиболее совершенный источник света. Термин лазер является аббревиатурой английского выражения "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", что означает "усиление света посредством стимулированного испускания излучения" (93). Составными элементами любого лазера являются рабочее тело (активная среда), система накопления и доставки энергии для накачки лазерной среды (лампа накачки) и зеркальный (оптический) резонатор. По виду активной среды различают газовые, жидкостные, полупроводниковые и твердотельные лазеры. В разных лазерах возможны различные способы создания инверсии населённости (перевода атомов активной среды в возбуждённое состояние) — оптическая накачка, разряд в газах, поток радиоактивных частиц, химические реакции (48).
Характеристиками лазерного света являются когерентность, монохроматичность и направленность (коллимированность). Когерентным является излучение, частота и фаза которого в любой точке пространства и в любой момент времени строго определены, то есть электромагнитная волна имеет постоянный во времени сдвиг фазы для двух произвольных точек. Когерентность - свойство, тесно связанное с монохроматичностью, определяемое тем, что в лазере усиливается только волна, частота которой одновременно равна и частоте лазерного перехода, и собственной частоте резонатора лазера. Именно это обстоятельство позволяет использовать лазеры в качестве высокостабильных эталонов частоты и времени, измерять расстояния с погрешностью, равной размерам ядер атомов и даже меньшей (64). Следствием высокой направленности лазерного пучка является его яркость, то есть мощность, превосходящая яркость практически любого обычного источника света. Благодаря этим свойствам лазерного луча возможна значительная концентрация энергии в малом объеме вещества (90; 91; 93) Лазерный луч можно транспортировать на большие расстояния практически без потери интенсивности (21). Важнейшим достоинством лазерных приборов является возможность использования различных режимов излучения - непрерывного и импульсных, с любой длительностью световых импульсов. Чем короче импульс, тем выше мощность воздействия лазера в течение импульса (48; 49).
Основные принципы физики лазеров были заложены еще в начале XX столетия Альбертом Эйнштейном (288) и Нильсом Бором. Однако прообраз лазера - мазер (Microwave Amplified by Stimulated Emission of Radiation -усиление СВЧ-колебаний (микроволновых) с помощью индуцированного излучения) был разработан только в середине 50-х годов прошлого века практически одновременно в СССР Н.Г. Басовым и A.M. Прохоровым и в США А.Л. Шавловым, Дж.П. Гордоном, Х.Дж. Цайгером и Ч. Таунсом (175; 319). Первый же работающий твердотельный лазер на искусственном рубиновом кристалле был создан в 1960 году Т. Мейманом (72).
Дальнейшие исследования привели к созданию разнообразных видов лазеров, различающихся типом активной среды, источниками энергии возбуждения, параметрами генерируемого излучения, режимами работы, габаритами, областью применения. Разработка и внедрение в медицинскую практику излучения оптических квантовых генераторов в нашей стране начались с 1965 года, после создания С02-лазера (112).
Работа лазера основана на трёх фундаментальных процессах, происходящих при взаимодействии электромагнитных волн с веществом — их спонтанном и вынужденном излучении и поглощении с преобразованием энергии электромагнитного поля в другие виды энергии. Функционирование любого лазера основано на принципе усиления оптического излучения. Для этого в активной среде под действием источника энергии создаются возбужденные частицы (атомы, молекулы, ионы). Наиболее распространенными являются способы возбуждения активной среды интенсивным светом (твердые, жидкие и газовые среды), электрическим током (полупроводники) и электрическим разрядом (газы). Возбужденные частицы могут излучать фотоны, как спонтанно, так и вынужденно под действием других фотонов. Оптический резонатор (как правило, это система зеркал) служит для управления этим процессом (72; 91; 93). Поток фотонов в оптическом резонаторе увеличивается до тех пор, пока плотность энергии излучения не достигнет значения, достаточного для выхода луча наружу.
В настоящее время оптические квантовые генераторы занимают значительное место в нашей жизни, оказывая огромное влияние на практически все области человеческой деятельности, стимулируют создание новых научных и практических направлений и открывают неограниченные возможности для их применения. Разработка новых оптических квантовых генераторов и изучение их возможностей использования в медицинских целях продолжается (98; 99; 112; 201; 352).
Одно из ведущих мест в лазерологии, в том числе и медицинской, занимает отечественная наука и её выдающие представители - Прохоров A.M., Ахманов С.А., Басов Н.Г., Маненков А.А., Барчуков А.И., Хохлов Р.В., Крохин О.Н., Вул Б.М., Попов Ю.М., Летохов B.C., Чеботаев В.П., Стельмах М.Ф., Скобелкин O.K., Девятков Н.Д., Плетнёв С.Д. и многие другие.
Важнейшими направлениями исследований в области квантовой электроники являются поиски новых разнообразных видов активных сред и изучение их свойств, создание новых лазеров и исследование их свойств, изучение особенностей лазерного излучения и возможностей его использования, поиски новых применений лазерного излучения, создание новых приборов и систем для различных областей науки и техники (21; 26; 185; 186; 289).
Определение наиболее оптимальных длин волн лазерного излучения для лечения различной патологии верхних дыхательных путей и уха
Волоконные лазеры, по сравнению с традиционными оптическими квантовыми генераторами, обладают определёнными преимуществами, что позволяет им найти свою нишу во многих областях применения, а в некоторых случаях и заменить традиционные источники лазерного излучения.
Волоконные лазеры отличаются от других лазеров (например, полупроводниковых или твердотельных, в которых волокно используется для доставки излучения) тем, что генерация излучения (усиление света) осуществляется непосредственно в волокне.
Большинство лазеров, которые до сих пор широко используются в практике, имеют определенные недостатки, обусловленные их низкой эффективностью, особенностью конструкции, в частности тем, что они состоят из отдельных оптических элементов, весьма точно расположенных (съюстированньк) друг относительно друга. Малейшее нарушение взаимного расположения элементов в таких лазерах приводит к уменьшению мощности лазерного излучения или его исчезновению.
В такой конструкции возникает еще одна проблема - пыль и влага, попадающие внутрь лазерного резонатора, поглощают лазерное излучение. Это в
лучшем случае приводит к снижению уровня выходной мощности, а в худшем - к выходу из строя (прогоранию) элементов, образующих лазер. Данные проблемы во многом были устранены при разработке в последнем десятилетии XX века мощных волоконных лазеров. Исчезла необходимость в мощном специальном питании и жидкостном охлаждении, уменьшились габариты и вес аппаратов (13; 40).
Начало бурного развития волоконных лазеров относится к концу 80-х годов прошлого века, когда было показано, что волоконные световоды, легированные ионами эрбия Ег+, хорошо подходят для волоконных усилителей сигнала на длинах волн в диапазоне 1530 - 1560нм. Именно в том диапазоне кварцевые волоконные световоды, широко используемые в оптоволоконных системах связи, имеют минимальные оптические потери. Волоконные лазеры только начинают активно внедряться в практическую медицину. Однако прогресс в развитии волоконных лазеров является настолько быстрым, а достоинства настолько велики, что вскоре лазеры этого класса по праву смогут занять заметное место среди указанных нами ранее источников лазерного изучения, используемых в биофотонике и практической лазерной медицине, и даже заменить некоторые из них.
В основе таких лазеров лежит использование волоконных световодов с двойной оболочкой и сердцевиной, легированной активной примесью. Также в них не требуется использования специальных мер для предотвращения лазерного пробоя материала световода.
Разработанные в России технологии позволяют выполнять полупроводниковый лазерный модуль в виде интегрального волоконного устройства, внутри которого осуществляется суммирование мощностей отдельных диодов, при этом отпадает необходимость в юстировках. Фактически такое устройство представляет собой моток оптического волокна с приваренными к нему лазерными диодами (рисунок 1). Излучение данных приборов соприкасается с окружающей средой только на выходе. Этим обуславливается низкая чувствительность к механическим и климатическим воздействиям. Кроме этого, используемые полупроводниковые диоды в волоконных лазерах отличают высокая надежность и большой ресурс работы (13; 40).
Современные волоконные лазеры позволяют получать достаточно мощное инфракрасное излучение на любой длине волны от 900 до 2000нм. В качестве активного элемента в них используется волокно, внутри которого формируются лазерные зеркала, а накачка производится мощным лазерным диодом.
Большой интерес для клинического использования представляет современный волоконный лазерный скальпель (ЛС(ЛПС)-1,56) на эрбий-активированном стекле (длина волны X = 1,56мкм). Данный лазер разработан НТО «ИРЭ-Полюс» (13; 40).
Приоритет использования излучения волоконного лазера на эрбий-активированном стекле в лечении больных с патологией ЛОР-органов принадлежит клинике болезней уха, горла и носа ММА имени И.М. Сеченова.
На основе волоконного лазера корпорацией ARCUO MEDICAL INC. (АРКЮО МЕДИКАЛ ИНК.) разработана и выпускается лазерная медицинская установка для модификации хрящевой ткани «Лазерный Септокорректор» ЛСК-701, преназначенная для коррекции формы перегородки носа.
Волоконный лазер на эрбий-активированном стекле отличается удобством в обращении, надежностью и экономичностью. В данной установке представлены основные преимущества волоконных лазеров, а именно - малые габариты, вес и энергопотребление (достаточно бытовой электросети). Отсутствие потребности в жидкостном охлаждении, высокая надежность и большой ресурс работы, простота в обращении, отсутствие необходимости в частом проведении регламентных работ и квалифицированном обслуживании обусловливают возможность использования данного вида лазерной установки во многих медицинских учреждениях - от небольших кабинетов до крупных клиник и научно-исследовательских институтов. Кроме этого, высокая стабильность параметров, простота управления характеристиками излучения (мощность, модуляция), низкая чувствительность к механическим и климатическим воздействиям, дополняют положительные аспекты работы данного прибора.
Помимо технических преимуществ, имеются и экономические выгоды -существенно более низкая стоимость аппарата по сравнению с большинством видов высокоэнергетических оптических квантовых генераторов, незначительные расходы при его эксплуатации.
Основные эффекты лазерного воздействия на биоткани определяются длиной волны излучения и его мощностью. Длина волны излучения эрбиевого волоконного лазера (X = 1,56мкм) является достаточно безопасной для глаза человека. Характерная глубина проникновения этого излучения в биоткань составляет примерно 1,0мм. При попадании рассеянного излучения этого лазера в глаз человека не происходит разрушения поверхностных слоев органа зрения (роговицы, склеры), а также исключено сколько-нибудь значительное тепловое воздействие на внутренние слои глаза.
Консервативные методы лечения больных различной патологией верхних дыхательных путей и уха на фоне использования высокоэнергетических лазерных технологий
Всем пациентам как основных, так и контрольных групп, в предоперационном периоде проводилось стандартное клиническое обследование. Обязательными были общие анализы крови, мочи, коагулограмма, свёртываемость и время кровотечения, анализы крови на RW, ВИЧ, HCV, Hbs, определялись группа крови и резус-фактор.
Пациентам с заболеваниями полости носа и околоносовых пазух проводилось рентгенологическое исследование или компьютерная томография околоносовых пазух, эндоскопическое исследование полости носа и носоглотки, ринопневмоманометрия, исследование мукоцилиарного транспорта, исследование носовой слизи на эозинофилы, оценка секреторной функции и чувствительность слизистой оболочки полости носа (Пискунов Г.З., Пискунов С.З. 2002).
Стандартное эндоскопическое исследование полости носа проводилось больным в дооперационном периоде и в различные сроки после вмешательства с использованием жёстких эндоскопов 0, 25 и 30 фирм Richard Wolf и Storz. Перед проведением исследование производилась анемизация слизистой оболочки полости носа 0,001% раствором адреналина или 0,1% раствором нафтизина и аппликационная анестезия 2,0% раствором лидокаина. Во всех случаях целью было осмотреть нижний, средний и верхний носовые ходы и носоглотку.
Секреторную функцию слизистой оболочки полости носа мы определяли с помощью пробы с ваткой. Для этого небольшой рыхлый сухой ватный шарик вводился в средние отделы общего носового хода с обеих сторон на 3 минуты, после чего оценивалось содержание слизи в вате. Полное пропитывание ватного шарика назальным секретом указывало на повышение секреторной функции слизистой оболочки полости носа, незначительное содержание слизи в вате - на нормальное состояние, отсутствие пропитывание — снижение
121 секреторной функции. Как снижение, так и повышение секреторной функции слизистой оболочки полости носа, расценивалось как проявление хронического ринита. Секреторная функция определялась до и после хирургического вмешательства.
Больным с патологией полости носа до и в среднем через месяц после операции проводилось исследование чувствительности слизистой оболочки полости носа. Оценивалась реакция больного на лёгкое прикосновение пуговчатого зонда к переднему концу средней носовой раковины. При нормальной чувствительности пациент ощущал контакт с зондом без каких-либо неприятных явлений, при сниженной - прикосновения не чувствовалось, при повышенной - дотрагивание зондом сопровождалось различными рефлекторными или болевыми реакциями. Нарушение чувствительности слизистой оболочки полости носа, как в сторону повышения, так и снижения, расценивалось как проявление хронического ринита.
Исследование мукоцилиарного транспорта все больным производилось с помощью сахаринового теста. Сахариновая пыль наносилась на передний конец нижней носовой раковины, после чего фиксировалось время появления ощущения сладкого привкуса пациентом. Исследование проводилось до и через определённое время после хирургического вмешательства.
Состояние дыхательной функции носа оценивалась методом прямой активной ринопневмоманометрии на аппарате «Rinospir - 164» фирмы G. Heinemann Medizintechnik GmbH (Германия). При этом оценивались суммарный объемный поток и зависимость объемного потока от давления для обеих половин полости носа. Исследование проводилось непосредственно перед операцией и в среднем через месяц после вмешательства.
Рентгенография околоносовых пазух всем ринологическим больным производилась до хирургического лечения в носоподбородочной проекции, в ряде случаев дополнительно - в носолобной и сагиттальной проекциях.
Компьютерная томография больным с патологией носа и околоносовых пазух проводилась в дооперационном периоде в 2 проекциях - аксиальной и коронарной с толщиной среза 5,0мм. С помощью данного исследования проводилось уточнение степени распространённости патологического процесса и индивидуальных анатомических особенностей пациента.
Больным с патологией уха проводились исследование слуха, тимпанометрия, ETF-тест по методике Holmquist (1979), определение акустического рефлекса, отоневрологический осмотр, рентгенологическое исследование и компьютерная томография височных костей и околоносовых пазух, бактериологическое исследование ушного секрета, эндоскопическое исследование полости носа и носоглотки.
Исследование слуха производилось до и после хирургического вмешательства. Оценка слуховой функции осуществлялась с помощью шепотной и разговорной речи, камертональных проб Вебера, Ринне, Федеричи, тональной пороговой аудиометрии в диапазоне частот от 125Гц до 8000Гц, по показаниям - до 20000Гц.
С помощью тимпанометрии (измерении акустического импеданса (по современному определению - акустической проводимости) при разном давлении в наружном слуховом проходе) оценивалось давление в барабанной полости у пациентов с целой барабанной перепонкой. При проведении тимпанометрии дополнительно определялся акустический рефлекс.
Метод исследования функции слуховой трубы по методике, предложенной Holmquist, - ETF-тест - проводился с помощью анализатора среднего уха GSI Tympstar. Исследование позволяет определить способность евстахиевой трубы открываться под давлением заданной величины, создаваемым в наружном слуховом проходе. На функциональное состояние слуховой трубы указывает величина давления, при котором происходит её открытие.
антибиотикам проводились в межклинической бактериологической лаборатории ММА им. И.М. Сеченова. После посева материала на селективные Микробиологическое исследование мазков из среднего уха на флору и чувствительность к питательные среды и идентификации возбудителя определялась лекарственная устойчивость микроорганизмов.
Рентгенологическое исследование височных костей производилось в проекциях Шюллера и Майера, компьютерная томография височных костей -в аксиальной и коронарной проекциях с шагом сканирования от 2,0 до 5,0мм. Данные виды исследования проводились перед хирургическим вмешательством для уточнения локализации и объема распространения патологического процесса в области среднего уха, исключения значительных костных деструктивных изменений.
Отоневрологическое обследование проводилось до и после хирургического вмешательства на среднем ухе. Оценивалось функциональное состояние переферических отделов обонятельного, вкусового, вестибулярного и слухового анализаторов.
При необходимости пациентам основной и контрольной групп проводилось электрокардиографическое исследование, функция внешнего дыхания, консультации терапевта, невропатолога, окулиста, стоматолога и аллерголога.
Лазерная септохондрокоррекция - безопасный и эффективный метод моделирования деформированного хряща перегородки носа
Выбор энергии излучения зависел от степени выраженности отёка полипозной ткани, оценка проводилась визуально, чем большее количество жидкости содержалось в ткани, тем было выше значение энергии излучения лазера. Это обусловлено тем, что часть энергии расходуется на испарение воды и только после этого лазерное излечение воздействует непосредственно на биомолекулы.
С использованием излучения ИАГ-гольмиевого лазера были прооперированы 40 пациентов с полипозным риносинуситом исследуемой группы, волоконного лазера на эрбий-активированном стекле - 60.
Положительными моментами данных видов лазерных аппаратов являются наличие гибкого кварц-полимерного волокна, что позволяет подводить лазерное излучение непосредственно к полипозной ткани, импульсно-периодический режим работы, обеспечивающий минимальный нагрев окружающих структур, значительное поглощение энергии излучения водой, которая является основной составляющей полипозной ткани полости носа.
При работе с ИАГ-гольмиевым лазером техника операции была следующей - после анестезии проводилось поступательное введение световода в рабочем состоянии с пилотным лучом в ткань полипа, начиная с его дистальных отделов до ножки под контролем эндоскопической техники (рисунок 49). Продвижение световода вглубь производилось после деструкции и испарения его более поверхностных отделов. 8 пациентам сразу после анестезии был произведен надлом средней носовой раковины и смещение её медиально с целью улучшения обзора и облегчения доступа в область среднего носового хода. В процессе хирургического вмешательства на биоткань осуществлялось воздействие лучом лазера с параметрами излучения: энергия 1,8 - 2,5Дж, частота - 5Гц, длина волны - 2,09мкм. Продолжительность экспозиции определялась размерами полипа и составляла 5-16 секунд. Наиболее оптимально, по нашему мнению, было использование излучения ИАГ-гольмиевого лазера при воздействии на полипы полости носа диаметром до 1,0см; на испарение более крупных полипов необходимо значительное время, поэтому в данных случаях удобнее использовать лазерное излучение с большей глубиной проникновения в биоткани.
Воздействие излучения ИАГ-гольмиевого лазера, вследствие относительно небольшой глубины его проникновения в ткани и высокой пиковой энергии, приводит к образованию акустической и ударной волны, как бы «взрывающей» ткани. Это обусловливает достаточно быструю деструкцию полипов полости носа, однако значительно затрудняет визуальный контроль, особенно при использовании эндоскопической техники. Значительное количество мелких фрагментов биоткани и продуктов её деструкции под действием акустической волны распределяется в полости носа на достаточно продолжительное время (до десятков секунд) и препятствует достаточному обзору в области воздействия, особенно при работе с эндоскопической техникой, что создаёт дополнительные сложности при воздействии лазерным излучением в близких к соустьям с околоносовыми пазухами зонам, повышает риск травматизации окружающих тканей в анатомически узких пространствах.
Однако эти отрицательные моменты не являются принципиальными и не умаляют достоинств метода испарения носовых полипов лучом ИАГ-гольмиевого лазера. У всех 40 пациентов полипозная ткань в полости носа была полностью испарена.
Испарение крупных полипов занимает значительно большее время. В данных ситуациях (размеры полипов более 1,0см в диаметре) оптимальны коагулирующие свойства энергии волоконного лазера на эрбий-активированном стекле. Особенно эффективным при воздействии излучения вышеуказанного лазера является введение световода через ткань полипа в область его ножки в зоне соустьев с синусами. Это позволяет вызвать деструкцию полипозной ткани достаточно глубоко, что удлиняет период повторного роста полипа.
При работе с волоконным лазером на эрбий-активированном стекле параметры излучения были следующими - мощность - 4 — 5Вт, режим импульсный 500мс через 200мс. Длительность экспозиции зависела от размеров и типа полипа и составляла в среднем 10 - 18с на каждый биологический объект. Чем большее количество жидкости содержалось в ткани полипа, чем крупнее были размеры полипа, тем большими оказывались экспозиция и мощность воздействия. Количество жидкости в полипозной ткани определялось визуально, параметры лазерного воздействия контролировались и могли изменяться в процессе операции в зависимости от результатов. Обший вид лазерной (ЛПС - 1,56) и эндоскопической установок представлен на рисунке
Для удобства обзора и лучшего доступа 21 пациенту в начале операции было произведено медиальное смещение средней носовой раковины после её надлома. После анестезии кварц-полимерное волокно с пилотным лучом устанавливалось вплотную к свободному краю полипа. Затем на фоне воздействия излучения световод поступательно передвигался в направлении ножки (рисунок 50). При этом не было обязательным полное испарение дистальных отделов полипа. В области ножки воздействие производилось в течение 4 — 5 секунд, затем световод извлекался из полипа также в работающем режиме. После проведенной обработки полипа лазерным излучением происходило некоторое уменьшение его объёма, что способствовало улучшению обзора полости носа во время операции.
Под контролем эндоскопа таким образом обрабатывались все полипы полости носа (рисунок 51). Часть полипов отторгалась уже во время операции, в некоторых случаях для улучшения обзора и удобства работы хирурга проводилась полная абляция полипа или удаления полипа после лазерной обработки щипцами Гартмана или пинцетом без каких-либо усилий. Основное количество полипов выпадали или извлекались врачом из полости носа на 2 — 4 день после хирургического вмешательства в отсутствие кровотечения и каких-либо неприятных или болевых ощущений для больного.
