Лазерная многофункциональная техника для физио-, рефлексотерапии и хирургии

Аннотация

На основе проведенных исследований и медицинской практики разработаны медико-технические требования для создания нового поколения лазерной техники. В результате сконструированы и освоены новые типы лазерной медицинской аппаратуры, основанные на использовании низко- и высокоинтенсивного лазерного излучения.

Полный текст

Одной из важнейших характеристик лазерного излучения является его спектральная характеристика, или длина волны, измеряемая в нанометрах или микрометрах (1 м = 10⁶ мкм, 1 мкм = 1000 нм; 1 м = 10⁹нм). Энергия фотонов и химических связей биосубстрата схематически показана на рис. 1.

Рис. 1. Энергия фотонов и связей биосубстрата.

Рис. 2. Поглощение лазерного излучения в зависимости от длины волны: а - кривые светового поглощения меланина (1) и гемоглобина (2); б - прохождение светового излучения в воде.

Рис. 3. Графическое представление закона Бугера — Ламберта — Бера. % е — глубина проникновения в ткань (при глубине Xе = интенсивность составляет 37% от интенсивности на поверхности ткани); а — коэффициент поглощения; ß — коэффициент отражения.

Согласно результатам исследований, фотобиологической активностью лазерное излучение обладает в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной областях. Фотохимическое и фотофизическое действие может оказывать только то излучение, которое поглощается биотканью. В этом процессе важны два фактора: общее количество энергии, точнее, число квантов света, поглощаемых в единицу времени, то есть скорость фотопроцесса, и величина поглощаемого кванта света, определяющая энергетику самой фотореакции. Чем ближе излучение к УФ-области спектра, тем выраженнее тепловое действие квантов света и выше фотохимическая активность.

Биоткани в подавляющем случае являются интенсивно рассеивающими средами, их толщина и структура влияют на поглощение лазерного излучения. Степень рассеивания света зависит от длины лазерного излучения и оптических свойств биоткани — коэффициента отражения и коэффициента поглощения участками ткани (рис. 2 ).

Глубина проникновения лазерного излучения в биоткань находится в экспоненциальной зависимости от интенсивности излучения. Эта зависимость известна как закон Бугера — Ламберта — Бера (рис. 3).

Хирургическое вмешательство (даже лазерное) не всегда необходимо. Хорошие результаты можно получить за счет низкоинтенсивного лазерного излучения, применяемого в физио- и рефлексотерапии. Для получения оптимального лечебного эффектa выявлены основные принципы лазерной текший, но для их выполнения потребовался дополнительный технический анализ. К моменту работы было изучено более двухсот лазерных терапевтических аппаратов. Все они в основном оптимизировались по двум параметрам: длине волны и выходной мощности. В этой связи их можно разделить на три группы в зависимости от вида используемого лазера: 1) He-Ne-лазеры непрерывного режима генерации (длина волны — 0,63 мкм, мощность — не выше 20 мВт); 2) полупроводниковые лазеры непрерывного режима генерации (длина волны — 0,8 — 1,3 мкм, мощность — в пределах от 2 до 50 мВт); 3) полупроводниковые лазеры импульсного режима генерации (длина волны — 0,8 — 0,9 мкм, мощность — 2 — 15 Вт).

Исходя из результатов анализа механизмов действия на биоткань с учетом несовершенств серийно выпускаемой аппаратуры были определены следующие нерешенные проблемы лазерной физико- и рефлексотерапии: 1) разработка аппаратуры ультрафиолетового и зеленого диапазонов длин волн; 2) конструктивная реализация повышения мощности и модуляции излучения красного диапазона длин волн; 3) аппаратурная реализация комбинированных электролазерных и многочастотных лазерных методов для физио- и рефлексотерапии; 4) создание средств эффективной модуляции и биоуправления лазерного излучения; 5) разработка автоматизированной базы для эффективного выбора техники и методики процедур лазерной физио- и рефлексотерапии.

В результате ряда конструктивных решений и клинических испытаний впервые в России упомянутые проблемы создания лазерной медицинской аппаратуры с ее последующей реализацией и автоматической оптимизацией лазерного излучения были разрешены.

Приводим краткую характеристику разработанных и внедренных в лечебную практику лазерных медицинских аппаратов.

1.При разработке лазерного ультрафиолетового препарата “Ливень” применен излучатель серийного лазера ЛГИ-21 (длина волны — 0,337 мкм, плавная регулировка мощности — от 0 до 2 мВт, импульсный режим работы с частотой 10 — 100 Гц). Совместно с Институтом им. Склифосовского и Российским лазерным центром аппарат был успешно использован для лечения гнойных, ожоговых ран и других заболеваний без хирургического вмешательства.

2. Для аппаратурной реализации установки в зеленой области спектра (длина волны — 0,53 мкм, средняя мощность — 0,63 Вт) был применен серийно выпускаемый гранатовый (ИАГ-Nd³⁺) одномодовый лазер ЛТИ-709 с удвоением частоты.

Результаты медицинских испытаний, проведенных совместно с ЦНИИ стоматологии, позволяют рекомендовать аппарат для лечения заболеваний полости рта и в челюстно-лицевой хирургии.

3. Разработанная и серийно выпускаемая (под руководством автора) аппаратура на базе красных гелий-неоновых лазеров, подобная “Истоку” и “Лееру”, качественно превосходит выпущенные до них установки “Ягода” и УЛФ, но предпочтительнее терапевтический переносный лазерный аппарат ТПЛА. При его создании впервые использована конструкция “сложенного” резонатора, и при малых габаритах и весе мощность на выходе световода достигает 40 мВт. Сущность “сложенного” резонатора заключается в том, чтобы за счет многократного отражения светового пучка от дополнительных зеркал внутри резонатора конструктивно удлинить резонатор для обеспечения повышенной мощности излучения без увеличения габаритов и веса излучателя.
4. При ряде заболеваний для повышения эффективности лечения требуется комбинированное воздействие на биологически активные точки и рефлексогенные зоны. С этой целью впервые в стране создан и внедрен аппарат лазерной и электростиму- ляционной рефлексотерапии “Контакт” (рис. 4).

Рис. 4. Аппарат лазерной и электростимуляционной терапии “Контакт”.

5. Впервые в стране разработан и внедрен электролазерный аппарат “Ярило”, обеспечивающий комбинированое воздействие излучения двух длин волн (0,63 мкм и 0,89 мкм) и электростимуляцию непосредственно на патологическую зону с получением синэнергетического (то есть одновременного) эффекта (рис. 5). Аппарат может быть применен при некоторых специфических заболеваниях, например при хроническом простатите.
6. Для более мягкого воздействия на биологические активные точки и и рефлексогенные зоны при улучшенном терапевтическом эффекте впервые в России была решена техническая задача обеспечения модуляции лазерного излучения шумовым сигналом. С этой целью в ранее разработанные при участии автора аппараты серии АЛТП-2 и АЛТП-2-1 введены последовательно соединенные генератор шума и фильтр нижних частот с амплитудно-частотной характеристикой вида I/f “фликер” — шум (f= 2 Гц — 20 кГц).
7. К настоящему времени на основании медицинских и инструментальных исследований по применению лазерной техники в терапии накоплен арсенал методов лечения различных заболеваний. С целью полного, своевременного и оперативного представления информации врачу-специалисту при минимальных временных и материальных затратах совместно с КФМЭИ (кафедра промышленной электроники) разработана автоматизированная информационная база выбора техники и методики процедур (АРМ). Внешний вид АРМ и его блок-схема приведены на рис. 6 и 7.

Рис. 5. Схема лечения с применением электролазерного аппарата “Ярило”.

Рис. 6. Внешний вид автоматизированного рабочего места (АРМ) врача.

Рис. 7. Блок-схема (спецификация) автоматизированного рабочего места врача.

Условные обозначения: 1 — компьютер типа МС-0517 или совместимый с IBM PC/AT монитор, процессорный блок, клавиатура, принтер (предназначен для автоматизированного расчета индивидуальных доз облучения), 2 — интерфейс (предназначен для электронного сопряжения компьютера с лазерным излучателем), 3 — лазер (блок питания, лазерный излучатель), 4 — программное обеспечение.

8. Различные гипотезы механизма действия лазерного излучения позволили определить акцепторы поглощения разных длин волн, которые помогают установить пороговые значения терапевтической дозы и мощности. Но практически даже эти параметры бывают весьма противоречивыми. Отсюда возникает задача автоматической оптимизации режима лазерного излучения — биоуправления. Суть биоуправления состоит в модуляции интенсивности лазерного излучения сигналами датчика биоритма самого больного. В прямых экспериментах на тканевом уровне доказано, что фазы усиления клеток совпадают с увеличением кровенаполнения ткани. Следовательно, благоприятные моменты терапевтического воздействия должны приходиться на фазы сокращения сердца и вдоха больного. В настоящее время удалось технически реализовать блок биоуправления для аппаратов АЛТП-Био, АЛТМ-Био, “Контакт”-Био, который позволяет модулировать интенсивность излучения сигналами сдатчиков пульса и дыхания, расположенных на теле больного.

Лазерные пучки высокой интенсивности нашли применение в различных областях хирургии. Сфокусированный лазерный пучок является уникальным скальпелем. С его помощью возможно проведение бескровных операций (“сухое поле”), так как оптическое излучение как бы заваривает кровеносные сосуды. Такой метод хирургии отличается высокой стерильностью в силу исключения контакта живой ткани с инструментом. При непосредственном участии автора была создана и реализована на практике лазерная хирургическая установка на основе СО₂-лазера “Скальпель-1”.

В ходе дальнейшего применения высокоинтенсивного лазерного излучения были разработаны и внедрены хирургические установки для ожоговой хирургии “Ромашка-1” и установка для микрохирургии “Ромашка-2”. Одно из основных достоинств установки “Ромашка-2” — уникальная конструкция светопровода, позволяющая адаптировать ее с кольпоскопом и хирургическим микроскопом. В этой связи установка является многофункциональной и конкурентоспособной.

В настоящее время при непосредственном участии автора ведутся работы в области применений* высокоинтенсивного излучения на гранатовых лазерах. Среди них следует отметить “Литотриптор” — установку для разрушения камней в почках и эндодентическую (стоматологическую) установку для замены бормашины.

Таким образом, новейшая лазерная техника обладает рядом достоинств, позволяющих применять ее в профилактике, диагностике и лечении заболеваний. Ее использование особенно экономично и эффективно в условиях дефицита медикаментов, медикаментозной перегрузки больных, роста заболеваемости СПИДом и перехода к страховой медицине.