ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АБЛЯЦИИ МЫШЕЧНЫХ ТКАНЕЙ НЕПРЕРЫВНЫМ И УЛЬТРАКОРОТКИМ ИМПУЛЬСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ ДВУХМИКРОННОГО СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-379-380

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АБЛЯЦИИ МЫШЕЧНЫХ ТКАНЕЙ НЕПРЕРЫВНЫМ И УЛЬТРАКОРОТКИМ ИМПУЛЬСНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ ДВУХМИКРОННОГО СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА

12* 1 1 13 2

Копьева М.С. ' , Филатова С.А. , Камынин В.А. , Козликина Е.И. ' , Асташов В.В. , Лощенов В.Б.1г3, Чехлова Т.К.2, Цветков В.Б.1

'Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, г. Москва 2Российский университет дружбы народов, г. Москва 3Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, г. Москва E-mail: mashutka_kopyova@mail. ru

Гольмиевые (Ho3) лазерные системы с длиной волны излучения 2 - 2.1 мкм широко применяются во многих медицинских областях: урология, дерматология, хирургияи др. Это связано с высоким поглощением лазерного излучения водой, содержащейся в мягких тканях. В предыдущих исследованиях по абляции мягких тканей рассматривались твердотельные тулиевые и гольмиевые лазеры, работающие в непрерывном или импульсном режимах [1], а также тулиевые волоконные лазеры [2].

В данной работе сравнивалось воздействие на биологические ткани ex-vivo полностью волоконными гольмиевыми лазерами, работающими в непрерывном и импульсном режимах. Мощность непрерывного гольмиевого лазера составляла до 1.5 Вт на длине волны 2.1 мкм. В качестве импульсного источника использовался гольмиевый волоконный лазер, работающий в режиме гибридной синхронизации мод, и гольмиевый волоконный усилитель (MOPA system). Такая система генерировала импульсное излучение с длительностью 1 пс и частотой следования около 20 МГц на длине волны 2.07 мкм [3]. Излучение от волоконных лазеров подавалось через одномодовое волокно с FC-APC коннектором и фокусировалось с помощью оптического объектива (8 х 0.2 NA) перпендикулярно на поверхность исследуемых образцов. Диаметр сфокусированного пучка составил 40 мкм. В качестве материала использовалась спинная мышечная ткань свиньи комнатной температуры, для предотвращения высыхания поверхность опрыскивалась физиологическим раствором. Оценка диаметра и глубины абляционного кратера, а также изменения поверхности ткани проводились с помощью оптической микроскопии.

Исследование проводилось для двух значений средней выходной мощности 252 мВт и 300 мВт двух режимов работы лазера, время воздействия было выбрано 1 сек, 5 сек, 30 сек и 59 сек. На рис. 1 (а,б) представлена временная динамика абляционного процесса для средней мощности 300 мВт. Плотность мощности непрерывного излучения составляла 0.24-105 Вт/см2, а пиковая плотность мощности для импульсного лазера - 12-105 Вт/см2. Видимые термические изменения диаметром 0.5 мм на поверхности ткани наблюдались в первую секунду воздействия. Со временем, зона, подверженная воздействию лазерного излучения увеличивалась, и в ее центре образовывалась зона абляции. Это было заметно на 20 секунде для непрерывного лазерного воздействия и на 5 секунде для импульсного воздействия. Абляционный кратер и карбонизация ткани вокруг него наблюдались через 30 секунд импульсного облучения. Плотности мощности непрерывного излучения было недостаточно для образования абляционного кратера и карбонизации ткани. Увеличение средней выходной мощности для непрерывного лазера до 400 мВт приводило к их образованию. Воздействие средней мощностью 252 мВт показало схожие результаты для обоих режимов работы лазера.

Рис. 1. Временная динамика абляционного процесса при воздействии а) непрерывным и б) импульсным лазерным излучением средней мощностью ~300 мВт 1 - зона, подверженная воздействию лазерного излучения, 2 - зона абляции, 3 - абляционный кратер

№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021»

www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 379

Таким образом, мы сравнили эффективность абляции и тканевые эффекты, создаваемые гольмиевыми волоконными лазерами, работающими в непрерывном режиме и режиме ультракоротких импульсов. Режим ультракоротких импульсов показал эффективную абляцию тканей и таким образом может применяться для быстрого удаления или разрезания мягких тканей с минимальным термическим повреждением. Выбор конкретного режима абляции, регулировки средней мощности и времени экспозиции можно использовать для различных хирургических применений.

Работа выполнена на базе Научного центра мирового уровня «Фотоника» при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (№075-15-2020-912).

Литература

1. Antipov O.L. et al, Medical Laser Application 26, 67-75 (2011)

2. Huang Y. et al, Opt. Express 24, 16674-16686 (2016)

3. Filatova S.A. et al, Quant. Electron., 49(12), 1108 (2019)

380............№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» www.fotonexpress.rufotonexpress@mail.ru