CC BY
30
УДК 615.47
РАЗРАБОТКА ПОРТАТИВНОГО АППАРАТА ДЛЯ ЭНДОВЕНОЗНОЙ ЛАЗЕРНОЙ КОАГУЛЯЦИИ
Н.С. Тархов, Е.А. Давыдова
Рассматривается возможность создания перспективного портативного лазерного аппарата для эндовенозной коагуляции сосудов на современной элементной базе.
Ключевые слова: лазерное излучение, полупроводниковые лазеры, коагуляция, варикозная болезнь, гибкий волоконный инструмент.
Интерес медицины к варикозной болезни (ВБ) связан с тем, что она является одной из наиболее распространенных болезней цивилизации: её развитие напрямую обусловлено прямохождением человека. Сила тяжести
- важнейший, но не единственный механизм в генезе ВБ. Значение имеют расовые и половые различия, образ жизни и характер производственной деятельности. Своеобразие ВБ проявляется и в том, что это заболевание находится в сфере интересов врачей разных медицинских специальностей
- хирургии и сосудистой хирургии, дерматологии и дерматокосметологии, пластической и эстетической хирургии. Хирургическая операция была и ещё в течение многих лет будет основным способом лечения ВБ, в основе патогенеза которой лежит формирование вено-венозных сбросов. Их радикальное устранение на сегодняшний день возможно лишь хирургическим путем. Дополнительным аргументом в пользу операции следует считать развитие известных осложнений ВБ: кровотечений, повторных тромбофлебитов и трофических расстройств, при которых показания к хирургическому лечению становятся абсолютными. Важнейшим принципом хирургического лечения ВБ является избирательное удаление лишь патологически измененных вен, что возможно с помощью тщательного предоперационного ультразвукового картирования.
Сегодня на первый план выходят минимально инвазивные технологии, обеспечивающие достаточную эффективность лечения при хорошем косметическом результате. Не менее важным представляется одно из непременных требований к способам хирургических вмешательств - возможность их амбулаторного использования. Можно выделить несколько направлений в модернизации техники хирургического лечения ВБ. Прежде всего, это разнообразные эндовазальные способы облитерации и выключения из кровообращения варикозных вен in situ без предварительной ликвидации патологических вено-венозных сбросов. Все эти вмешательства выполняют «закрытым» способом под ультразвуковым контролем. В настоящее время здесь возможно применение эндовенозной лазерной коагуляции (ЭВЛК), радиочастотной коагуляции (РЧК) и катетерной foam-
склеротерапии. ЭВЛК и РЧК вызывают облитерацию варикозной вены в результате термического ожога эндотелия. Перечисленные методы различаются стоимостью, длительностью выполнения процедуры, зоной применения, но при этом не имеют принципиальных различий в частоте осложнений и отдаленных результатах. Следует подчеркнуть, что эндовазальные вмешательства эффективны лишь на ранних стадиях заболевания, когда пораженная вена имеет прямой ход и её диаметр не превышает 1 см. Следующую группу хирургических операций при ВБ можно условно назвать «веносберегающими». Их сущность заключается в восстановлении функции клапанного аппарата и профилактике дальнейшей варикозной трансформации. С этой целью применяют разнообразные манжеты, изготовленные из синтетических материалов. Их фиксируют вокруг несостоятельного клапана и расширенных сегментов подкожных венозных магистралей. Схожими по задачам являются и так называемые гемодинамические операции, цель которых - переключение потоков крови и разгрузка варикозных вен.
Таким образом, основным и универсальным методом хирургического лечения ВБ является флебэктомия - удаление вен.
ЭВЛК в России в последнее время претерпела значительные изменения и стала неотъемлемой, а у некоторых флебологов - основной процедурой для удаления магистрального варикоза. Эти изменения касаются не только лазерных генераторов, которыми пользуются хирурги, но и лазерных световодов [1, 2].
При флебэктомии варикозно расширенные вены удаляются через разрезы и проколы в коже с применением специального инструмента. Этот метод обладает рядом недостатков. Среди них выделяют образование гематом, болезненные ощущения, пребывание в стационаре в течение 3-4 дней, анестезия или наркоз, реабилитационный период от одного до двух месяцев.
Склеротерапия - это склеивание варикозных и расширенных поверхностных вен посредством введения специального препарата. После такой процедуры обработанные вены рассасываются. Данный метод подходит не для всех случаев варикоза.
Радиочастотная облитерация - это абляция варикозных вен. Метод подразумевает использование микроволн, вызывающих нагревание стенки вены и ее «запаивание». После такой процедуры вена рассасывается.
Процедура ЭВЛК заключается в следующем: через прокол в целевую вену заводят катетер под контролем УЗИ. Затем вводится анестетик, обеспечивающий местную анестезию, затем осуществляется сдавливание вены, вызывающее уменьшение её диаметра и теплоизоляцию окружающих тканей при нагреве вены. Далее лазерное излучение подаётся в световод, который постепенно извлекается из вены, производя по мере извлечения тепловое воздействие на кровь и венозную стенку. При этом происхо-
дит коагуляция содержимого вены, сокращение содержащихся в стенке волокон коллагена, уменьшающее её диаметр, и тепловое поражение стенки, начиная с эндотелия, которое запускает процесс трансформации подвергшейся воздействию вены в соединительные ткани.
Преимуществами лазерного вмешательства являются:
- минимальная длительность вмешательства - эндовазальная лазерная процедура длится не более 20 - 30 минут;
- минимальная травматизация тканей;
- местная анестезия;
- нет реабилитационного периода - лазерная коагуляция относится к разряду «офисной хирургии», то есть нет необходимости ложиться в стационар;
- ранняя активизация пациента - после лазерной процедуры самостоятельно покидает клинику через 15 минут;
- прекрасный эстетический результат - отсутствие шрамов, рубцов и гематом;
- отсутствие послеоперационных осложнений - процедура проводится в соответствии со всеми международными стандартами и протоколами;
- гарантированный 100 %-ный лечебный эффект - нет рецидива ва-рикоза радиальными световодами.
Эффективность ЭВЛК определяется эффективностью поглощения лазерного излучения кровью и венозной стенкой. Этот факт устанавливает определённые требования к выбору параметров источника излучения.
Наилучшими длинами волн с точки зрения наибольшего поглощения кровью являются 950.. .980 нм и 1470 нм, что иллюстрирует рисунок.
В настоящее время для этих целей выпускаются следующие лазерные аппараты: «Лазон-М» и «Лазон-10-П» - АО НПО «Прибор», «Кристалл» - НПЦ «Техника-ПРО», ЛСП-«ИРЭ-Полюс» - ООО НТО «ИРЭ-Полюс», АЛПХ-01 «Диолан», Лахта-Милон - ЗАО «НПО Космического приборостроения» [3], АЛОД-01, Ьаш1, и др. Все они выполнены в стационарном варианте и имеют большие массо-габаритные и показатели и достаточно высокую стоимость. Основные технические характеристики данных аппаратов представлены в таблице.
В связи с этим актуальной является разработка портативного аппарата для эндовенозной лазерной коагуляции с питанием от аккумуляторной батареи, с применением полупроводниковых лазеров (ПЛ), с устройствами суммирования и ввода лазерного излучения в гибкий волоконный инструмент. Данный аппарат можно использовать в военной медицине при чрезвычайных ситуациях и медицине катастроф.
ПЛ изготавливаются как на открытом теплоотводе (С-шоип1;), а также и в герметичных корпусах типа АТС и ТО-3. Лазеры на открытом теплоотводе позволяют получить доступ непосредственно к лазерному
кристаллу. Герметичный корпус АТС позволяет работать с лазерным диодом без дополнительного теплоотвода в импульсном и в некоторых случаях в непрерывном режиме. Малое тепловое сопротивление такого корпуса позволяет снизить разницу температур между лазером и внешней поверхностью корпуса. ТО-3 корпус включает в себя термохолодильник Пельтье и терморезистор, что позволяет поддерживать постоянную рабочую температуру.
Цв. СМ 1 ппппп -
10ПОП -
1000 1 100
10 т 1 _
1,06 лкм 1
0,1 1 0,01 ■1С ч 1 0,96-0,98 мкм 1 Л
\ Г 1,47 мкм
V Г
1Е-4 -1-,-,-Ц-Г"1-1 1 1 1 1 Г 1 1 1 1 ' 1
100 0.81 мкм 1000 10000 Зц ни
0:8СК2:06 мкм
Зависимость коэффициента поглощения воды от длины волны: самый большой коэффициент характерен для длины волны 1,47мкм (порядка 11), для 0,96...0,98мкм он порядка 1, для 1,06 мкм он составляет порядка 0,2, для 0,81 мкм - порядка 0,02
Технические характеристики лазерных аппаратов
Аппарат Длина волны излучения, мкм Максимальная мощность излучения, Вт
Лазон-М 0,97 30
Лазон-10-П 0,97 10
Диолан 0,81; 0,94; 0,98 75
Лахта-Милон 0,81-1,9 (в зависимости от модели) 35
АЛОД-01 0,97; 1,47 30
Ьаш1 1,06 25
ИРЭ-Полюс 0,97;1,06;1,56; 1,9 20
В корпуса АТС и ТО-3 может дополнительно устанавливаться фотодиод обратной связи, который позволяет создавать цепь обратной связи для стабилизации выходной мощности и характеристика которой линейна в широком диапазоне. Значение тока, генерируемого фотодиодом, пропорционально выходной мощности лазерного диода. Максимальный ток фотодиода обратной связи составляет 10 мА.
В корпуса АТС и ТО-3 может дополнительно устанавливаться цилиндрическая микролинза, которая снижает расходимость излучения в 20 раз (в одной плоскости). В случае использования микролинзы лазерный диод может работать без дополнительных оптических систем или можно использовать недорогие длиннофокусные линзы.
В настоящее время выпускаются мощные ПЛ с длинами волн 940, 980, 1064, 1470 нм с выходной мощностью от 1 до 10 Вт типа WSLD в вышеуказанных корпусах, из которых можно собрать линейку из нескольких диодов для получения максимальной мощности, соизмеримой с указанной в таблице . С учётом длительности процедуры ЭВЛК порядка 30 минут необходимо предусмотреть дополнительные меры по обеспечению нормального теплового режима и выбору аккумуляторной батареи. В технических характеристиках, в частности, на ПЛ WSLD-940-005-3, выпускаемый в корпусах ТО-3 и C-mount указано, что при выходной мощности 5 Вт и напряжении питания 2 В, потребляемый ток составляет 5,2 А. Таким параметрам соответствуют аккумуляторные батареи Delta STC 100 (2V / 100Ah) и А502/10.0 S Sonnenschein (2 V / 10Ah), обладающие массами 7,4 и 0,7 кг соответственно.
Существуют несколько способов суммирования лазерных пучков ПЛ. Наиболее перспективными из них являются способы суммирования с помощью световодов и с помощью коллимированных пучков: с цилиндрическими линзами, с дифракционными решетками и с призмами.
Технологически самой простой является система с призмами. При этом трансформация лазерного пучка в призме происходит за счёт преломления на гранях, расположенных под определенным углом к падающему пучку [6]. Гибкий волоконный инструмент позволяет подводить излучение непосредственно к зоне воздействия, уменьшить травматичность операций, обеспечивает сочетанность с эндоскопической техникой.
Таким образом, работа по созданию портативного аппарата для ЭВЛК является актуальной, а проведённый анализ современной элементной базы позволяет сделать заключение о возможности реализации недорогого и надёжного устройства с различными конструктивными и схемотехническими модификациями в соответствии с конкретным техническим заданием по мощности и длине волны лазерного излучения.
Список литературы
1. Соколов А.П., Лядов К.В., Стойко Ю.М. Эндовенозная лазерная коагуляция в лечении варикозной болезни: монография. М.: Медпрактика-М, 2007. 220 с.
2. Семенов А.Ю. Эндовазальная лазерная облитерация вен [Электронный ресурс]. URL: http://phlebolog.com (дата обращения: 5.10.2016).
3. Лазерная медицинская техника для терапии и хирургии: каталог. М.: ЗАО «НПО Космического приборостроения», 2010. 88 с.
4. Полупроводниковые приборы: лазерные диоды модели АТС-С1000-380[Электронный ресурс]. URL: http://atcsd.ru (дата обращения: 10.10.2016).
5. Моделирование теплового режима мощных лазерных диодов, смонтированных с использованием сабмаунтов различного типа / В.В. Без-отосный, О.Н. Крохин, В. А. Олещенко, В.Ф. Певцов, Ю.М. Попов, Е.А. Чешев // Квантовая электроника. 2014. 44. №10. С. 899 - 902.
6. Справочник конструктора оптико-механических приборов/ под общ. ред. В. А. Панова. Л.: Машиностроение, 1980. 742 с.
Тархов Николай Сергеевич, канд. техн. наук, доц., t-ni@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Давыдова Елена Алексеевна, студентка, dawilena@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DEVELOPMENT OF A PORTABLE DEVICE FOR ENDOVENOUS LASER COAGULATION
N.S. Tarhov, E.A. Davidova
The article discusses the possibility of creating a long-term portable laser machine for endovenous coagulation of vessels on modern element base.
Key words: laser light, semiconductor lasers, coagulation, varicosity, flexible optic instrument.
Tarhov Nikolay Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, t-ni@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Davidova Elena Alekseevna, student, dawilena@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
