а) Историческая справка. Хотя основы лазерной технологии были впервые описаны Альбертом Эйнштейном в 1917 г., работающие лазеры появились только в 1960 г. и стали применяться в медицине только через 5 лет.
LASER — это акроним, означающий «усиление света в результате вынужденного излучения (light amplification by stimulated emission of radiation)». Энергия лазеров обусловлена способностью генерировать световое излучение, которое является одновременно высококоллимированным (параллельные лучи) и когерентным (в фазе, непересека-ющиеся длины волн) и которое может быть доставлено к месту операции с помощью серии зеркал или волокон без значительного ухудшения этих свойств.
При этом практически любая хирургическая процедура, требующая вапоризации, абляции, разреза, иссечения или коагуляции ткани, может быть выполнена с помощью лазера. Лазерная энергия может разрушать ткань слой за слоем, не прикасаясь к ней, с минимальным термическим повреждением.
Лазеры генерируют световую энергию путем высвобождения фотонов из возбужденных атомов в среде, содержащейся в оптически резонансной камере. Природа активной лазерной среды, представляющей собой совокупность атомов, обычно в виде кристаллов или газа, — именно так лазер получил свое название. Когда среда стимулируется внешним источником (например, электричеством), атомы, циркулирующие в ядре среды, переходят на более высокоэнергетическую орбиту.
Когда электроны распадаются до уровня покоя, высвобождается световая энергия в виде фотона. Этот процесс известен как спонтанное испускание. Электроны могут не только стимулироваться внешним источником энергии, но и подвергаться бомбардировке соседними фотонами, что вызывает распад и испускание фотона, идентичного по фазе (когерентного) и длине волны (монохроматического) и движущегося в одном направлении без расхождения (коллимированного). Этот процесс называется вынужденным испусканием.
Оптическая полость, в которой находятся электроны и где генерируются фотоны, выстлана двумя зеркалами. Одно из зеркал является полностью отражающим, а другое — полупрозрачным зеркалом на одном конце линейной оси оптического резонатора. Направление, в котором испускаются фотоны, совершенно случайно. Они фокусируются зеркалами таким образом, что большинство из них резонируют взад и вперед вдоль оси оптической камеры.
Фотоны, выровненные по оптической оси камеры, высвобождаются при «выстреле» лазера, выходят через полупрозрачное зеркало и испускаются из лазера в виде монохроматического параллельного когерентного лазерного пучка.
Лазерные генераторы имеют фокусирующие насадки для доставки световой энергии для поверхностного использования (например, для кольпоскопии или процедуры на нижних мочеполовых путях), интравагинальной фракционной реконструкции, лапаротомии и лапароскопии. Исторически все лазеры могли передавать энергию по гибкому кварцевому волокну. Исключением является СО2-лазер, энергия которого передавалась по жестким трубкам, отраженным зеркалами.
Однако недавно была разработана система передачи энергии СО2-лазера полым гибким волокном (OmniGuide, Cambridge, МА, и Lumenis, Yokneam, Israel), оснащенная адаптерами для наружного, лапароскопического и роботизированного использования.
б) Принципы действия лазерной технологии. Три параметра влияют на количество передаваемой лазерной энергии. Первая переменная — мощность. Мощность зависит от скорости движения руки и хирургической техники. По мере накопления опыта пользования лазерной платформой врач часто увеличивает мощность, чтобы обработать больше тканей за меньшее время.
В отличие от электрохирургии, более высокая мощность приводит к меньшему термическому повреждению, но если время использования слишком велико, энергия проникает глубже, чем предполагалось. Вот почему при более высокой мощности скорость движения рук должна быть выше, чтобы учесть степень воздействия на ткани.
Второй параметр — это время. Проще говоря, чем дольше лазер остается сфокусированным на одной точке, тем больше энергии прикладывается к этой области. Это можно изменить либо перемещением лазерного луча в пределах желаемой зоны лечения, либо подачей лазерной энергии в виде импульсов. Поскольку время тепловой релаксации мягких тканей составляет приблизительно 0,8 мс, импульсные лазеры, время включения которых находится на уровне или ниже этого параметра, минимизируют теплопроводность.
Третьим параметром, которым можно управлять, является размер пятна пучка. Это аналогично изменению плотности тока радиочастотной энергии на кончике активного электрода для изменения воздействия на ткани. Плотность мощности, выраженная в Вт/см2, обратно пропорциональна площади пятна, так что удвоение диаметра луча снижает удельную мощность до одной четвертой. И наоборот, уменьшение размера пятна в 2 раза приводит к 4-кратному увеличению удельной мощности.
Как уже упоминалось ранее, лазерная энергия выходит из генератора в когерентной и параллельной форме, которая гипотетически может распространяться в этой форме до бесконечности. Однако лазерный свет фокусируется на фиксированном фокусном расстоянии в зависимости от применения устройства (наружное, лапаротомическое или лапароскопическое использование).
Хирург может еще больше изменить фокус с помощью дополнительных линз или механических устройств. Фокусируя или расфокусируя лазерную энергию, ее используют как режущий или коагулирующий инструмент.
в) Типы и способы применения лазеров. О первом гинекологическом применении лазерной технологии было сообщено в 1973 г., когда Каплан (Kaplan) и соавт. использовали СО2-лазер для лечения поражений шейки матки.
Калий-титанил-фосфатный лазер, лазер на неодим-иттриево-алюминиевом гранате (Nd:YAG) и комбинированный калий-титанил-фосфатный и неодимовый лазеры становились все более популярными для лапароскопического применения, особенно для лечения эндометриоза и пациенток с бесплодием, отчасти из-за их специфических свойств, но также потому, что гибкая волоконная система передачи энергии была сравнительно проще в использовании, чем жесткая зеркальная система СО2-лазера.
Однако из-за растущего осознания себестоимости и доступности более совершенных аппаратов на основе радиочастот в конце 1990-х гг. использование лазерной технологии для всех заболеваний нижних половых путей, кроме наружных, резко сократилось.
Существует три зоны лазерного повреждения тканей:
1) зона испарения;
2) зона гибели ткани, которая возникает в результате нагревания ткани, не успевшей испариться;
3) зона повреждения ткани, вызванная отводом тепла от места воздействия лазера.
Поскольку при удалении ткани происходит испарение и эвакуация содержимого, отсасываемый шлейф позволяет тканевой основе заживать без девитализированного тканевого покрытия. Послеоперационная боль уменьшается, так как нервные окончания запечатываются лучом.
В гинекологической хирургии наиболее часто используются следующие лазеры: СО2, аргоновый, калий-титанил-фосфатный и Nd:YAG (табл. 2). Аргоновый и калий-титанил-фосфатный лазеры производят световые волны определенной длины, дающие характерный цвет. Лазеры Nd:YAG и СО2 имеют длину волны в невидимом спектре. Соответственно, к ним обычно подключается гелий-неоновый или диодный лазер (632 нм, красный) для использования в качестве направляющей луча и помощи в фокусировке.
1. СО2-лазер. СО2-лазер является самым универсальным и наиболее широко используемым лазером. Вся лазерная энергия либо поглощается (создавая эффект ткани), либо рассеивается, либо передается, либо отражается. Мягкие ткани примерно на 80% состоят из воды, которая легко поглощает энергию СО2-лазера, ограничивая его проникновение. Глубина поглощения энергии СО2-лазера составляет приблизительно 0,1 мм, что означает, что вся энергия гасится на этой глубине, поэтому что вы видите, то и получаете.
Именно поэтому СО2-лазер относительно безопасен и может использоваться в критических областях, где применение радиочастотной энергии было бы более опасным, например, вблизи мочевого пузыря, на боковой стенке рядом с мочеточником и на серозной оболочке кишечника. Резко сфокусированный лазерный луч производит узкое испарение тканей, сравнимое с разрезом, сделанным скальпелем. Однако расфокусировка луча увеличивает пятно, а при использовании тех же настроек плотность энергии уменьшается для обработки тонкой поверхности.
Таким образом, СО2-лазер обеспечивает превосходное испарение и резку за счет увеличения плотности энергии и превосходную коагуляцию за счет расфокусировки луча. Количество повреждений, вызванных теплопроводностью, прямо пропорционально количеству времени, проведенного при использовании лазера. К недостаткам СО2-лазера относится образование дыма, называемого шлейфом, который необходимо часто удалять, чтобы обеспечить адекватную визуализацию цели.
2. Неодимовый:YAG лазер (Nd:YAG). Подобно СО2-лазерам, Nd:YAG-лазеры испускают невидимый луч, требующий прицельного луча для наведения. Однако эта энергия проникает в ткани на большую глубину — от 3 до 4 мм, и, поскольку энергия Nd:YAG рассеивается в тканях, прежде чем поглотиться мишенью, термическое повреждение здесь больше, чем у СО2-лазера. Плохо поглощаясь водой, он не так хорош для испарения, но обладает гораздо лучшими коагуляционными свойствами.
Благодаря своей глубине проникновения и работе в жидкой среде он с успехом использовался в начале гистероскопических процедур, включая абляцию эндометрия. Хотя это лазерное волокно обычно используется в бесконтактной технике, добавление сапфирового наконечника на конец волокна позволяет сфокусировать лазерную энергию, преобразовать ее в тепло и использовать в контактном режиме. Это улучшает его способность к испарению, но наконечники необходимо охлаждать газом или жидкостью через волокно.
3. Калий-титанил-фосфатный и аргоновый лазеры. Лазеры калий-титанил-фосфатный и аргоновый имеют сходную длину волны в спектре видимого света и подаются через оптоволокно. Преимущества этих лазеров по сравнению с СО2-лазером включают селективное поглощение гемоглобином и другими пигментными тканями и меньшее образование шлейфа. Эти лазеры дают умеренное рассеяние, в 100 раз большее, чем СО2-лазер, что приводит к значительному снижению режущей способности, но существенно повышает эффективность коагуляции.
Основным недостатком является необходимость ношения специальных тонированных очков, которые искажают вид таза и затрудняют визуализацию небольших имплантатов эндометриоза.
г) Безопасность при использовании лазерной технологии. Лазеры используются в гинекологической хирургии уже почти 40 лет. Несмотря на то что в целом отмечается хорошая статистика по безопасности их применения, все же существует большой риск получения травмы. Хирургам, желающим использовать лазерную технологию, рекомендуется проходить как теоретическую, так и практическую подготовку по использованию лазера. Существует также несколько рекомендаций, о которых следует помнить при использовании лазерной технологии.
- Весь персонал операционной должен носить защитные очки, подобранные в соответствии с длиной волны используемого лазера (лазеров), включая любые прицельные лучи.
- Следует поместить на двери операционной соответствующий предупреждающий знак, указывающий, когда используются лазеры.
- Когда лазер активно не используется, его следует перевести в режим ожидания.
- Простыни вблизи операционного поля должны быть огнестойкими и по возможности влажными.
- Должен быть обеспечен достаточный отсос для сбора всего шлейфа, образующегося при использовании лазера.
- Необходимо понимание специфического взаимодействия используемого лазера с тканями. Гораздо легче вызвать повреждение сосуда или мочеточника при использовании глубоко проникающей энергии, такой как энергия Nd:YAG-лазера, чем при использовании энергии СО2-лазера.
- Волокна, используемые для передачи лазерной энергии, являются хрупкими и могут сломаться, передать лазерную энергию в месте разрыва и потенциально травмировать пациентку и/или персонал операционной.
