Помимо длины волны лазера, два дополнительных фактора определяют его эффект на ткань:
1. Плотность мощности (Вт/мм2);
2. Плотность энергии (мДж/мм2) — определяется временем воздействия заданной плотности мощности на ткань.
Плотность мощности равняется мощности в ваттах, разделенной на площадь пятна. Плотность мощности будет изменяться обратно пропорционально площади пятна. Следовательно, уменьшение диаметра пятна вдвое увеличивает плотность мощности в четыре раза.
Плотность энергии рассчитывается путем умножения плотности мощности на время, в течение которого эта плотность мощности воздействует на ткань. Расчет плотности мощности для лазеров видимого диапазона прост, так как они излучают в постоянном режиме (КТР — в «квазинепре-рывном»). Инфракрасные лазеры работают в импульсном режиме. Когда хирург устанавливает лазер Sharplan 1100 или Coherent 500С в режим «суперпульс», а затем настраивает мощность на 5 Вт (средняя мощность), длительность импульса — на 0,1 сек, то в действительности на ткань воздействует одиночный микроимпульс с пиковой мощностью в 600 Вт и длительностью 0,075 мс. Такой импульс имеет слишком высокую мощность для вапоризации стремени.
В таблице ниже представлены безопасные энергетические параметры для стапедотомии, которые были установлены в экспериментах с термопарой в лабораториях MEF для каждого из лазеров (за исключением эрбиевого). Первые четыре колонки (средняя мощность, режим, длительность импульса, размер пятна) —это те переменные, которые настраивает хирург.
Одна колонка (пиковая мощность) необходима для определения того, как доставляется лазерная энергия при использовании постоянных и квазинепрерывных видимых лазеров. Для определения энергетических характеристик импульсного инфракрасного лазера необходимо знать четыре параметра каждого микроимпульса — пиковая мощность (Вт), длительность импульса (в миллисекундах), работа (количество энергии в 1 микроимпульсе — мДж/импульс) и количество микроимпульсов. В последней колонке сравниваются плотности реально попадающей в ткани энергии.
а) Видимые лазеры. В постоянном режиме при помощи наконечника EndoOtoprobe® 200-мкм доставляются 2 Вт мощности аргонового лазера. Размер пятна на конце наконечника составляет 0,2 мм и быстро нарастает по мере увеличения расстояния до облучаемой ткани.
КТР-лазеры (Laserscope) фокусируются на операционном поле при помощи присоединенного к микроскопу микроманипулятора. Так как КТР-лазер — это лазер с модулируемой добротностью (q-switched), то при средней установленной мощности в 2 Вт происходит доставка 780 микроимпульсов за 0,1 секунды (рис. 18-10). Пиковая мощность каждого микроимпульса составляет 6 Вт. Луч лазера с модулируемой добротностью ведет себя как постоянный луч (квазинепрерывный), так как интервал между каждым микроимпульсом недостаточен для охлаждения ткани. Поэтому средняя мощность (30% рабочий цикл х 6 Вт пиковой мощности = 2 Вт) может быть использована для определения эффекта взаимодействия лазерного излучения и ткани.
Поскольку обе этих длины волны особенно хорошо поглощаются гемоглобином, КТР и аргоновый лазеры могут быть эффективно использованы для вапоризации небольшого количества васкуляризированной ткани, такой, как грануляционная ткань, ткань гломусной опухоли или небольшие фрагменты акустической невриномы. Вапоризация кости стремени может быть улучшена, если поместить маленькую капельку крови на подножную пластинку (хромофор) или за счет перекрытия пятен воздействия (уголь). Из-за плохого поглощения водой лазеры видимого диапазона недостаточно эффективно вапоризуют большинство мягких тканей и не должны направляться непосредственно на преддверие, так как перилимфа не защитит внутреннее ухо.
Аргоновые лазеры созданы для работы в постоянном режиме.
При установке режима на 2 Вт средней мощности — 100 мДж энергии передаются в операционное поле за 0,05 секунд.
КТР лазеры относятся к Q-switched лазерам (лазеры с модулируемой добротностью) и генерируют быструю последовательность микросекундных импульсов.
Так как интервалы между импульсами чрезвычайно коротки (8 микросекунд), времени для остывания тканей недостаточно.
Поэтому реакция тканей похожа на лазерное облучение в непрерывном режиме (квазинепрерывный режим).
При средней мощности в 2 Вт хирург доставляет к тканям энергию в 91,2 мДж за 0,05 секунд.
б) Инфракрасные лазеры. Энергия сфокусированного СО2-лазера доставляется к операционному полю при помощи прикрепленных к микроскопу микроманипуляторов. Энергия может доставляться в одном из трех режимов: постоянном, прерывистом или суперимпульсном. При вапоризации ткани отдача может быть повышена, а боковое термическое повреждение уменьшено за счет импульсной подачи энергии в виде серии микроимпульсов с высокой пиковой мощностью и миллисекундной длительностью.
На рисунке ниже приведены параметры импульсов лазера Sharplan 734, первого СО2-лазера, использованного автором в 1985 году. Отвечая на запросы других специальностей (гинекология, нейрохирургия, общая хирургия), для большей эффективности вапоризации тканей Sharplan начали прогрессивно наращивать пиковую мощность каждого импульса, уменьшая его длительность. В течение последнего десятилетия Sharplan повысили мощность микроимпульса с 36 Вт (модель № 734) до 600 Вт (модель № 1100). Настройка средней мощности не изменяла эту пиковую мощность, а лишь меняла количество доставленных 600-ваттных микроимпульсов. На самой низкой доступной средней мощности (5 Вт) 1100 аппарат в действительности излучал на мощности в 600 Вт, что было слишком много для деликатной стапедотомии.
Это повышение мощности импульсов можно сравнить с обстреливанием мишени из пневматического пистолета (маленькие пакеты энергии) при использовании Sharplan № 734 против 70-мл пулемета (большие пакеты энергии) Sharplan № 1100.
Идеальные энергетические параметры для лазерной вапоризации стремени были определены в лаборатории MEF. Каждый микроимпульс должен содержать 10-20 мДж энергии (пиковая мощность в Ваттах х длительность микроимпульса). Микроимпульсы с энергией более 25 мДж вызывали образование факела — буквально микроскопического взрыва, при котором было видно пламя, направленное в сторону лицевого нерва.
К середине 1990-х годов два крупнейших производителя СO2-лазеров (Sharplan и Coherent) выпускали аппараты с пиковой мощностью микроимпульсов в 500-600 Вт. Проблема заключалась в том, что средняя мощность настраивалась не путем изменения средней мощности, а изменением количества микроимпульсов в секунду. Для нужд отомикрохирургии в конце 90-х годов было разработано новое программное обеспечение. Компания Sharplan разработала для своих аппаратов 1100А, 1041S и 1055S технологию Flexilase — прерывистый режим с пиковой мощностью в 130 Вти энергией—9,75 мДж/импульс.
Coherent поступили аналогично с моделью 5000С, предложив режим Ultrapulse с пиковой мощностью равной 120 Вт и энергией одного импульса — 10 мДж.
Предостережение. Мне известно о нескольких случаях термического повреждения внутреннего уха и лицевого нерва от хирургов, выполнявших стапедотомию при помощи лазеров Sharplan и Coherent в режиме «Superpulse». Руководствуясь параметрами средней мощности в 2-3 Вт, они выполняли лазерную стапедотомию, в реальности используя пиковую мощность 300-600 Вт (70-мм пулеметные пули). Когда лазерная энергия доставляется в виде импульсов, параметр средней мощности может ввести в заблуждение. Обе компании в настоящее время перестали использовать этот параметр.
Из-за идеальных тканевых характеристик СO2 лазера, вапоризация мягких тканей и кости может быть эффективно выполнена при помощи коротких микросекундных импульсов с минимальным боковым распространением тепловой энергии. Небольшое распространение тепла по краям кратера дает хороший гемостаз. Для коагуляции кровеносных сосудов С02-лазер должен использоваться на низкой мощности (2-3 Вт) в постоянном режиме в течение 0,1-0,2 секунд при площади пятна 0,5-1 мм.
в) Эрбиевый лазер на иттрий-алюминиевом гранате. OPMI TwinER был создан компанией Zeiss специально для нужд отохирургии. Отохирург может настраивать только энергию лазерных импульсов (в пределах 10-100 мДж) и их число (частота от 1 до 3 в секунду). Компьютер адаптирует энергию (мДж/импульс), настраивая и пиковую мощность (200-500 Вт), и ширину импульса (0,05-0,2 мс). В Европе стапедотомии выполняются путем вапоризации 0,2-мл отверстий на 20 мДж. Я выполняю стапедотомии 0,6-мл пятном с энергией в 70 мДж.
Эрбиевый лазер идеален для вапоризации кости. Вапоризация мягких тканей слишком интенсивна. Из-за недостаточного распространения тепла вокруг пятна воздействия кровеносные сосуды не коагулируются, поэтому при вапоризации опухолевых клеток гемостаз недостаточен. Будучи направленным прямо на кровеносный сосуд, луч эрбиевого лазера не коагулирует его из-за слишком малой ширины импульса. Коагуляция (разогрев коллагена до 65°) требует постоянного режима излучения для гемостаза.
