Введение к работе
Актуальность темы
В 70 годы наблюдалось бурное развитие применения лазеров и биолонш и медицине , в частности в хирургии . Но в начале 80-тых годов появились сведения о том , что лазерный луч , кроме функции рассечения еще вызывает повреждения ' здоровых тканей , что и приводит к долгому заживанию раны , а иногда вызывает и разрушения , такие как трешшгы в зубах .'
В конце оО-ых и начале 90-ых годе с наблюдалось новое повышение интереса к применению лазеров и хирургии благодаря открытию новых областей применения вновь созданными новыми лазерами , которые пригодны для хирургии, выработке и усовершенствованию методов лазерного хирургического вмешательства, всесторонней проработке вопросов взаимодействия лазерного луча с биотканями.
Надо отметить , что в последние годы наблюдалось такое бурное развитие применения лазеров в медицине , что иногда применение лазеров , в хирургии опережает исследование процессов взаимодействии лазера с тканями , то есть использование лазеров часто основано на чисто экспериментальных результатах.
Среди лазеров , применяемых в хирургии , выделялся СО-2 лазер . Благодаря тому, чга луч с длиной волны излучения X = 10,6 мкм почти полностью поглощается биотканью, СО-2 лазер стал идеальным скальпелем для рассечения биообъектов.
Анализ литературы показывает , что в настоящее время несмотря на то, что лазерный скальпель стал привычным инструментом для хирургов , еще далеко от уверенности в том , что лазер был эффективно использован в тех или иных случаях.
В связи с этим продолжается исследование не только преимущества использования лазеров в хирургии , но и побочных вредных эффектов . Это позволяет найти новые методики эффективного применения лазеров.
Для поиска оптимального применения лазеров в хирургии ранее были кведены новые критерии: эффективность деструкции К и уровень травматичносш Н.
Исследование зависимостей К и 11 от режима рабо і ы YAG:Nd т лазера показывает , что частотно-импульсный режим работы лазеров лает сравнительно меньшую эффективность, но и очень низкий уровень травматичное! и
Представляет большой интерес исследования зависимости К и Н от режима работы СО-2 лазеров , выяснения причин , которые приводят к-повышению уровня травматичное v
Настоящее исследование посвящено этим проблемам, то есть в нём проводится исследование импульсных режимов работы СО-2 лазеров, применительно к задачам лазерной хирургии и влияние таких режимов работы лазера на эффективность и травматичность лазерного хирургического вмешательства По этим исследованиям можно разработать методики оптимального хирургического применения лазеров .
Целью диссертационной работы являются
1-Анализ возможности применения СО-2 лазеров в хирургии, выяснение проблем , которые препятствуют эффективному их применению и поиск пути решения этих проблем. Анализ настоящего состояния хирургических установок на основе СО-2 лазера и тенденции их развития в будущее время.
2-Исследование температурных полей в биологических тканях при воздействии лазерного луча . Теоретические обоснования эффективного применения частотно-импульсного лазера. Исследование режимов работы СО-2 лазеров и их влияния на эффективность, травматичность при хирургическом воздействии лазерного луча на биоткань. З-Разработка системы модуляции мощности и формирования импульсов СО-2 лазера средней мощности для создания так* называемого "лабораторного импульсного скальпеля".
4-Исследование зависимости температуры ( Т ) биоткани от режима работы лазерного скальпеля и создание для этих целей системы бесконтактного измерения температуры биологических объектов при воздействии на них лазерного излучения; Выяснение причин , которые приводят к повышению средней температуры , то есть к повреждению здоровых тканей . Разработка методики иетравматичного использования СО-2 скальпеля .
Научная новизна работы заключается в следующем:
1-Систематически проанализировано ' современное состояние
хирургических установок на основе СО-2 лазера . Оценены направлення развития современного рынка лазерных медицинских установок Показано, что одним из перспективных направлении является создание
более компактных установок работающих как в непрерывном так и в импульсно-периодическом режиме.
2-Па основе известных аналитических решений уравнения теплопро--водности разработан ряд программ тепловых расчетов для различных биологических объектов которые позволяют понять физику проблем и дать теоретическую обоснованность преимущества использования частотно-импульсного лазера для нетравматичной хирургии.
З-Произведеио исследование критериев К и Н для отпаянных СО-2 лазеров средней мощности . Установлено , что К и Н сильно зависят от режима работы лазерного скальпеля , в частности от длительности и частоты следования импульсов .
4- Создан прибор и разработана методика бесконтактного измерения импульсной и средней температуры в биотканях при воздействии лазерного луча для оценки уровня травматнчности .Огсюда выяснено, что главной причиной повышения средней температуры, то есть причиной , приводящей к повреждению здоровых тканей является повышение частоты следования импульсов] Доказана малая травматичность при работе с малой частотой.
Практическая ценность работы :
1-Разработана система модуляции отпаянных СО-2 лазеров средней мощности для лабораторных исследований. Преимуществом такой системы являются простая реализация и возможность формирования импульсов с широким диапазоном изменения параметров . 2-Создан специальный пирометр для бесконтактного измерения температуры биотканей, который может использоваться для других целей . Диапазон измерения находится в пределах от 80 до 600"С . З-Доказано преимущество использования импульсных СО-2 лазеров по сравнению . с лазером непрерывного действия для нетравматичной хирургии.
4-Показано , что подбор режима работы лазера дает выигрыш одного критерия , но проигрыш в другом . Поэтому в тех или иных случаях нужно подбирать подходящий оптимальный режим его работы . Для операции , где жестко поставлено требование к низкой травматнчности, например, в косметологии, стоматологии, хирургии голосовых связок, дыхательных путей и т. д. нужно применять импульсный режим работы лазера с малой частотой следования импульсов .
Научные положения, выносимые на защиту :
1-Зависимость Глубины вскрытия биологических тканей ( кость, кожа, почка и другие) импульсным лазерным лучом от длительности импульса при амплитудной мощности от 10 до 7' Вт и частоте следования импульсов от 7 до 100 Гц имеет максимум при длительности импульса несколько мс. Для повышения скорости вскрытия следует- использовать импульсы большей длительности, но не выше б мс . 2-Эффективность К и травматичиость Н лазерной хирургической операции с помощью импульсных СО-2 лазеров при условиях, указанных в положении 1, увеличиваются с ростом частоты следования импульсов. При этом разрез хорошего качества получается при Н< 0.2, чему соответствуют fsioru и К=0.05-г0.1 мм3/Дж.
З-При импульсно-периодическом нагреве костных и влагосодержащих тканей излучением СО-2 лазера в диапазоне частот от 7 до несколько сотен Гц , мощности от 10 до 100 Вт и длительности импульса (1-3) мс повышение их средней температуры в большей степени зависит от частоты следования импульсов, в меньшей от мощности лазера .
Апробация
Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 1- Четвертом Петербургском семинаре - выставке : " Лазеры для медицины и биологии".
2-Третьей международной научно-технической конференции : "Актуальные проблем' t электронного приборостроения " АПЭП-96 .
Публикация
По теме диссертационной работы опубликованы 3 научные работы .
Объем работы
Диссертация состоит из введения , пяти глав , заключения и списка литературы, включающего 73 наименования. Основная часть работы изложена на 125 страницах машинописного текста . Работа содержит 55 рисунков и 8 таблиц'.
Похожие диссертации на Исследование импульсных режимов работы СО-2 лазеров применительно к задачам лазерной хирургии
