С момента изобретения лазера прошло уже более 50 лет, и вряд ли на сегодняшний день кого-либо удивишь их использованием в человеческой жизни. На одном из заседаний Школы молодых ученых, проводимой ФИАН, академик Иван Александрович Щербаков рассказал о современном состоянии и перспективах использования лазеров в различных областях медицины. Из этого доклада слушатели узнали о множестве новых интересных направлений применения лазерной техники.

На фото: Выступление Ивана Александровича Щербакова на Школе молодых ученых

    Первый лазер был сконструирован и запущен американским ученым Т. Н. Мейманом в 1960 году. Созданию лазера предшествовали фундаментальные работы в различных областях физики, в частности, по радиоспектроскопии и оптике. В 1964 году Нобелевская премия по физике была присуждена советским ученым Николаю Геннадиевичу Басову и Александру Михайловичу Прохорову, американскому ученому Чарльзу Таунсу. Часто встречающееся утверждение о том, что Нобелевская премия была получена за создание мазеров или лазеров является, по меньшей мере, неточным. Она была присуждена за «Фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию излучателей и усилителей на мазерно-лазерном принципе».

    Первой областью применения лазеров, если не считать военно-оборонные цели, стала медицина, а именно – офтальмология. Одним из вдохновителей идеи применения лазеров в медицине стал А. М. Прохоров, который очень тесно работал с известным офтальмологом, академиком РАМН М. М. Красновым.

    Следует отметить, что характерные диапазоны параметров применяемых в медицине лазеров делают их уникальными инструментами: спектральный диапазон излучения – от ультрафиолетового (около 0,1 мкм) до инфракрасного (около 10 мкм); диапазон плотности энергии – от 1 до 103 Дж/см²; диапазон плотностей мощности – от 10^-3 до 10¹⁵ Вт/см²; временной диапазон излучения – от непрерывного режима (около 10 с) до фемтосекундных импульсов (около 10^-15с). Эти характеристики позволяют значительно расширить область применения лазерных технологий, в т.ч. и в медицине.

    И.А. Щербаков: «Эндоскопические методы лечения в настоящее время находят все более широкое применение, есть все основания предполагать, что в медицине, а конкретнее – в хирургии произошла настоящая революция. Эндоскопическая хирургия, которой сейчас около 25 лет, родилась благодаря союзу лазерной физики и оптоволоконных технологий».

    Появление фемтосекундных лазеров открыло новые возможности в хирургии: использование фемтосекундных импульсов приводит к отсутствию термического повреждения близлежащих слоев тканей, что дает возможность осуществления вмешательства с прецизионной точностью. Высокая точность, практически точечное воздействие на ткани позволяет снизить побочные эффекты от хирургического вмешательства на оперируемые органы, что выгодно отличает разрабатываемые аппараты от существующих в настоящее время аналогов.

    И.А. Щербаков: «Многофотонное поглощение может реализоваться только при высоких плотностях мощности. Фемтосекундная длительность импульсов излучения позволяет получать при фокусировке значения плотности мощности выше пороговых и реализовывать процессы нелинейного поглощения излучения в тканях в области фокусировки, тем самым воздействуя на выбранную область и не повреждая ни поверхность, ни близлежащие ткани».

    Весьма интересен лазерный хирургический комплекс «Лазурит», где в одном лазере объединены два твердотельных лазера, работающие в разных режимах генерации: лазерный литотриптор для фрагментации камней и скальпель-коагулятор для рассечения, коагуляции и абляции тканей. Такое сочетание предоставляет возможность решения проблем во всем диапазоне урологических задач, от фрагментации твердых конкрементов одним из компонентов комплекса (литотриптором) до рассечения, вапоризации, коагуляции и абляции мягких тканей другим компонентом комплекса (скальпелем-коагулятором) - одним аппаратом.

На рисунке: Лазерный хирургический комплекс «Лазурит»

    В литотрипторе комплекса реализована генерация двухволнового излучения (0,54 мкм и 1,08 мкм), что, вместе с необычной для твердотельных лазеров длительностью импульса (около 1,0 мкс), дает возможность для эффективной контактной лазерной литотрипсии. Излучение по гибкому волоконному световоду, под визуальным эндоскопическим контролем, подводится к поверхности твердого конкремента. Взаимодействие лазерного излучения с поверхностью камня ведет к фрагментации конкремента ударными волнами, генерируемыми при схлопывании образующихся при взаимодействии кавитационных пузырей. Безопасность воздействия обеспечивается за счет реализованной при данных параметрах лазерного излучения селективности воздействия на твердый конкремент и окружающие его мягкие ткани.

    И.А. Щербаков: «Используется двухволновое излучение микросекундной длительности. При поглощении коротковолнового излучения веществом камня на поверхности камня образуется лазерная искра. Длинноволновое излучение импульса поглощается уже плазмой лазерной искры, что ведет к образованию расширяющегося кавитационного пузырька в окружающей камень жидкости. Достигнув максимального размера кавитационный пузырь под действием давления окружающей среды начинает сжиматься и при коллапсе генерируется ударная волна разрушающая камень».

    Этот же прибор позволил разработать технологии лапароскопической резекции почки. Применение скальпеля-коагулятора комплекса при резекции почки позволяет использовать такие преимущества лазерного излучения как: осуществление надежного гемостаза за счет использования лазера; выполнение резекции без тепловой ишемии почки, что позволяет в полном объеме сохранить ее функцию; отсутствие необходимости ушивания зоны резекции; отсутствие осложнений, связанных с интраоперационной кровопотерей.

    В настоящее время ведется работа по исследованию интерстициального лазерного воздействия при фокальной терапии локализованных опухолей почки и предстательной железы. Суть методики состоит в воздействии на опухоль лазерным излучением через пункционный доступ при наведении ультразвуковыми методами или с помощью компьютерной томографии.

    Развитие лазерных методов позволило в настоящее время перейти от лечения к диагностике опухолей. В ходе исследований выяснилось, что при сканировании лазерным пучком здоровых и раковых клеток проявляются разные люминесцентные характеристики. Оказывается, что там, где клетки здоровые, есть достаточно мощная люминесценция. А раковые клетки при соответствующем воздействии нужных длин волн не люминесцируют. Поэтому еще задолго до того, как опухоль обнаружится визуально, можно проводить диагностирование начала процесса образования раковых клеток.

    Сегодня развитием применения лазеров в медицине занимаются многие научные учреждения. Например, в ФИАНе наиболее успешна серия медицинских лазеров Яхрома-Мед (см. www.yachroma.com). Разработанная серия лазеров «Яхрома-Мед» прошла сертификацию в России и за рубежом и успешно применяется в таких областях медицины, как офтальмология, отоларингология, гинекология, гастроэнтерология, онкология. Лазерные установки «Яхрома-Мед» работают в клиниках Российской Федерации, СНГ,   а также в  Латинской Америке и Южной Корее.

Иллюстрации предоставлены И.А. Щербаковым

Е. Любченко, АНИ "ФИАН-Информ"

17.04.2013