WO2011056098A2 - Хирургическая лазерная система - Google Patents

Хирургическая лазерная система Download PDF

Info

Publication number
WO2011056098A2
WO2011056098A2 PCT/RU2010/000655 RU2010000655W WO2011056098A2 WO 2011056098 A2 WO2011056098 A2 WO 2011056098A2 RU 2010000655 W RU2010000655 W RU 2010000655W WO 2011056098 A2 WO2011056098 A2 WO 2011056098A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
radiation
lasers
tissue
tissues
Prior art date
Application number
PCT/RU2010/000655
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011056098A3 (ru
Inventor
Олег Викторович КУЗЬМИН
Original Assignee
Kuzmin Oleg Viktorovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kuzmin Oleg Viktorovich filed Critical Kuzmin Oleg Viktorovich
Publication of WO2011056098A2 publication Critical patent/WO2011056098A2/ru
Publication of WO2011056098A3 publication Critical patent/WO2011056098A3/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B18/22—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B2018/2065—Multiwave; Wavelength mixing, e.g. using four or more wavelengths
    • A61B2018/207—Multiwave; Wavelength mixing, e.g. using four or more wavelengths mixing two wavelengths

Definitions

  • the invention relates to medical equipment and can be used in less traumatic surgery for dissection (incision) or selective ablation of biological tissue and hemostasis in case of violation of the integrity of blood vessels during surgery, in particular, in dentistry and maxillofacial surgery, urology and gynecology.
  • the use of lasers in surgery is based on the effect of absorption of laser radiation by light absorbers of biological tissue and its subsequent destruction.
  • the main light absorbers of biological tissue are water and tissue chromophores, such as melanin and blood.
  • the effectiveness of a surgical laser is based on the correct selection of the wavelength, which corresponds to the absorption of energy by the absorber of the operated tissue.
  • the mechanism of the effect of laser radiation on biological structures is due to the absorption of laser energy by water (directly or indirectly through chromophores). Thanks to the absorbed energy, the water contained in the biological tissue evaporates instantly, destroying soft, bone or dental tissues.
  • the high power density of laser radiation and the low thermal conductivity of biological tissues allows an incision and their instant ablation with minimal trauma.
  • mid-infrared lasers are used, the radiation of which is well absorbed by water and, as a result, is intensely absorbed by hydrophilic tissues.
  • the disadvantages of the known laser surgical devices include the lack of a laser operating mode, in which the effect of its radiation would eliminate the zone of thermal damage around and below the target tissue, as well as the inability to make a deep incision or deep ablation tissues under conditions of hemostatic effect during operations on blood-saturated tissues.
  • the depth of dissection or ablation of the tissue is 0.002 - 0.5 mm, depending on the wavelength and power density of the laser radiation.
  • hemostasis can only be achieved by coagulation of capillaries and small blood vessels with a diameter of less than 0.5 mm, which leads not only to the impossibility of performing surgery on a dry surgical field, but also to significant blood loss.
  • hemostasis is understood a complex of reactions aimed at stopping bleeding during a vascular injury.
  • Blood consists of two main components: a plasma containing 90% water, the rest is proteins and inorganic elements, and shaped elements suspended in it.
  • Blood cells are represented by red blood cells, platelets, and white blood cells.
  • the formed elements provide blood coagulation, leading to a stop of bleeding, thereby protecting the body from blood loss.
  • Red blood cells contain iron-containing protein - hemoglobin, which gives the blood a red color, and this provides absorption by blood of the radiation of lasers generating in the ultraviolet, violet and green-yellow spectral regions. Laser radiation of this spectral range is not absorbed by water and, freely penetrating deep into the tissue, reaches the zone of blood vessels where it is selectively absorbed by hemoglobin of blood.
  • a known method and a laser device emitting in the wavelength range of 200 - 700 nm, for prostatectomy and providing good hemostasis (US N2 7063694).
  • Laser sources in the ultraviolet and violet spectral range from 375 to 440 nm are known (K. Kojima, Ulrich T. Schwarz, M. Funato, Y. Kawakami, S. Nagahama, and T. Mukai "Optical gain spectra for near UV to aquamarine (Al, In) GaN laser diodes ", OPTICS EXPRESS, 2007; (15) 12: 7730-7736).
  • a disadvantage of the known devices is the inability 5 to use laser radiation with wavelengths in the ranges of 375-440 nm and 531-595 nm for dissection or ablation of biological tissue, since their radiation is practically not absorbed by water.
  • a multi-wave surgical method and device for its implementation are known, containing three sources of electromagnetic radiation, one of which has a wavelength of radiation in the region of 3 ⁇ m, the second emits in the visible spectrum, the third has a wavelength of 5 ⁇ m ((US Jfs 5540676)
  • the known device uses an optical fiber for transporting radiation to the tissue and a system for supplying water to the surgical field, the combined radiation of two sources with wavelengths of 3 ⁇ m and 1 ⁇ m, which dissects the tissue and coagulates the vessels
  • the disadvantage of this method is the inefficient use of combined radiation of 3 ⁇ m and 1 ⁇ m laser system for dissection of tissues and coagulation of blood vessels.
  • radiation with a wavelength of 3 ⁇ m falls on the maximum in the absorption spectrum of water and, if water is supplied from the outside to the surgical field, it can provide effective dissection of tissues, but radiation with a wavelength of 1 ⁇ m is weakly absorbed by both water and and hemoglobin of blood.
  • the penetration depth of radiation with a wavelength of 1.064 ⁇ m Nd: YAG laser is from 5 to 10 mm, with a sufficiently high power density, radiation can have a negative thermal effect on tissues outside the operated area.
  • Known two-wave laser scalpel which simultaneously use the radiation of two lasers: the first, with a wavelength in the region of 500 - 800 nm, and the second, with a wavelength in the region of 250 - 400 nm, the radiation of the first laser is used to cauterize blood vessels in violation of their integrity and the second radiation is for dissecting tissues (US N ° 4791927)
  • a disadvantage of the known laser scalpel is the unreasonable claim that it is possible to use laser radiation with a wavelength in the region of 250 - 400 nm for dissecting tissue, since radiation in the wavelength range of 250 - 370 nm is not absorbed by either water or hemoglobin and only in the range of 370 - 400 nm band in the absorption spectrum of hemoglobin (Fig. 2).
  • a laser in the wavelength range 370 - 400 nm can serve as a source of action on blood vessels and can be used, for example, in laser prostatectomy, but it is not suitable for dissection of soft tissues.
  • radiation in the wavelength range of 250 - 320 nm is particularly dangerous, since photons of this range penetrate the body efficiently and have sufficient energy in order to cause photochemical damage and provoke cancer.
  • the 80 W surgical laser system - Ho: YAG (2.09 ⁇ m) and 100 W - Nd: YAG (1.064 ⁇ m) is designed for use in many fields of surgical medicine.
  • a laser with a wavelength of 2.09 ⁇ m provides uniform tissue dissection to a depth of 0.5 mm with a good speed.
  • the use of Ho: YAG laser radiation contributes to the positive effect of tissue repair in the postoperative period.
  • the system is suitable for laser prostatectomy and fragmentation of bladder stones.
  • the laser has enough power for cutting, required by orthopedic surgeons during surgical interventions on cartilage. It can be used in ENT surgery, where it is required to act on hard fibrous formations.
  • the problem is that it is usually required to coagulate quite a lot of vessels of different diameters at the same time.
  • the sizes of such vessels in one section can vary from fractions of a millimeter to several millimeters, and the intrinsic radiation of a Ho: YAG laser and the radiation of an additional Nd: YAG laser do not allow achieving the necessary hemostatic effect.
  • the Nd: YAG laser radiation is weakly absorbed by both water and blood hemoglobin, therefore, to achieve hemostasis by coagulation of blood vessels, a high power density of laser radiation is required, which, penetrating deep into the tissue, can have a negative thermal effect outside the operated area.
  • the technical result solved by the invention is the creation of a laser system that provides:
  • vascular-platelet hemostasis occurs in several stages, which can conditionally be divided into the following: 1) the heat generated as a result of the absorption of laser radiation energy by hemoglobin is transferred to the water contained in the blood plasma;
  • the technical result in the present invention is the creation of a system of two lasers, the radiation of which is introduced into one optical channel and transported to a surgical optical instrument, while the radiation wavelength of the first laser selectively absorbs blood hemoglobin, and the wavelength of the second laser is absorbed by water.
  • the radiation of the first laser provides hydration of the operated tissues and initiates the process of hemostasis
  • the radiation of the second laser makes an incision and / or ablation of hydrophilic tissues and completes the process of hemostasis.
  • Platelet aggregation under the influence of laser radiation of 375 - 440 nm and 531 - 595 nm can be accompanied by the formation of a blood clot in a large blood vessel and stop bleeding when this vessel is destroyed in the laser exposure zone.
  • Figure 2 - shows a graph of the absorption spectra of water, blood hemoglobin and laser wavelengths
  • the surgical laser system consists of a pulsed solid-state laser 1 emitting in the green spectral region - 532 nm, a pulsed solid-state laser 2 emitting in the infrared spectral region - 2090 nm, an optical channel 3 for combining radiation from laser 1 and laser 2, power supply and control system 4 radiation parameters of lasers 1 and 2, which provides control of the energy, duration and pulse repetition rate of each of the lasers, a single cooling system 5, a system for transporting laser radiation 6 in the form of an optical Loknya, hollow waveguide or a hinged manipulator, an optical surgical instrument 7.
  • Laser 1 contains resonator mirrors 8 and 9, between which are located: a quantron 10 with a laser medium and a pump source, an electro-optical shutter 1 1, a nonlinear element 12. Laser radiation
  • the laser 2 contains a resonator mirror 17 and 18, between which are located: a quantron 19 with a laser medium and a pump source; an optomechanical shutter 20 operating on the effect of total internal reflection; mirror 21 transporting laser radiation
  • the optical channel 3 comprises a mirror 22 transporting the radiation of laser 2 to a dichroic mirror 23, which combines the beam of laser 1 with the beam of laser 2.
  • Dichroic mirrors 24 and 25 provide feedback, power supplies 27, 28 of laser 1 and laser 2 of the power system and control parameters of laser radiation 4.
  • the surgical laser system operates as follows.
  • the radiation of laser 1 and laser 2 through the optical channel 3 and the laser transportation system 5 is focused at point A on the surface of the operated biological tissue with an optical surgical instrument 6.
  • the radiation of laser 2 is absorbed by hydrophilic tissues, and the process of their ablation (dissection) begins.
  • the energy of the laser 1 is not absorbed by hydrophilic tissues and freely reaches the zone B of the blood vessels in the form of a defocused beam, where it is absorbed by hemoglobin of blood.
  • the energy absorbed in the form of heat is transferred to the water contained in the blood plasma.
  • Instantly evaporated water diffuses through the walls of blood vessels, hydrating the operated tissues and providing laser 2 with a continuous ablation (dissection) process.
  • the radiation power density of laser 1 in the blood vessel zone increases, and the platelet aggregation process begins, which initiates the formation of a thrombus.
  • An advantage of this invention is the fact that the process of ablation (dissection) of tissues and hemostasis by radiation of two lasers is based on the evaporation of water and since the evaporation process is endothermic in nature, this effect minimizes the area of thermal necrosis of the operated and adjacent tissues.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Laser Surgery Devices (AREA)

Abstract

Предлагаемое изобретение предназначено для использования в малотравматичной хирургии. Предлагаемая хирургическая лазерная система состоит из двух лазеров: первого - с длиной волны 375 - 440 нм или 531 - 595 нм и второго - с длиной волны 2.09 - 10.6 мкм. Излучение лазеров одновременно транспортируется через единый оптический канал к оперируемой ткани. Взаимное излучение двух лазеров создает необходимые условия для достижения положительного эффекта каждым из отдельных лазеров: при операции на мягких тканях излучение первого лазера обеспечивает гидратацию оперируемых тканей и инициирует процесс гемостаза, а излучение второго лазера производит разрез и/или абляцию гидрофильных тканей и завершает процесс гемостаза.

Description

Хирургическая лазерная система.
Область техники
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в малотравматичной хирургии для рассечения (надреза) или селективной абляции биоткани и гемостаза в случае нарушения целостности кровеносных сосудов в ходе операции, в частности, в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, урологии и гинекологии.
Предшествующий уровень техники.
Использование лазеров в хирургии основано на эффекте поглощения лазерного излучения световыми абсорберами биоткани и последующим ее разрушением. Основные световые абсорберы биологической ткани - это вода и хромофоры ткани, такие, как меланин и кровь.
Эффективность хирургического лазера основана на правильном подборе длины волны, которая соответствует поглощению энергии абсорбером оперируемой ткани.
В хирургии механизм воздействия лазерного излучения на биологические структуры обусловлен поглощением энергии лазера водой (непосредственно или опосредованно через хромофоры). Благодаря поглощенной энергии, содержащаяся в биоткани вода мгновенно испаряется, разрушая мягкие, костные или зубные ткани. Высокая плотность мощности лазерного излучения и низкая теплопроводность биотканей позволяет произвести надрез и их мгновенную абляцию с минимальной травматичностью.
В общей хирургии применяют лазеры среднего инфракрасного диапазона, излучение которых хорошо абсорбируется водой и вследствие этого интенсивно поглощается гидрофильными тканями.
Известно использование лазера с длиной волны излучения 10.6 мкм в хирургии, в частности, в лапароскопии (G. Mage, М. Canis, J.L. Pouly, H. Manhes, A. Wattiez and M.A. Bruhat "C02 laser laparoscopy: a ten-year experience : European Association of Gynaecologists and Obstetricians: 2nd Meeting, Paris, 4-5 September, 1987" European Journal of Obstetrics & Gynecology and Reproductive Biology, 1988; (28)2: 120-123).
Известна лазерная система на парогазовой смеси (Sr+Ne+He), излучающая в инфракрасной области на длинах волн 1.03, 1.09, 2.60, 2.69, 2.92, 3.01, 3.06, 6.45 мкм (А.В. Васильева, Ю.П. Полунин, И.В. Реймер, А.Н. Солдатов, А.Г. Филонов, Н.А. Юдин "Лазерная установка для исследования лазерной резонансной абляции полимеров и биотканей", Лазер-Информ, 2009, N 9-10: 408-409).
Известны хирургические лазерные системы Fidelis Plus III, (Fotona, Slovenia) с длиной волны излучения 2.94 мкм и Waterlase MD, (Biolase, USA) с длиной волны излучения 2.78 мкм для использования в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии (Tadej Perhavec, Janez Diaci "Comparison of Heat Deposition of Er:YAG and Er,Cr:YSGG Lasers in Hard Dental Tissues", Journal of the Laser and Health Academy, 2009; (26)2: 1-6).
Известно использование лазера с длиной волны в области 2.09 мкм в хирургии (Atsuhiro Nakagawa, Takayuki Hirano, Hidefumi Jokura, Hiroshi Uenohara, Tomohiro Ohki, Tokitada Hashimoto, Viren Menezes, Yasuhiko Sato, Yasuko Kusaka, Hideki Ohyama, Tsutomu Saito, Kazuyoshi Takayama, Reizo Shirane, and Teiji Tominaga, "Pulsed holmium:yttrium-aluminum- garnet laser— induced liquid jet as a novel dissection device in neuroendoscopic surgery", Journal of neurosurgery, 2004, 101(1): 145-150).
К недостаткам известных лазерных хирургических устройств можно отнести отсутствие режима работы лазера, при котором воздействие его излучения позволило бы исключить зону теплового повреждения вокруг и ниже целевой ткани, а также отсутствие возможности осуществления глубокого надреза или глубокой абляции тканей в условиях гемостатического эффекта при операциях на кровенасыщенных тканях.
При операциях на мягких тканях там, где насыщенность кровеносными сосудами и лимфой мала (кожные и мышечные ткани), воздействие излучения лазеров инфракрасного диапазона спектра вызывает дегидратацию нижележащих слоев, что препятствует дальнейшему проникновению излучения вглубь ткани.
Глубина рассечения или абляции ткани составляет 0.002 - 0.5 мм в зависимости от длины волны и плотности мощности излучения лазера.
Повышение плотности мощности излучения лазера, с целью более глубокого надреза ткани, приводит лишь к её карбонизации.
При операциях на кровенасыщенных гидрофильных тканях, где излучением лазеров среднего инфракрасного диапазона достигается более глубокий надрез, обеспечить гемостаз можно только за счет коагуляции капилляров и мелких кровеносных сосудов диаметром менее 0.5 мм, что ведет не только к невозможности проведения операции на сухом хирургическом поле, но и к значительной кровопотере.
Под термином «гемостаз» понимают комплекс реакций, направленных на остановку кровотечения при травме сосудов.
Кровь состоит из двух основных компонентов: плазмы, содержащей 90% воды, остальное - белки и неорганические элементы, и взвешенных в ней форменных элементов.
Форменные элементы крови представлены эритроцитами, тромбоцитами и лейкоцитами.
Совместно с белками плазмы форменные элементы обеспечивают свёртывание крови, приводя к остановке кровотечения, тем самым, защищая организм от кровопотери.
В эритроцитах содержится содержащий железо белок - гемоглобин, который придаёт крови красную окраску, и это обеспечивает поглощение кровью излучения лазеров, генерирующих в ультрафиолетовой, фиолетовой и зелено-желтой области спектра. Излучение лазеров этого диапазона спектра не поглощаются водой и, беспрепятственно проникая вглубь ткани, достигает зоны кровеносных сосудов, где селективно поглощается гемоглобином крови.
Известен способ и лазерное устройство, излучающее в диапазоне длин волн 200 - 700 нм, для проведения операций простатэктомии и обеспечивающее хороший гемостаз (US N2 7063694).
Известны источники лазерного излучения в ультрафиолетовой и фиолетовой области спектра от 375 до 440 нм (К. Kojima, Ulrich Т. Schwarz, М. Funato, Y. Kawakami, S. Nagahama, and T. Mukai "Optical gain spectra for near UV to aquamarine (Al,In)GaN laser diodes", OPTICS EXPRESS, 2007; (15)12: 7730-7736).
Известно использование в медицине лазеров с длинами волн 585 и 595 нм желтой области спектра (Brian М. Pikkula, David W. Chang, J. Stuart Nelson, Bahman Anvari, "Comparison of 585 and 595 nm laser- induced vascular response of normal in vivo human skin" Lasers in Surgery and Medicine, 2005; (36)2: 117-123).
Известны источники лазерного излучения желтой области спектра 577нм и 578 нм и их воздействие на гемоглобин крови (М. Malm, Т. Lundeberg "Laser Technology in Plastic Surgery", Scandinavian Journal of Plastic and Reconstructive Surgery and Hand Surgery, 1992; (26)1 : 3-1 1).
Известен лазер с длиной волны излучения 531 нм в зеленой области спектра (А.А. Demidovich, A.N. Kuz'min, O.V. Kuz'min, G.I. Ryabtsev, and W. Strek. "Laser Characteristics of Nd:LSB-KTP Microchip under Laser Diode Pumping", Lithuanian Journal of Physics, 1999; (39)4-5: 381-384).
Известен лазер с длиной волны 532 нм в зеленой области спектра, излучение которого обеспечивает гемостатический эффект в ходе операции простатэктомии (David М. Bouchier-Hayes, Paul Anderson, Scott Van Appledorn, Pat Bugeja, Anthony J. Costello "KTP Laser versus Transurethral Resection: Early Results of a Randomized Trial", Journal of Endourology, 2006, 20(8): 580-585).
Недостатком известных устройств является невозможность 5 использования излучения лазеров с длинами волн в диапазонах 375 - 440 нм и 531 - 595 нм для рассечения или абляции биоткани, поскольку их излучение практически не абсорбируется водой.
В настоящее время практический интерес представляют лазерные системы с использованием излучения двух и более лазерных о источников.
Известны многоволновый хирургической способ и устройство для его реализации, содержащий три источника электромагнитного излучения, один из которых имеет длину волны излучения в области 3 мкм, второй излучает в видимом диапазоне спектра, третий имеет длину5 волны 1 мкм ((US Jfs 5540676 )
В известном устройстве используют оптическое волокно для транспортировки излучения к ткани и систему подачи воды в операционное поле, комбинированное излучение двух источников с длинами волн 3 мкм и 1 мкм, которое рассекает ткань и коагулирует сосуды
Недостатком известного способа является неэффективное использование комбинированного излучения 3 мкм и 1 мкм лазерной системы для рассечения тканей и коагуляции кровеносных сосудов.
Как следует из графика 2, излучение с длиной волны 3 мкм приходится на максимум в спектре поглощения воды и, в случае подачи воды извне в операционное поле, оно способно обеспечить эффективное рассечение тканей, но излучение с длиной волны 1 мкм слабо поглощается как водой, так и гемоглобином крови. Проникая вглубь ткани, по данным разных источников глубина проникновения излучения с длиной волны 1.064 мкм Nd:YAG лазера составляет от 5 до 10 мм, при достаточно высокой плотности мощности, излучение может оказать негативное термическое воздействие на ткани находящиеся за пределами оперируемой зоны.
Кроме того, наружное увлажнение тканей (водяным спреем) допустимо при хирургическом вмешательстве в стоматологии или поверхностных операциях на коже, но не представляется допустимым при проведении полостных операций на внутренних органах.
Известен двухволновый лазерный скальпель, в котором одновременно используют излучение двух лазеров: первого, с длиной волны в области 500 - 800 нм, и второго, с длиной волны в области 250 - 400 нм, излучение первого лазера используют для прижигания кровеносных сосудов при нарушении их целостности, а излучение второго - для рассечения тканей (US N° 4791927 )
Недостатком известного лазерного скальпеля является необоснованное утверждение возможности использования излучения лазера с длиной волны в области 250 - 400 нм для рассечения ткани, поскольку излучение в диапазоне длин волн 250 - 370 нм не поглощается ни водой, ни гемоглобином и только в диапазоне 370 - 400 нм имеет полосу в спектре поглощения гемоглобина (фиг. 2).
Лазер диапазона длин волн 370 - 400 нм может служить источником воздействия на кровеносные сосуды и использоваться, например, в операциях лазерной простатэктомии, но он непригоден для рассечения мягких тканей.
Кроме того, излучение в диапазоне длин волн 250 - 320 нм представляет особенную опасность, поскольку фотоны этого диапазона эффективно проникают в организм и обладают достаточной энергией для того, чтобы вызвать фотохимические повреждения и провоцируют рак.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является двухволновая хирургическая лазерная система VersaPulse PowerSuite system Ho:YAG/Nd:YAG, Lumenis, Israel, (Chris Chilton, Tev Aho, Peter Gilling, Mark Cynk, Rick Popert "Holmium Laser for Benign Prostatic Hyperplasia", Course, University of Cambridge Clinical School, 2nd - 3rd April 2008).
Хирургическая лазерная система мощностью 80 Вт - Ho:YAG (2.09 мкм) и 100 Вт - Nd:YAG (1.064 мкм) предназначена для применения во многих областях хирургической медицины.
При частоте следования импульсов лазерного излучения 50 Гц, лазер с длиной волны 2.09 мкм обеспечивает равномерное рассечение тканей на глубину до 0.5 мм с хорошей скоростью. Использование излучения Ho:YAG лазера способствует положительному эффекту восстановления тканей в послеоперационный период.
Система подходит для лазерной простатэктомии и фрагментации камней мочевого пузыря.
Лазер обладает достаточной мощностью для резки, требуемой хирургам-ортопедам при хирургических вмешательствах на хрящевых тканях. Он может применяться в ЛОР-хирургии, где требуется воздействовать на жесткие фиброзные образования.
Наряду с перечисленными достоинствами известной лазерной системы, она имеет существенный недостаток, связанный как с ограниченной глубиной рассечения ткани, так и с отсутствием гемостаза при проведении хирургических операций на кровенасыщенных органах.
При достаточно высокой абсорбции длины волны излучения Ho:YAG лазера водой (фиг. 1) и глубине проникновения излучения в ткани до 0.5 мм, гемостаз достигается только на уровне капилляров и мелких кровеносных сосудов.
Проблема состоит в том, что обычно требуется коагулировать одновременно достаточно много сосудов различного диаметра. Размеры таких сосудов на одном участке могут колебаться от долей миллиметра до нескольких миллиметров, а собственное излучение Ho:YAG лазера и излучение дополнительного лазера Nd:YAG не позволяют достичь необходимого гемостатического эффекта.
Как упоминалось выше, излучение Nd:YAG лазера слабо поглощается как водой, так и гемоглобином крови, поэтому для достижения гемостаза путем коагуляции кровеносных сосудов необходима высокая плотность мощности лазерного излучения, которое, проникая вглубь ткани, может оказать негативное термическое воздействие за пределами оперируемой зоны.
Раскрытие сущности предлагаемого изобретения.
Техническим результатом, решаемым предлагаемым изобретением, является создание лазерной системы, которая обеспечивает:
- непрерывную гидратацию оперируемых слоев ткани, препятствуя их карбонизации в процессе абляции излучением лазера инфракрасного диапазона спектра без использования внешнего источника воды;
- надежный гемостаз в случае нарушения целостности кровеносных сосудов диаметром до 5 мм в ходе операции.
Анализируя механизм воздействия на кровеносные сосуды лазерного излучения спектральной области 375 -440 нм и 531 - 595 нм, автор пришел к выводу, что сосудисто-тромбоцитарный гемостаз происходит в несколько стадий, которые условно можно разделить на следующие: 1 ) тепло, образующееся в результате поглощения гемоглобином энергии лазерного излучения, передается содержащейся в плазме крови воде;
2) испаряясь под воздействием тепла, вода диффундирует через стенки кровеносного сосуда и выходит на поверхность, гидратируя прилегающие к зоне воздействия лазерного излучения ткани;
3) вследствие потери воды плазмой крови, концентрация тромбоцитов в зоне энергетического воздействия лазерного излучения увеличивается, что способствует адгезии тромбоцитов к внутренней поверхности кровеносного сосуда и их агрегации.
Технический результат в предлагаемом изобретение является создание системы из двух лазеров, излучение которых вводят в один оптический канал и транспортируют к хирургическому оптическому инструменту, при этом длина волны излучения первого лазера селективно поглощает гемоглобином крови, а длина волны второго лазера поглощается водой.
Излучение первого лазера обеспечивает гидратацию оперируемых тканей и инициирует процесс гемостаза, а излучение второго лазера производит разрез и/или абляцию гидрофильных тканей и завершает процесс гемостаза.
Агрегация тромбоцитов под воздействием лазерного излучения 375 - 440 нм и 531 - 595 нм может сопровождаться образованием тромба в крупном кровеносном сосуде и остановить кровотечение при разрушении этого сосуда в зоне воздействия лазера.
Гидратация предоперационных слоев ткани, происходящая в процессе испарения воды под воздействием излучения лазера 375 - 440 нм или 531 - 595 нм из нижележащих кровеносных сосудов, создает идеальные условия для рассечения тканей лазером среднего инфракрасного диапазона спектра 2.09 - 10.6 мкм. Проведенные патентные исследования показали, что не известны технические решения с указанной совокупностью существенных признаков, в аналогичных конструкциях хирургической лазерной системы, т.е. предлагаемое решение, соответствует критерию «новизна».
При анализе известных аналогов и прототипа не обнаружено предложение с совокупностью существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, из чего следует, что для специалистов, занимающихся хирургическими лазерными системами, оно явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».
Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.
Лучший пример выполнения предлагаемого изобретения.
Сущность предлагаемой хирургической лазерной системы поясняется нижеследующим описанием и чертежом и графиком, где
На фиг.1 схема предлагаемой лазерной хирургической системы На фиг.2 - показан график спектров поглощения воды, гемоглобина крови и длины волн лазеров
Хирургическая лазерная система состоит из импульсного твердотельного лазера 1 , излучающего в зеленой области спектра - 532 нм, импульсного твердотельного лазера 2, излучающего в инфракрасной области спектра - 2090 нм, оптического канала 3 для совмещения излучения лазера 1 и лазера 2, системы 4 питания и управления параметрами излучения лазеров 1 и 2, обеспечивающей регулирование энергии, длительности и частоты следования импульсов каждого из лазеров, единой системы охлаждения 5, системы транспортировки лазерного излучения 6 в виде оптического волокна, полого волновода или зеркально-шарнирного манипулятора, оптического хирургического инструмента 7.
Лазер 1 содержит зеркала резонатора 8 и 9, между которыми размещены: квантрон 10 с лазерной средой и источником накачки, электрооптический затвор 1 1, нелинейный элемент 12. Излучение лазера
1 транспортируется в оптический канал 3 зеркалами, 13, 14, 15, 16.
Лазер 2 содержит зеркала резонатора 17 и 18, между которыми размещены: квантрон 19 с лазерной средой и источником накачки; оптикомеханический затвор 20, работающий на эффекте полного внутреннего отражения; зеркало 21 транспортирующее излучение лазера
2 в оптический канал 3.
Оптический канал 3 содержит зеркало 22, транспортирующее излучение лазера 2 к дихроичному зеркалу 23, которое совмещает пучок излучения лазера 1 с пучком излучения лазера 2. Дихроичные зеркала 24 и 25 обеспечивают обратную связь, блоков питания 27, 28 лазера 1 и лазера 2 системы питания и управления параметрами излучения лазеров 4.
Хирургическая лазерная система работает следующим образом.
Излучение лазера 1 и лазера 2 через оптический канал 3 и систему транспортировки лазерного излучения 5 фокусируется в точке А на поверхности оперируемой биоткани оптическим хирургическим инструментом 6. Излучение лазера 2 поглощается гидрофильными тканями, начинается процесс их абляции (рассечения).
Энергия излучение лазера 1 не поглощается гидрофильными тканями и беспрепятственно достигает зоны В кровеносных сосудов в виде расфокусированного пучка, где поглощается гемоглобином крови. Поглощенная в виде тепла энергия передается содержащейся в плазме крови воде. Мгновенно испарившаяся вода диффундирует через стенки кровеносных сосудов, гидратируя оперируемые ткани и обеспечивая излучению лазера 2 непрерывный процесс абляции (рассечения).
Движение крови в кровеносных сосудах создает температурный градиент в полости сосудов за счет перфузии (теплового смыва). Регулировкой параметров излучения лазера 1 и лазера 2 через систему питания 4 достигается необходимый режим скорости и глубины разреза и абляции тканей, при этом образование тромба на начальном этапе операции не происходит.
По мере перемещения фокусированного излучения лазеров 1 и 2 вглубь ткани за счет процесса абляции, плотность мощности излучения лазера 1 в зоне кровеносных сосудов увеличивается, и начинается процесс агрегации тромбоцитов, который инициирует образование тромба.
Иссечение кровеносных сосудов излучением лазера 2 завершает процесс гемостаза, т.к. сопровождается ретракцией (сокращением и уплотнением) тромбоцитарного тромба.
Промышленная применимость.
Преимуществом данного изобретения является тот факт, что процесс абляции (рассечения) тканей и гемостаза излучением двух лазеров, основан на испарении воды и поскольку сам процесс испарения носит эндотермический характер, то такое воздействие минимизирует зону термического некроза оперируемых и прилегающих тканей.

Claims

Формула изобретения
1. Хирургическая лазерная система, состоящая из двух лазеров, один 1 из которых генерирует излучение в области 2.09 мкм, второй 2 - генерирует излучение в области 532 нм, системы (4) питания и управления параметрами излучения лазеров, единой системы охлаждения (5), единой системы транспортировки (6) излучения двух лазеров к оперируемой ткани, отличающаяся тем, что взаимное излучение этих лазеров не только дополняет друг друга, но и создает необходимые условия для достижения положительного эффекта каждым из отдельных лазеров: при операции на мягких тканях излучение первого лазера обеспечивает гидратацию оперируемых тканей и инициирует процесс гемостаза, а излучение второго лазера (2) производит разрез и/или абляцию гидрофильных тканей и завершает процесс гемостаза.
2. Хирургическая лазерная система по п.1 , отличающаяся тем, что излучение первого лазера (1) лежит в области длин волн 375 - 440 нм или 531 - 595 нм, а излучение второго лазера ( 2) лежит в области длин волн 2.09 - 10.6 мкм.
PCT/RU2010/000655 2009-11-09 2010-11-08 Хирургическая лазерная система WO2011056098A2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009141140/14A RU2009141140A (ru) 2009-11-09 2009-11-09 Хирургическая лазерная система
RU2009141140 2009-11-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011056098A2 true WO2011056098A2 (ru) 2011-05-12
WO2011056098A3 WO2011056098A3 (ru) 2011-06-30

Family

ID=43970610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2010/000655 WO2011056098A2 (ru) 2009-11-09 2010-11-08 Хирургическая лазерная система

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2009141140A (ru)
WO (1) WO2011056098A2 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2535454C2 (ru) * 2012-12-27 2014-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") Способ рассечения биоткани лазерным излучением и устройство для его осуществления
RU2632803C1 (ru) * 2016-04-12 2017-10-09 Общество с ограниченной ответственностью "Русский инженерный клуб" Способ рассечения биоткани лазерным излучением и устройство для его осуществления
RU2694126C1 (ru) * 2018-08-08 2019-07-09 Общество с ограниченной ответственностью "Троицкий инженерный центр" Хирургическая лазерная система

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2012148625A (ru) * 2012-11-16 2014-05-27 Олег Викторович Кузьмин Хирургическая лазерная система

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030216717A1 (en) * 2002-02-22 2003-11-20 Laserscope Method and system for photoselective vaporization for gynecological treatments
CN2817749Y (zh) * 2005-09-02 2006-09-20 北京光电技术研究所 激光治疗系统
JP2008167896A (ja) * 2007-01-11 2008-07-24 Yuji Matsuura 医療用レーザ装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2896908B2 (ja) * 1989-11-30 1999-05-31 ホーヤ株式会社 医療用レーザ装置
JPH09192140A (ja) * 1996-01-17 1997-07-29 Sony Corp レーザメス装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030216717A1 (en) * 2002-02-22 2003-11-20 Laserscope Method and system for photoselective vaporization for gynecological treatments
CN2817749Y (zh) * 2005-09-02 2006-09-20 北京光电技术研究所 激光治疗系统
JP2008167896A (ja) * 2007-01-11 2008-07-24 Yuji Matsuura 医療用レーザ装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ATSUHIRO NAKAGAWA ET AL.: 'Pulsed holmium: yttrium-aluminum-garnet laser-induced liquid jet as a novel dissection device in neuroendoscopic surgery' JOURNAL OF NEUROSURGERY, [Online] vol. 101, no. 1, 2004, page 1 Retrieved from the Internet: <URL:http://www.thejns org/doi/abs/10.3171 /jns.2004.101.1.or45 url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=.:.,c.l> [retrieved on 2011-04-12] *
DAVID M.BOUCHIER-HAYES M.D. ET AL.: 'KTP laser versus transurethral resection: early results of a randomized trial' JOURNAL OF ENDOUROLOGY vol. 20, no. 8, 2006, page 580 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2535454C2 (ru) * 2012-12-27 2014-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") Способ рассечения биоткани лазерным излучением и устройство для его осуществления
RU2632803C1 (ru) * 2016-04-12 2017-10-09 Общество с ограниченной ответственностью "Русский инженерный клуб" Способ рассечения биоткани лазерным излучением и устройство для его осуществления
RU2694126C1 (ru) * 2018-08-08 2019-07-09 Общество с ограниченной ответственностью "Троицкий инженерный центр" Хирургическая лазерная система

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011056098A3 (ru) 2011-06-30
RU2009141140A (ru) 2011-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nelson et al. Mid‐infrared erbium: YAG laser ablation of bone: The effect of laser osteotomy on bone healing
US8636726B1 (en) Multiple-mode device for high-power short-pulse laser ablation and CW cauterization of bodily tissues
ERHARD et al. Urologic applications of the holmium laser: preliminary experience
JP4987958B2 (ja) 医療用レーザー装置
Vandertop et al. Laser-assisted neuroendoscopy using a neodymium—yttrium aluminum garnet or diode contact laser with pretreated fiber tips
Janda et al. Comparison of thermal tissue effects induced by contact application of fiber guided laser systems
Abelow Use of lasers in orthopedic surgery: current concepts
Stellar et al. Lasers in surgery
Theisen et al. CW high power IR-laser at 2µm for minimally invasive surgery
WO2011056098A2 (ru) Хирургическая лазерная система
Shokrollahi et al. Lasers: principles and surgical applications
WO2010059734A1 (en) Dynamic laser pulse systems and methods
Frank et al. Comparative investigations of the effects of the neodymium: YAG laser at 1.06 microns and 1.32 microns on tissue
Kang et al. In vitro investigation of wavelength‐dependent tissue ablation: Laser prostatectomy between 532 nm and 2.01 µm
Lanzafame Laser/light applications in general surgery
RU2535454C2 (ru) Способ рассечения биоткани лазерным излучением и устройство для его осуществления
RU2632803C1 (ru) Способ рассечения биоткани лазерным излучением и устройство для его осуществления
Büki et al. Initial clinical experience with a combined pulsed holmium-neodymium-YAG laser in minimally invasive neurosurgery
Theisen-Kunde et al. Partial kidney resection based on 1.94 μm fiber laser system
Vinnichenko et al. Comparison of a blue diode laser with Ho: YAG, Tm fiber, and KTP lasers for soft tissue ablation
Spörri et al. Effects of various laser types and beam transmission methods on female organ tissue in the pig: an in vitro study
Gupta Lasers in surgery: from past to present
Steiner Medical applications of mid-IR solid-state lasers
Prasad et al. CO2 Laser Surgery for the Larynx
Lukavenko Diode laser as an electronic system of surgical influence on soft biological tissues

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 27.09.2012)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10828608

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2