Что такое тулиевый волоконный лазер?

04.02.2025
367
0

Лазеры в урологической клинической практике применяют уже более 30 лет. Последние годы разработок привели к значительному изменению лазерных технологий для выполнения хирургических манипуляций, среди которых новое поколение тулиевых волоконных лазеров позволяет не только повысить эффективность и безопасность хирургических вмешательств, но и являться ассистентом хирурга при работе с лазерными аппаратами.

В.А. Андреева, руководитель отделения медицинских лазерных систем НТО «ИРЭ-Полюс»

Первая публикация об использовании лазера в урологии была связана с использованием твердотельного Ho:YAG (гольмиевого твердотельного) лазера. Данный тип лазера получил широкое распространение за счет того, что он позволяет осуществлять весь спектр хирургических манипуляций в эндоурологии: как хирургические вмешательства на мягких тканях, так и дробление камней. Генерация излучения в таком типе лазеров происходит под воздействием света от широкополосного источника (ламп накачки) в кристалле алюмоиттриевого граната, легированного ионами гольмия, расположенного между двумя зеркалами для усиления излучения. Эти лазеры имеют следующие особенности, обусловленные их конструкцией: излучение является импульсным и имеет фиксированную длину волны равную 2,1 мкм, максимальная частота следования импульсов не более 30 Гц и максимальная средняя мощность составляет не более 35 Вт. Однако данный тип лазера характеризуется низкой эффективностью преобразования электрической энергии в оптическую (менее 2%) с выделением большого количества тепловой энергии (более 98%), что приводит к повышению температуры лазерного генератора. Поэтому для таких лазеров необходимо использовать очень эффективную систему охлаждения – водяную. Гольмиевые лазеры высокой мощности (более 100 Вт) представляют собой конструкцию, состоящую из 3-4-х генераторов, излучение которых синхронизируют по времени и объединяют в один пучок. Поэтому эти лазеры имеют большие габариты и вес. Кроме того, такие лазеры характеризуются низким качеством пучка, что накладывает ограничение на минимальный диаметр хирургического волоконного инструмента (не менее 200 мкм), который используется для доставки лазерного излучения от аппарата к операционному полю.

Следующим типом лазера, который получил широкое распространение в урологии, является твердотельный Tm:YAG (тулиевый твердотельный) лазер с длиной волны излучения 2,01 мкм. Его конструкция схожа с конструкцией гольмиевого лазера, за исключением того, что накачка кристалла осуществляется излучением от полупроводниковых диодов, что приводит к повышению эффективности преобразования электрической энергии в оптическую (не более 7%), но все еще требует использования водяного охлаждения, так как тепловая энергия выделяется в малом объеме, приводя к значительному повышению температуры лазерного генератора. Такие типы лазера до недавнего времени использовались только для выполнения операций на мягких тканях вследствие непрерывного излучения, которое не позволяет осуществлять литотрипсию. В 2022 году появился твердотельный тулиевый лазер, который имел уже импульсное излучение, подходящее для литотрипсии.

Какое же излучение является оптимальным для выполнения как хирургических вмешательств на мягких тканях, так и для дробления камней? Для доставки излучения от лазера к операционному полю используются простые и дешевые кварцевые волокна, ограничением которых является то, что они могут проводить излучение с длиной волны до 2,5 мкм (излучение с длиной волны свыше 2,5 мкм полностью поглощается в кварцевых волокнах, что приводит к их разрушению). В данном диапазоне основным хромофором биологических тканей, который поглощает излучение, является вода. Для более эффективного воздействия лазерного излучения на мягкие ткани необходимо выбирать такой его тип , который имеет максимальное поглощение в воде, и в данном диапазоне локальный пик поглощения приходится на длину волны 1,94 мкм. В свою очередь, материал камней, образующихся в мочевыводящей системе, не поглощает излучение в данном диапазоне, но благодаря тому, что камни имеют пористую структуру и постоянно находятся в водной среде, то при воздействии излучением на камень вода в порах поглощает данное излучение, вызывая взрывное вскипание, что приводит к разрушению камней. Поэтому для дробления камней необходимо использовать излучение, которое будет иметь высокое поглощение в воде. Тулиевый волоконный лазер (ТВЛ) позволяет генерировать излучение с длиной волны 1,94 мкм. Генерация излучения в данном типе лазера происходит внутри нескольких десятков метров кварцевого волокна, легированного ионами тулия, под действием излучения накачки от полупроводниковых диодов. Такие лазеры имеют высокую устойчивость к механическим и температурным воздействиям, а также позволяют использовать воздушное охлаждение для лазерного генератора, поскольку обладают высокой эффективностью преобразования электрической энергии в оптическую. Кроме того, они характеризуются высоким качеством пучка, что позволяет использовать хирургические волоконные инструменты с диаметром менее 100 мкм, а также возможностью генерации как импульсного, так и непрерывного излучения. Первый ТВЛ, позволяющий выполнять как операции на мягких тканях, так и литотрипсию, появился шесть лет назад и был разработан российской компанией НТО «ИРЭ-Полюс». За время использования в клинической практике данный лазер показал ряд преимуществ: возможность осуществления распыления камней в мельчайшую пыль с эффективностью в 2 раза выше, чем у других типов лазеров, отсутствие ретропульсии при литотрипсии, возможность выполнения хирургических вмешательств на мягких тканях с высоким уровнем гемостаза и т.п.

В 2023 году появилось новое поколение тулиевого волоконного лазера: система Urolase+ (НТО «ИРЭ-Полюс», Россия), которая является уже не просто инструментом для хирургических манипуляций, но и представляет собой смарт-систему, позволяющую вывести лазерную хирургию в урологии на более высокий уровень.

Что же такое новое поколение тулиевого волоконного лазера? Во-первых, это самый мощный ТВЛ, как по импульсной (пиковой), так и по средней мощности, что позволяет увеличить эффективность разрушения камней, а также расширить возможности при операциях на мягких тканях. Во-вторых, данные системы имеют специальные модулированные режимы, позволяющие усилить преимущества ТВЛ. Все режимы, реализованные в данных смарт-системах, основаны на особенностях физических механизмов взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями. Как было отмечено выше, ТВЛ за время существования показал себя эффективным инструментом для распыления камней, но не позволял фрагментировать камни на крупные части, что характерно для гольмиевых лазеров. Новый режим смарт-систем «Ultra Pulse» позволяет осуществлять и данный тип разрушения за счет создания термических напряжений в структуре камня, приводящих к его фрагментированию. Данный режим показал в клиническом исследовании более высокую эффективность фрагментации камней по сравнению с гольмиевым лазером.

С точки зрения лазерной хирургии мягких тканей, основным параметром излучения, определяющим механизм воздействия, является пиковая мощность. При уменьшении пиковой мощности доминирующим является фототермический механизм, который вызывает вапоризацию мягких тканей с высоким уровнем  гемостаза. По мере увеличения пиковой мощности доминирующим становится фото-термомеханический механизм, который приводит к взрывному разрыву мягких тканей с низким уровнем гемостаза. Второй механизм играет важную роль при выполнении такой операции, как энуклеация тканей предстательной железы у пациентов с доброкачественной гиперплазией предстательной железы (ДГПЖ). Данный механизм воздействия позволяет осуществлять анатомическую «энуклеацию» гиперплазированных тканей от капсулы предстательной железы. Поэтому гольмиевый лазер, обладающий очень высокой пиковой мощностью в импульсе, получил широкое применение для выполнения этой процедуры, но как было отмечено выше, данная манипуляция характеризуется низким уровнем гемостаза. Новые смарт-системы ТВЛ со средней мощностью 70 Вт и выше за счет повышенной пиковой мощности позволяют осуществлять как вапоризацию мягких тканей, как при классической ThuFLEP (Thulium Fiber Laser Enucleation of the Prostate – Энуклеация простаты тулиевым лазером), так и анатомическую энуклеацию по типу гольмиевого лазера. Но для того, чтобы не терять преимуществ классической энуклеации ThuFLEP, выраженных в высоком уровне гемостаза, в системе реализован новый режим «Dissect Pulse», позволяющий осуществлять механическую энуклеацию лазерным излучением с сохранением высокого уровня гемостаза. Кроме того, для обеспечения коагуляции поверхностной раны большого размера, например, после энуклеации гиперплазированных тканей у больных ДГПЖ, в системе представлен режим «Bloodless Pulse», позволяющий воздействовать широким пучком, расширяя площадь воздействия за один проход. Для свободной от карбонизации вапоризации мягких тканей в системе реализован режим «Clean Pulse».

Одной из основных функций смарт-систем стала функция «Tissue Sensor», разработанная совместно с МНОЦ МГУ. Данная функция основана на постоянном анализе оптических свойств биологических тканей и позволяет автоматически определять тип ткани расположенной перед торцом волоконного инструмента во время литотрипсии. В случае обнаружения мягких тканей во время дробления камней, система автоматически отключит излучение при нажатой хирургом педали управления излучением и автоматически продолжит излучение в случае обнаружения камня перед торцом волоконного инструмента. В условиях плохой видимости, высокой дыхательной активности и других сложных ситуациях данная система позволяет повысить безопасность во время лазерной литотрипсии за счет минимизации возможности случайного попадания лазерного излучения на стенку органа.

Помимо функций, направленных на эффективность и безопасность выполняемых процедур, данные системы также позволяют повышать комфорт хирурга во время работы. Благодаря возможности использования новой системы Urolase Vision system (UVS), основной функцией которой является потоковый анализ эндоскопического видеоизображения в режиме реального времени. UVS позволяет хирургу контролировать параметры лазерного излучения и состояния аппарата, не отвлекаясь от эндоскопического монитора: параметры лазерной системы и эндоскопическое изображение отображаются теперь на одном мониторе. Кроме того, первой функцией, которая уже реализована в системе UVS, является возможность определять состав камня перед операцией и тем самым автоматически выставлять параметры лазерной системы в зависимости от состава камня.

Таким образом, последние годы разработок привели к значительному изменению лазерных технологий для выполнения хирургических манипуляций, среди которых новое поколение ТВЛ позволяет не только повышать эффективность и безопасность хирургических вмешательств, но и являться ассистентом хирурга при работе с лазерными аппаратами.      

Комментарии