Capítulo 5 Novidades em cirurgia refrativa

A cirurgia a laser utiliza uma fonte de luz laser (feixe de laser) para remover tecidos doentes ou tratar vasos sanguíneos. Alternativamente, o laser é usado para fins cosméticos; pode remover rugas, manchas ou tatuagens.

Existem vários tipos diferentes de lasers, cada um com usos e especificações diferentes. Os centros cirúrgicos a laser utilizam três tipos de laser: dióxido de carbono (CO 2); laser YAG; e impulso.

Objetivos da cirurgia a laser

A cirurgia a laser é usada para:

• cortar ou destruir o tecido doente sem danificar o tecido saudável,
• redução ou destruição de tumores e lesões,
• fechando terminações nervosas para reduzir a dor pós-operatória,
• cauterização (endurecimento) dos vasos sanguíneos para reduzir a perda de sangue,
• selando vasos linfáticos para minimizar o inchaço,
• remoção de manchas, verrugas, tatuagens,
• reduzindo o aparecimento de rugas na pele.

Medidas de precaução

Alguns tipos de cirurgia a laser não devem ser realizados em mulheres grávidas, pessoas com doenças cardíacas graves, doenças cardíacas ou outros problemas graves de saúde.

Além disso, como alguns procedimentos cirúrgicos a laser são realizados sob anestesia geral, os riscos da cirurgia devem ser amplamente discutidos com o anestesista.

Cirurgia a laser: descrição

O laser pode ser usado para realizar quase qualquer procedimento cirúrgico. As clínicas de cirurgia a laser usam uma variedade de sistemas de laser que podem cortar, coagular, vaporizar e remover tecidos. A maioria dos centros de cirurgia a laser usa dispositivos a laser originais para realizar procedimentos padrão e não padrão. Ao usar um laser, um cirurgião experiente e treinado pode realizar uma variedade de tarefas, reduzindo significativamente a perda de sangue, o desconforto pós-operatório do paciente, a probabilidade de infecção da ferida, a propagação de certos tipos de câncer e minimizando a extensão da cirurgia (em alguns casos ).

Os lasers são extremamente úteis em cirurgias abertas e laparoscópicas. As aplicações cirúrgicas comuns do laser incluem cirurgia de mama, remoção da vesícula biliar, ressecção intestinal, hemorroidectomia e muitas outras.

Aplicação de Laser

A cirurgia a laser costuma ser um procedimento padrão para especialistas na área de:

O uso regular de laser é praticado para:

• eliminando toupeiras,
• remoção de tecidos ou tumores benignos, pré-cancerosos ou cancerosos,

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• remoção de amígdalas,
• depilação ou transplante.

Os lasers também são usados ​​para tratar:

Benefícios da cirurgia a laser

Freqüentemente chamados de “cirurgia sem sangue”, os procedimentos a laser geralmente resultam em menos sangramento do que a cirurgia convencional. O calor gerado pelo laser reduz o risco de infecção. Como é necessária uma incisão menor, os procedimentos a laser geralmente levam menos tempo do que as cirurgias tradicionais. A vedação de vasos sanguíneos e nervos reduz sangramento, inchaço, cicatrizes, dor e tempo de recuperação.

Diagnóstico e preparação

Como a cirurgia a laser é usada para tratar uma ampla variedade de condições, o paciente deve receber instruções detalhadas do médico sobre como se preparar para o procedimento específico.

Cuidados posteriores

A maioria das cirurgias a laser pode ser realizada em regime ambulatorial, e os pacientes normalmente podem deixar o hospital ou o consultório médico assim que seus sinais vitais se estabilizarem.

O seu médico pode prescrever um analgésico (analgésico) após a cirurgia. O tempo necessário para a recuperação após a cirurgia depende da complexidade da operação e das características individuais do paciente.

Cirurgia a laser: riscos

A cirurgia a laser pode envolver riscos que não estão associados aos procedimentos cirúrgicos tradicionais. O feixe de laser, quando combinado com energia e absorção suficientemente altas, pode inflamar roupas, papéis e cabelos. O risco de disparo do laser aumenta na presença de oxigênio. Também é importante proteger-se de choques elétricos, pois os lasers requerem alta voltagem.

O feixe de laser pode afetar tecidos saudáveis ​​e, nesse caso, causa danos dolorosos. Erros ou imprecisões na cirurgia a laser podem prejudicar a visão do paciente ou deixar cicatrizes na pele.

Todos os riscos, cuidados e possíveis complicações devem ser discutidos com o paciente pelo médico.

Negação de responsabilidade: As informações apresentadas neste artigo sobre cirurgia a laser têm como objetivo apenas informar o leitor. Não se destina a substituir o conselho de um profissional de saúde.

As operações a laser entraram agora na prática cirúrgica como um método moderno de tratamento cirúrgico, capaz de resolver muitos problemas inacessíveis ao bisturi convencional. O uso prático dos lasers para fins médicos em nosso país começou em meados da década de 60 do século passado e, ao longo do último período, eles foram cada vez mais introduzidos em diversas áreas da cirurgia. A precisão do foco, a segurança, a indolor e outras características desta radiação permitem operações únicas usando o feixe como um bisturi laser.

A essência da tecnologia

Em sua essência, um laser cirúrgico é um gerador quântico óptico que gera um fluxo de radiação coerente, monocromático e altamente direcionado. O princípio de funcionamento do laser baseia-se na geração de um fluxo luminoso composto por fótons que se formam quando os átomos do sistema de bombeamento do meio ativo são excitados. Uma propriedade importante da radiação é a capacidade de criar um feixe de luz contínuo com alta energia e um comprimento de onda. Os fótons emitidos possuem um ângulo de dispersão muito pequeno, o que possibilita um foco preciso do feixe. Todas essas características garantem o uso eficaz dos lasers na medicina.

Sistemas de laser bastante poderosos são usados ​​em cirurgia. A sua utilização permite a remoção e destruição dos tecidos afetados (em particular, a evaporação), bem como a necrose celular térmica. Os métodos mais conhecidos de exposição ao feixe de laser são: ablação ou remoção direta de tecido; cauterização, coagulação; conexão, soldagem; esmagamento durante a formação de uma onda do tipo choque (pulso).

Durante as operações cirúrgicas, via de regra, é utilizada a capacidade de concentrar energia significativa em um feixe fino, o que proporciona forte aquecimento do tecido biológico. O chamado bisturi a laser baseia-se neste princípio. Assim, com uma potência de emissor de cerca de 20 W e um feixe focalizado com diâmetro de 1 mm, desenvolve-se uma densidade de potência de radiação volumétrica de cerca de 500 kW/cm2. Com tanta potência, o tecido aquece quase instantaneamente até várias centenas de graus, o que garante seu corte por evaporação. Neste caso, a profundidade do corte dependerá do tempo de exposição ao fluxo.

Qual é a vantagem da tecnologia

O uso da tecnologia laser na prática cirúrgica apresenta uma série de vantagens indiscutíveis em comparação à cirurgia clássica:

A singularidade da radiação laser reside na versatilidade dos problemas que resolve: vaporização eficaz e destruição dos tecidos afetados; área operacional seca; minimizar danos aos órgãos vizinhos; garantindo hemostasia e aerostase; interromper os fluxos linfáticos; Possibilidade de combinação com endoscopia e laparoscopia.

A utilização de sistemas a laser permite os seguintes tipos de tratamento cirúrgico: microcirurgia (as operações mais populares são na oftalmologia); eliminação de pequenas formações tumorais; operações de natureza seletiva (eliminação de manchas da idade, diversas formações e defeitos subcutâneos, nomeadamente tatuagens); restauração da patência vascular; parar sangramentos e operações em órgãos onde ocorreu hemorragia; conexão e soldagem de tecidos destruídos.

Possibilidades de cirurgia a laser

As operações a laser são realizadas em muitas áreas da cirurgia. As seguintes áreas comuns de aplicação podem ser identificadas:

Sutilezas das operações a laser

Ao realizar as operações em questão, é utilizado um laser médico especial com um ambiente de trabalho diferente. O método de acesso ao local da patologia também pode ser diferente. Ao realizar cirurgia com acesso aberto, a dissecção de tecidos moles com feixe de laser não é recomendada, pois as bordas fundidas dos tecidos demoram mais para crescer juntas e podem deixar uma cicatriz significativa. O órgão operado diretamente é excisado com laser após o acesso ter sido fornecido por outros métodos.

A cirurgia a laser pode ser realizada usando tecnologia endoscópica. Nesse caso, o acesso à lesão é feito, via de regra, por passagens fisiológicas (esôfago, traqueia, cavidade nasal ou oral, uretra, vagina, etc.), bem como por pequenos orifícios cortados artificialmente.

As sondas são inseridas nessas passagens usando um endoscópio para introduzir um instrumento especial em miniatura que fornece radiação laser. Neste caso, um fluxo de fótons com parâmetros especificados é fornecido através de um cateter com guia de luz flexível.

Instalações a laser

Ao planejar uma operação, atenção especial é dada à escolha do tipo de laser médico. Os seguintes tipos de instalações são utilizados nas diversas áreas da cirurgia: Laser CO2; laser de neodímio, hólmio, érbio e diodo. As instalações diferem no meio de bombeamento operacional, que confere propriedades diferentes à radiação laser.

O uso de um laser de CO2 operando com dióxido de carbono é bastante comum. Este tipo de emissor produz um fluxo que possui alta absorção de água e compostos orgânicos com profundidade de penetração típica de cerca de 0,1 mm. Tais propriedades possibilitam a realização de operações em ginecologia, otorrinolaringologia, cirurgia geral, dermatologia, cirurgia plástica de pele e cosmetologia. A penetração superficial do feixe permite cortar o tecido biológico sem queimaduras significativas, o que é especialmente importante na oftalmologia.

O laser de neodímio é um laser de estado sólido e opera usando cristais de granada de ítrio e alumínio ativados por íons de neodímio. A profundidade de penetração da radiação atinge 7-9 mm. Principal aplicação em cirurgia: coagulação volumétrica e profunda durante operações urológicas, ginecológicas e oncológicas; eliminação de hemorragia interna.

O laser de hólmio usa cristais de granada de ítrio-alumínio ativados por íons de hólmio. Este feixe corta tecido biológico a uma profundidade de 0,4-0,6 mm, o que se aproxima das características de um laser de CO. A radiação de uma fonte de hólmio é facilmente transmitida através de fibra óptica de quartzo, o que é conveniente ao usar tecnologia endoscópica minimamente invasiva. Este laser tem se mostrado bem na coagulação de vasos de até 0,6 mm de tamanho, o que é suficiente para um tratamento cirúrgico eficaz e proporciona a segurança necessária na operação ocular.

O laser de érbio proporciona uma profundidade de penetração de 0,05 mm, resultando em um tratamento de superfície muito eficaz. As principais áreas de sua utilização cirúrgica: micro-resurfacing da pele, perfuração da pele, evaporação de tecidos dentários duros, evaporação da superfície da córnea ocular no tratamento da hipermetropia. A segurança da radiação com érbio durante cirurgias oculares deve ser particularmente enfatizada.

Ao longo do último meio século, os lasers encontraram aplicação em oftalmologia, oncologia, cirurgia plástica e muitas outras áreas da medicina e da pesquisa biomédica.

A possibilidade de utilizar a luz para tratar doenças era conhecida há milhares de anos. Os antigos gregos e egípcios usavam a radiação solar na terapia, e as duas ideias estavam até ligadas entre si na mitologia - o deus grego Apolo era o deus do sol e da cura.

Foi somente com a invenção da fonte de radiação coerente, há mais de 50 anos, que o potencial do uso da luz na medicina foi verdadeiramente revelado.

Devido às suas propriedades especiais, os lasers são muito mais eficazes que a radiação solar ou outras fontes. Cada gerador quântico opera em uma faixa muito estreita de comprimentos de onda e emite luz coerente. Os lasers na medicina também permitem criar altas potências. O feixe de energia pode ser concentrado em um ponto muito pequeno, alcançando assim alta densidade. Essas propriedades fizeram com que os lasers fossem usados ​​em muitas áreas de diagnóstico médico, terapia e cirurgia atualmente.

Tratamento de pele e olhos

O uso do laser na medicina começou com a oftalmologia e a dermatologia. O gerador quântico foi descoberto em 1960. E apenas um ano depois, Leon Goldman demonstrou como o laser vermelho rubi poderia ser usado na medicina para remover displasia capilar, um tipo de marca de nascença, e melanoma.

Esta aplicação é baseada na capacidade de fontes de radiação coerentes operarem em um comprimento de onda específico. Fontes de radiação coerente são agora amplamente utilizadas para a remoção de tumores, tatuagens, cabelos e manchas.

Na dermatologia são utilizados lasers de diferentes tipos e comprimentos de onda, devido aos diferentes tipos de lesões a serem tratadas e à principal substância absorvente dentro delas. também depende do tipo de pele do paciente.

Hoje, não é possível praticar dermatologia ou oftalmologia sem lasers, pois eles se tornaram as principais ferramentas no tratamento de pacientes. O uso de geradores quânticos para correção da visão e uma ampla gama de aplicações oftalmológicas cresceu depois que Charles Campbell, em 1961, se tornou o primeiro médico a usar um laser vermelho na medicina para curar um paciente com descolamento de retina.

Mais tarde, os oftalmologistas começaram a usar fontes de radiação coerente de argônio na parte verde do espectro para esse fim. As propriedades do próprio olho, especialmente de seu cristalino, foram usadas aqui para focar o feixe na área de descolamento de retina. O poder altamente concentrado do dispositivo literalmente o une.

Pacientes com algumas formas de degeneração macular podem se beneficiar da cirurgia a laser – coagulação a laser e terapia fotodinâmica. No primeiro procedimento, um feixe de radiação coerente é utilizado para selar os vasos sanguíneos e retardar o seu crescimento anormal sob a mácula.

Estudos semelhantes foram realizados na década de 1940 com a luz solar, mas para concluí-los com sucesso, os médicos precisavam das propriedades únicas dos geradores quânticos. O próximo uso do laser de argônio foi para estancar hemorragias internas. A absorção seletiva da luz verde pela hemoglobina – o pigmento dos glóbulos vermelhos – tem sido usada para bloquear o sangramento de vasos sanguíneos. Para tratar o câncer, os vasos sanguíneos que entram no tumor e fornecem nutrientes são destruídos.

Isto não pode ser alcançado usando a luz solar. A medicina é muito conservadora, como deveria ser, mas fontes de radiação coerentes ganharam reconhecimento em vários campos. Os lasers na medicina substituíram muitos instrumentos tradicionais.

A oftalmologia e a dermatologia também se beneficiaram de fontes de excímeros de radiação ultravioleta coerente. Eles se tornaram amplamente utilizados na remodelagem da córnea (LASIK) para correção da visão. Os lasers na medicina estética são usados ​​para remover manchas e rugas.

Cirurgia estética lucrativa

Tais desenvolvimentos tecnológicos são inevitavelmente populares entre os investidores comerciais, uma vez que têm um enorme potencial de lucro. A empresa analítica Medtech Insight estimou em 2011 que o tamanho do mercado de equipamentos cosméticos a laser vale mais de US$ 1 bilhão. Na verdade, apesar do declínio na procura global de sistemas médicos durante a recessão global, as cirurgias cosméticas baseadas na utilização de geradores quânticos continuam a ter uma procura constante nos Estados Unidos, o mercado dominante de sistemas laser.

Imagens e diagnósticos

Os lasers na medicina desempenham um papel importante na detecção precoce do câncer, bem como de muitas outras doenças. Por exemplo, em Tel Aviv, um grupo de cientistas interessou-se pela espectroscopia IR usando fontes de radiação infravermelha coerente. A razão para isso é que o câncer e o tecido saudável podem ter permeabilidade infravermelha diferente. Uma aplicação promissora deste método é a detecção de melanomas. No câncer de pele, o diagnóstico precoce é muito importante para a sobrevivência do paciente. Atualmente, a detecção do melanoma é feita a olho nu, portanto você só pode contar com a habilidade do médico.

Em Israel, uma vez por ano, todos podem fazer exames gratuitos de melanoma. Há vários anos, foram realizados estudos em um dos grandes centros médicos, com os quais foi possível observar visualmente a diferença na faixa infravermelha entre sinais potenciais, mas inofensivos, e o melanoma real.

Katzir, organizador da primeira conferência SPIE sobre óptica biomédica em 1984, e seu grupo em Tel Aviv também desenvolveram fibras ópticas transparentes aos comprimentos de onda infravermelhos, permitindo que a técnica fosse estendida ao diagnóstico interno. Além disso, pode ser uma alternativa rápida e indolor ao esfregaço cervical em ginecologia.

O azul na medicina encontrou aplicação em diagnósticos fluorescentes.

Sistemas baseados em geradores quânticos também começam a substituir os raios X, tradicionalmente usados ​​em mamografia. Os raios X apresentam aos médicos um dilema difícil: é necessária alta intensidade para detectar o câncer com segurança, mas o aumento da radiação por si só aumenta o risco de câncer. Como alternativa, está sendo explorada a possibilidade de usar pulsos de laser muito rápidos para tirar fotos da mama e de outras partes do corpo, como o cérebro.

OCT para os olhos e muito mais

Os lasers na biologia e na medicina encontraram aplicação na tomografia de coerência óptica (OCT), o que causou uma onda de entusiasmo. Esta técnica de imagem utiliza as propriedades de um gerador quântico e pode produzir imagens muito nítidas (da ordem de mícrons), transversais e tridimensionais de tecido biológico em tempo real. A OCT já é usada em oftalmologia e pode, por exemplo, permitir que um oftalmologista veja um corte transversal da córnea para diagnosticar doenças da retina e glaucoma. Hoje, a técnica também começa a ser utilizada em outras áreas da medicina.

Uma das maiores áreas emergentes da OCT é a imagem das artérias por fibra óptica. pode ser usado para avaliar a condição de uma placa instável com tendência à ruptura.

Microscopia de organismos vivos

Os lasers na ciência, tecnologia e medicina também desempenham um papel fundamental em muitos tipos de microscopia. Muitos desenvolvimentos foram feitos nesta área, cujo objetivo é visualizar o que está acontecendo dentro do corpo do paciente sem o uso de bisturi.

A parte mais difícil da remoção do câncer é a necessidade de usar constantemente um microscópio para que o cirurgião possa ter certeza de que tudo foi feito corretamente. A capacidade de realizar microscopia “ao vivo” e em tempo real é um avanço significativo.

Uma nova aplicação dos lasers na engenharia e na medicina é a microscopia óptica de varredura de campo próximo, que pode produzir imagens com resolução muito maior do que a dos microscópios padrão. Este método é baseado em fibras ópticas com entalhes nas extremidades, cujas dimensões são menores que o comprimento de onda da luz. Isso permitiu a geração de imagens em comprimentos de onda e lançou as bases para a geração de imagens de células biológicas. A utilização desta tecnologia em lasers IR permitirá compreender melhor a doença de Alzheimer, o cancro e outras alterações nas células.

PDT e outros métodos de tratamento

Os desenvolvimentos nas fibras ópticas estão ajudando a expandir o uso de lasers em outras áreas. Além de permitirem realizar diagnósticos no interior do corpo, a energia da radiação coerente pode ser transferida para onde for necessária. Isso pode ser usado no tratamento. Os lasers de fibra estão se tornando muito mais avançados. Eles mudarão radicalmente a medicina do futuro.

O campo da fotomedicina, que utiliza produtos químicos sensíveis à luz que interagem com o corpo de maneiras específicas, poderia usar geradores quânticos para diagnosticar e tratar pacientes. Na terapia fotodinâmica (PDT), por exemplo, um laser e um medicamento fotossensível podem restaurar a visão em pacientes com a forma “húmida” de degeneração macular relacionada com a idade, a principal causa de cegueira em pessoas com mais de 50 anos.

Em oncologia, algumas porfirinas se acumulam nas células cancerígenas e apresentam fluorescência quando iluminadas em um determinado comprimento de onda, indicando a localização do tumor. Se estes mesmos compostos forem iluminados com um comprimento de onda diferente, tornam-se tóxicos e matam as células danificadas.

O laser de gás hélio-néon de gás vermelho é utilizado na medicina no tratamento de osteoporose, psoríase, úlceras tróficas, etc., pois essa frequência é bem absorvida pela hemoglobina e pelas enzimas. A radiação retarda processos inflamatórios, previne hiperemia e inchaço e melhora a circulação sanguínea.

Tratamento personalizado

Duas outras áreas onde os lasers poderiam ser usados ​​são a genética e a epigenética.

No futuro, tudo acontecerá em nanoescala, permitindo que a medicina seja praticada em escala celular. Lasers que podem gerar pulsos de femtossegundos e sintonizar comprimentos de onda específicos são parceiros ideais para profissionais médicos.

Isto abrirá a porta para tratamentos personalizados baseados no genoma individual do paciente.

Leon Goldman - o fundador da medicina a laser

Ao falar sobre o uso de geradores quânticos no tratamento de pessoas, não se pode deixar de mencionar Leon Goldman. Ele é conhecido como o “pai” da medicina a laser.

Um ano depois de inventar a fonte de radiação coerente, Goldman tornou-se o primeiro pesquisador a usá-la para tratar uma doença de pele. A técnica utilizada pelo cientista abriu caminho para o posterior desenvolvimento da dermatologia a laser.

Sua pesquisa em meados da década de 1960 levou ao uso do gerador quântico de rubi em cirurgia de retina e a descobertas como a capacidade da radiação coerente de cortar simultaneamente a pele e selar os vasos sanguíneos, limitando o sangramento.

Goldman, dermatologista da Universidade de Cincinnati durante grande parte de sua carreira, fundou a Sociedade Americana de Lasers em Medicina e Cirurgia e ajudou a estabelecer as bases para a segurança do laser. Morreu em 1997

Miniaturização

Os primeiros geradores quânticos de 2 mícrons eram do tamanho de uma cama dupla e resfriados com nitrogênio líquido. Hoje existem diodos que cabem na palma da mão, e ainda menores, e esse tipo de mudança abre caminho para novas áreas de aplicação e desenvolvimento. A medicina do futuro terá pequenos lasers para cirurgias cerebrais.

Graças ao progresso tecnológico, os custos são constantemente reduzidos. Assim como os lasers se tornaram comuns em eletrodomésticos, eles começaram a desempenhar um papel fundamental nos equipamentos hospitalares.

Se anteriormente os lasers na medicina eram muito grandes e complexos, a produção atual deles a partir de fibra óptica reduziu significativamente o custo, e a transição para a nanoescala reduzirá ainda mais os custos.

Outras aplicações

Usando lasers, os urologistas podem tratar estenose uretral, verrugas benignas, cálculos urinários, contratura da bexiga e aumento da próstata.

O uso de lasers na medicina permitiu que neurocirurgiões fizessem cortes precisos e realizassem monitoramento endoscópico do cérebro e da medula espinhal.

Os veterinários usam lasers para procedimentos endoscópicos, coagulação de tumores, incisões e terapia fotodinâmica.

Os dentistas usam radiação coerente para fazer furos, cirurgia gengival, procedimentos antibacterianos, dessensibilização dentária e diagnósticos orofaciais.

Pinças laser

Pesquisadores biomédicos de todo o mundo usam pinças ópticas, classificadores de células e uma variedade de outras ferramentas. Pinças a laser prometem diagnósticos de câncer melhores e mais rápidos e têm sido usadas para capturar vírus, bactérias, pequenas partículas metálicas e filamentos de DNA.

As pinças ópticas usam um feixe de radiação coerente para segurar e girar objetos microscópicos, semelhante à forma como as pinças de metal ou plástico podem pegar objetos pequenos e frágeis. Moléculas individuais podem ser manipuladas anexando-as a pedaços de vidro ou esferas de poliestireno do tamanho de mícrons. Quando a trave atinge a bola, ela se curva e causa um pequeno impacto, empurrando a bola direto para o centro da trave.

Isso cria uma “armadilha óptica” que pode prender uma pequena partícula em um feixe de luz.

Laser na medicina: prós e contras

A energia de radiação coerente, cuja intensidade pode ser modulada, é usada para cortar, destruir ou alterar a estrutura celular ou extracelular dos tecidos biológicos. Além disso, o uso do laser na medicina, enfim, reduz o risco de infecção e estimula a cura. O uso de geradores quânticos em cirurgia aumenta a precisão da dissecção, porém representam perigo para gestantes e há contraindicações para o uso de drogas fotossensibilizantes.

A estrutura complexa dos tecidos não permite uma interpretação inequívoca dos resultados dos testes biológicos clássicos. Os lasers na medicina (foto) são uma ferramenta eficaz para destruir células cancerígenas. No entanto, fontes poderosas de radiação coerente agem indiscriminadamente e destroem não apenas o tecido afetado, mas também o tecido circundante. Essa propriedade é uma importante ferramenta da técnica de microdissecção, utilizada para realizar análises moleculares em um local de interesse com capacidade de destruir seletivamente o excesso de células. O objetivo desta tecnologia é superar a heterogeneidade presente em todos os tecidos biológicos para facilitar o seu estudo numa população bem definida. Neste sentido, a microdissecção a laser tem dado um contributo significativo para o desenvolvimento da investigação, para a compreensão de mecanismos fisiológicos que agora podem ser claramente demonstrados ao nível da população e até mesmo a nível de uma única célula.

A funcionalidade da engenharia de tecidos tornou-se um fator importante no desenvolvimento da biologia hoje. O que acontece se você cortar as fibras de actina durante a divisão? O embrião de Drosophila será estável se a célula for destruída durante o dobramento? Quais são os parâmetros envolvidos na zona meristêmica de uma planta? Todos esses problemas podem ser resolvidos com a ajuda de lasers.

Nanomedicina

Recentemente, uma variedade de nanoestruturas surgiram com propriedades adequadas para uma gama de aplicações biológicas. Os mais importantes deles são:

• pontos quânticos - minúsculas partículas emissoras de luz do tamanho de nanômetros usadas em imagens celulares altamente sensíveis;
• nanopartículas magnéticas, que encontraram aplicação na prática médica;
• partículas de polímero para moléculas terapêuticas encapsuladas;
• nanopartículas metálicas.

O desenvolvimento da nanotecnologia e o uso de lasers na medicina revolucionaram, em suma, a forma como os medicamentos são administrados. Suspensões de nanopartículas contendo medicamentos podem aumentar o índice terapêutico de muitos compostos (aumentar a solubilidade e a eficácia, reduzir a toxicidade), visando seletivamente os tecidos e células afetados. Eles fornecem o ingrediente ativo e também regulam a liberação do ingrediente ativo em resposta à estimulação externa. A nanoteranástica é mais uma abordagem experimental que fornece uso duplo de nanopartículas, compostos medicamentosos, terapias e ferramentas de diagnóstico por imagem, abrindo caminho para um tratamento personalizado.

O uso de lasers na medicina e na biologia para microdissecção e fotoablação tem permitido compreender os mecanismos fisiológicos do desenvolvimento de doenças em diferentes níveis. Os resultados ajudarão a determinar os melhores métodos para diagnosticar e tratar cada paciente. O desenvolvimento da nanotecnologia em estreita ligação com os avanços na imagem também será indispensável. A nanomedicina é uma nova forma promissora de tratamento para certos tipos de cancro, doenças infecciosas ou diagnósticos.

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A cirurgia a laser é baseada no efeito destrutivo térmico da radiação laser no tecido biológico. O desenvolvimento de métodos de transmissão dessa radiação através do lúmen de um endoscópio possibilitou o uso de lasers em cirurgia endoscópica. É seguro dizer que foi o advento dos lasers médicos de alta energia que contribuiu para o rápido desenvolvimento das intervenções cirúrgicas endotraqueais e endobrônquicas nas últimas duas décadas. Atualmente, na cirurgia endoscópica de traqueia e brônquios, são utilizados diversos tipos de fontes de laser, que diferem em comprimento de onda, potência e modos de radiação. Para selecionar conscientemente o laser de que necessita, o cirurgião endoscopista deve compreender os fundamentos do design do laser, bem como as vantagens e desvantagens dos vários tipos.

Princípios gerais de design de laser médico. O termo “laser” é composto pelas letras iniciais de cinco palavras em inglês: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, que significa amplificação de luz utilizando emissão estimulada de radiação.

O laser consiste em um meio ativo e espelhos posicionados com precisão um em relação ao outro, formando um ressonador. Um dos espelhos é totalmente reflexivo, o outro transmite parcialmente. A luz laser é gerada pela passagem repetida de luz através de um meio ativo (no qual é amplificada) entre espelhos. A radiação gerada sai do ressonador através de um espelho parcialmente transmissor. As condições para a possibilidade de amplificação da radiação laser são criadas através do processo de bombeamento. O bombeamento em lasers de vários tipos é realizado de diferentes maneiras: em lasers de cristal (rubi, granada com vários ativadores, alexandrita, etc.) - por radiação óptica de uma lâmpada de bomba ou diodos de laser, em lasers de gás - por brilho (hélio- lasers de néon e dióxido de carbono) ou descarga de arco. Infelizmente, a maioria dos tipos de bombeamento (com exceção do bombeamento elétrico de lasers de diodo semicondutor e bombeamento por radiação óptica monocromática, como diodos laser) tem baixa eficiência: na melhor das hipóteses, cerca de 10% da potência da bomba é convertida em radiação laser.

Como apenas a radiação perpendicular aos espelhos ressonadores é gerada no laser, ele é altamente direcional, ou seja, possui um pequeno ângulo de divergência, denotado pela letra grega (p. E quanto menor esse ângulo, menor a área de radiação laser pode ser concentrado em. A magnitude do ângulo A divergência da radiação laser é determinada por razões físicas e técnicas, discutidas em detalhes na literatura técnica. Aqui notamos uma propriedade da radiação luminosa (e de qualquer radiação eletromagnética): quanto mais fino o feixe de laser (o menor o diâmetro de abertura da radiação laser), maior será o ângulo mínimo alcançável de sua divergência.

A radiação para a qual o produto do diâmetro do feixe e sua divergência é igual ao limite físico é chamada de modo único.
Se os espelhos estiverem inclinados um em relação ao outro (desalinhados), a radiação sai do ressonador sem receber energia significativa. O desalinhamento pode ocorrer como resultado de influências mecânicas no laser. Este projeto apresenta outro problema: a poeira e a umidade que entram na cavidade do laser absorvem a radiação laser. Isso, na melhor das hipóteses, leva a uma diminuição no nível de potência de saída e, na pior das hipóteses, à falha (queima) dos elementos que formam o laser.

Para que um laser se transforme em um bisturi a laser, é necessário levar a radiação laser até o local de ação. Nesse caso, a radiação laser é absorvida no tecido biológico, uma grande quantidade de energia é liberada em um volume limitado e o tecido aquece. A principal característica que determina a taxa de aquecimento do tecido é a densidade de potência de radiação, ou seja, a potência por unidade de área. Para focar a radiação laser no tecido, a maneira mais fácil é colocar uma lente na saída do laser para que a radiação se concentre na área afetada. Isso ocorre quando um laser é conectado a um microscópio cirúrgico. No entanto, este método de direcionamento da radiação laser nem sempre é conveniente.

Muitas vezes é difícil colocar um emissor volumoso e a pessoa que está sendo operada um ao lado do outro. Neste caso, o feixe de laser é transportado dentro de um sistema de tubos ocos, que são acoplados e combinados opticamente entre si por meio de juntas articuladas espelhadas. O feixe de laser passa dentro dos tubos sem tocar nas paredes. Uma lente óptica é colocada na extremidade distal de tal manipulador, que foca a radiação laser em um ponto com um diâmetro pequeno (geralmente 0,1-0,2 mm), o que fornece altas densidades de potência de luz no objeto. É mais conveniente transportar a radiação laser através de fibras ópticas flexíveis.

Uma fibra óptica consiste em um núcleo e um revestimento reflexivo feito de um material com índice de refração inferior ao do núcleo. Guias de luz convencionais para lasers cirúrgicos usam quartzo puro de alta qualidade como núcleo, e o revestimento reflexivo pode ser feito de quartzo dopado ou polímero. Ao utilizar guias de luz com certos tipos de radiação laser, que são fortemente absorvidos pelo quartzo, é necessário utilizar materiais especiais para o núcleo, como a safira, o que aumenta drasticamente o custo dos guias de luz. Um invólucro protetor de polímero é aplicado no topo do invólucro reflexivo. Em alguns casos, tubos ocos finos com paredes feitas de material reflexivo são usados ​​como guias de luz.

Essa fibra pode ser usada para distribuir radiação ao local de exposição. Para isso, é necessário, por meio de uma lente, introduzir radiação na extremidade de entrada de uma guia de luz de fibra flexível, com a ajuda da qual a radiação é fornecida à zona de impacto.

Efeitos costurados gerais da radiação laser no tecido biológico. A eficácia da cirurgia a laser é determinada pela conversão da energia do laser em calor na superfície ou profundamente no tecido. A natureza desta transformação depende não tanto dos parâmetros físicos do feixe laser, mas (e sobretudo) das propriedades físicas e morfológicas do tecido. É a interação entre a luz e o tecido o ponto-chave na compreensão dos fundamentos da medicina a laser, em particular da cirurgia a laser. A relação entre as características do tecido e os parâmetros do laser determina a escolha do tipo de laser e o efeito térmico e, consequentemente, cirúrgico alcançado. Ao mesmo tempo, os parâmetros do tecido nesta escolha são decisivos.

A variedade de estruturas dos tecidos biológicos determina a natureza diferente da passagem da luz através deles, mas os padrões básicos são preservados. A maioria dos tecidos é um meio de dispersão de luz com forte absorção. Esses meios são frequentemente chamados de turvos. Quando a radiação laser passa pelo tecido, observa-se um enfraquecimento de sua intensidade, que é determinado pelo coeficiente de extinção (do latim extinctio - extinção)\x. Por sua vez, q = ca + \x, onde ca e - q5 são os coeficientes de absorção (absorção) e espalhamento. Os “absorvedores” de luz nos tecidos moles são endocromóforos naturais, e os “espalhadores” são células dos tecidos e suas características estruturais (morfológicas).

Na verdade, a conversão da luz em calor é realizada principalmente em endocromóforos naturais - substâncias encontradas nos tecidos. O número de tipos de cromóforos é bastante grande. No entanto, os cromóforos que desempenham um papel importante na cirurgia a laser são bem conhecidos. São água, hemocomponentes, melanina e, menos comumente, proteínas, que são de grande importância na cirurgia oftálmica a laser. Quando a luz é absorvida pelos cromóforos, ocorre uma transformação da luz, devido à qual a radiação transmitida é atenuada. Os cromóforos determinam a profundidade da penetração da luz nos tecidos e, mais importante, o volume em que a energia é liberada.

Deve-se notar que a natureza do efeito da radiação laser no tecido biológico é afetada pelo comprimento de onda em que o laser opera. Isto ocorre porque a absorção da radiação em vários componentes do tecido depende fortemente do comprimento de onda. O comprimento de onda da radiação é, portanto, um parâmetro importante. Na medicina, são utilizados dispositivos a laser que geram radiação desde o ultravioleta (comprimento de onda de cerca de 0,2 mícrons) até o infravermelho distante (mais de 10 mícrons), incluindo a parte visível do espectro com comprimento de onda de radiação (de 0,45 a 0,7 mícrons).

Para ilustração na Fig. A Figura 1.39 mostra a dependência da absorção da radiação laser na água e no sangue total com o comprimento de onda. Os comprimentos de onda da radiação laser são apresentados com base na experiência com a qual este capítulo foi escrito. Para a radiação verde (0,53 µm), a absorção aumenta no sangue total e diminui na água. Aquele dos cromóforos que atenua (absorve) mais fortemente a luz do laser para este comprimento de onda determinará o volume de tecido aquecido (volume de liberação de calor).

Portanto, tal cromóforo é chamado de cromóforo dominante. Por exemplo, para um laser de CO2 (10,6 μm), o cromóforo dominante é a água. O coeficiente de absorção ca é de cerca de 830 cm1, o que corresponde a uma profundidade de penetração da luz no tecido de cerca de 50 μm (cerca de 0,05 mm), ou seja, várias (10-15) camadas de células. Graças a isso, é possível localizar a liberação de energia em um volume muito pequeno de tecido e conseguir o início da ablação (evaporação) do tecido em baixos níveis de potência. Isto concorda bem com os resultados experimentais.

Para outros lasers importantes para cirurgia endoscópica, as profundidades de absorção de luz medidas são: para um laser de granada de ítrio-alumínio (YAG) ativado por neodímio (laser YAG de neodímio com comprimento de onda de 1,06 μm) - de 6 a 8 mm, para um laser ativado por hólmio YAG (laser YAG de hólmio com comprimento de onda de 2,09 μm) - 0,5 mm, para laser YAG de neodímio com duplicação de frequência (0,53 μm, luz verde) - 0,4 mm, para lasers de diodo com comprimento de onda de 0,81 mícrons - de 4 a 6 mm, com comprimento de onda de 0,97 mícrons - de 1 a 2 mm.

A partir das informações acima, seguem-se várias conclusões importantes para a cirurgia endoscópica:

Se for necessário aquecer (por exemplo, coagular) um grande volume de tecido, deve-se dar preferência ao laser YAG de neodímio (1,06 µm) ou ao laser de diodo (0,81 µm), pois o volume de tecido aquecido será muitos vezes maior do que quando se utilizam lasers de CO2.

Se for necessário realizar cortes precisos (precisos) de tecidos, então é preferível usar um laser de CO2. Ao usar esse tipo de laser, há menos trauma térmico nos tecidos ao redor da incisão e, portanto, a taxa de cicatrização da ferida é maior no futuro e a gravidade da cicatriz tecidual na área da incisão é menor.

Como a coagulação a laser é principalmente de natureza térmica (coagulação térmica), um volume maior de tecido aquecido pelo laser possibilita a coagulação de vasos maiores. Assim, a radiação laser, que penetra mais profundamente no tecido, tem potencial hemostático mais pronunciado. Por exemplo, um laser YAG de neodímio pode coagular vasos sanguíneos com um diâmetro de até 3-4 mm, enquanto um laser de CO2 coagula de forma confiável vasos com um diâmetro não superior a 0,5 mm. Lasers de diodo (0,97 µm), lasers YAG de hólmio (2,09 µm) e laser YAG de neodímio com duplicação de frequência (0,532 µm) ocupam uma posição intermediária entre o laser YAG de neodímio (1,06 µm) e o laser de CO2 (10,6 mícrons) para coagulação e tecido capacidades de corte. Esses lasers não possuem um cromóforo dominante claramente definido. Mais precisamente, cada um deles possui 2 cromóforos que são semelhantes em absorção para seus comprimentos de onda de geração. Para lasers de diodo e lasers YAG de hólmio, os cromóforos são água e sangue, e para lasers YAG de duplicação de frequência de neodímio (laser verde), os cromóforos são sangue e melanina. Qual dos cromóforos será dominante é frequentemente determinado pela situação operacional específica e depende do grau de enchimento de sangue e água, da estrutura morfológica, do grau de coloração do tecido, da distribuição desigual das moléculas cromóforas no ambiente e do grau de saturação de oxigênio do tecido.

Para obter o mesmo efeito térmico (por exemplo, evaporação ou coagulação de tecidos), é necessário aproximadamente o mesmo gasto de energia por unidade de volume de tecido. Portanto, ao utilizar radiação que penetra mais profundamente nos tecidos, também são necessários maiores custos absolutos de energia. Além disso, aumenta o risco de efeitos indesejáveis ​​em órgãos localizados fora da zona de impacto. Ao escolher o tipo de laser e seus parâmetros de energia (potência, energia), deve-se proceder a partir das características descritas acima. É por isso que os sistemas cirúrgicos a laser com maior potencial de coagulação têm sempre maior potência. Assim, os níveis de potência dos sistemas cirúrgicos com laser YAG de neodímio são de 100 W e superiores, enquanto com laser de CO2 são cerca de 20 W. Observamos também que levando em consideração a “reserva operacional”, normalmente são escolhidos sistemas ainda mais potentes, pois quanto maior a potência (energia) do laser, maior a produtividade do processo operacional (velocidade de corte, coagulação, evaporação).

Arroz. 1,39. Dependência da absorção da radiação laser na água (linhas sólidas) e sangue total (asteriscos) do comprimento de onda (a - de 0,6 a 10,6 µm, b - de 0,7 a 1,1 µm).
Os eixos das abcissas indicam o comprimento de onda, µm; ao longo dos eixos ordenados - coeficientes: absorção, cm"1 (para água), mm-1 (para sangue).

Um aumento na temperatura em um volume local (limitado pela profundidade de absorção de luz) quando certas condições de energia e tempo são atendidas leva à destruição do tecido ablativo não queimado. Por exemplo, para lasers de CO2, a densidade de energia deve ser superior a 4-5 J/cm2 e o tempo de exposição deve ser inferior a 1 ms. Sob tais condições, a exposição ao laser provoca a ebulição do líquido superaquecido (água) em um volume limitado, a formação de alta pressão de vapor (várias vezes superior à pressão atmosférica) e a ejeção de fragmentos de tecido da zona de irradiação do laser devido à queda de pressão. O corte (ablação) do tecido com laser, portanto, representa a destruição térmica sequencial do tecido ao mover um feixe de luz (com os parâmetros necessários) de um ponto do tecido para outro.

Características de vários lasers usados ​​em cirurgia endoscópica

Dispositivos baseados em lasers de CO2. Os lasers de CO2 (lasers de dióxido de carbono) tornaram-se os primeiros (no final dos anos 60 do século passado) instrumentos de rotina para cirurgiões. A radiação dos lasers de CO2 com comprimento de onda de 10,6 mícrons é absorvida em uma fina camada de tecido (40-60 mícrons). O principal componente absorvente é a água. A energia é liberada em um pequeno volume, o efeito de corte se manifesta em potências de vários watts e os danos aos tecidos subjacentes pela radiação penetrante são insignificantes. Um efeito poupador adicional no tecido subjacente é obtido através do uso de um modo de operação pulsado periódico. As desvantagens incluem um fraco efeito de coagulação, alto custo e eficiência insuficiente das fibras ópticas existentes para transmissão (guias de luz ocas são usadas para tais lasers), razão pela qual é necessário usar guias de luz com lentes espelhadas, que limitam as capacidades do cirurgião.

Desde o início de 1998, realizamos cirurgias broncoscópicas usando o sistema médico a laser CO2 Sharplan 1080S fabricado pela Sharplan Lasers, Inc., que fornece potência de 5 a 80 W em um comprimento de onda de 10,6 mícrons. A aparência do dispositivo é mostrada na Fig. 1,40. Os dispositivos domésticos “Lancet-1”, “Lancet-2” (20 W), “Lancet-4” são inferiores ao “Sharplan 1080S” em termos de facilidade de operação e capacidades, embora sejam significativamente mais baratos que os últimos. Como já mencionado, é impossível usar guias de luz flexíveis com laser de CO2, e trabalhar com comprimento de onda de radiação de 10,6 mícrons só é possível com o auxílio de broncoscópios rígidos especiais.

Além disso, a óptica broncoscópica padrão não pode ser usada, e o único dispositivo óptico que melhora a visibilidade é uma lupa na extremidade proximal do tubo, que não pode ser comparada em eficácia a um telescópio óptico. Infelizmente, ainda não existem microscópios operatórios broncoscópicos semelhantes aos utilizados em otorrinolaringologia, portanto o controle visual ao trabalhar com laser de CO2 é significativamente pior do que quando se utiliza, por exemplo, um laser YAG de neodímio. Além disso, a fumaça da queima de tecidos, enchendo o tubo, prejudica drasticamente a visibilidade, e nem sempre é possível removê-la rapidamente, mesmo com o auxílio de um aspirador.

Outra característica do laser de CO2 é que sua radiação, ao passar pelo tubo do endoscópio, praticamente não se expande, como é observado quando a radiação laser sai dos guias de luz. Isso deve ser levado em consideração ao ligar a radiação e movê-la através do alvo: se o feixe de laser de CO2 “errar”, por exemplo, passar pelo tumor e atingir a parede da traqueia ou brônquio, mesmo que significativamente distal ao desejado zona de impacto, ocorrerá uma queimadura da membrana mucosa intacta neste local.

Ao mesmo tempo, a capacidade de trabalhar sem guias de luz flexíveis torna o laser de CO2 uma ferramenta mais confiável nas mãos de um cirurgião e não requer o uso de consumíveis caros e que falham rapidamente - guias de luz. A radiação laser CO2, de acordo com nossas observações, possui propriedades hemostáticas fracas, mas devido ao alto coeficiente de absorção pelos tecidos, é capaz de dissecar e evaporar bem o tecido tumoral e cicatricial mesmo com uma potência relativamente baixa (20-40 W); em nossa opinião, é mais eficaz para isso do que a radiação de outros lasers.

Arroz. 1,40. Laser de CO2 1080S (“Sharplan Lasers, inc.”) com comprimento de onda de 10,6 mícrons.

Vantagens

Não há necessidade de fibras ópticas e seu resfriamento com ar ou gás. Efeito de coagulação mais superficial e possibilidade de operação mais precisa, por exemplo na laringe. Ablação altamente eficaz com potência de radiação relativamente baixa (de 10 a 40 W, média de 30 W). Propriedades de corte bem expressas.

Possibilidade de ajuste flexível dos parâmetros de energia do feixe laser (vários tipos de modos contínuo, pulsado e combinado). A capacidade de ajustar de forma flexível os parâmetros de energia do feixe de laser através do uso de acessórios ópticos externos de foco e desfocagem que operam no princípio “foco-desfocagem” e permitem controlar a densidade de potência no campo cirúrgico.

Imperfeições

A impossibilidade de transmitir radiação através de um guia de luz flexível e utilizá-la com endoscópios de fibra óptica. A necessidade de instrumentos broncoscópicos especiais e a impossibilidade de usar óptica padrão para monitorar a ablação de tecidos durante a cirurgia. Aumento dos níveis de fumaça no campo cirúrgico. Dificuldades na remoção e principalmente na coagulação de grandes volumes de tecido.
Propriedades hemostáticas fracamente expressas.

Dispositivos baseados em lasers de estado sólido bombeados por lâmpada

A principal vantagem dos lasers YAG de neodímio é a capacidade de transmitir radiação de alta potência (100 W ou mais) através de um guia de luz de quartzo flexível, o que os torna ferramentas ideais para operações endoscópicas minimamente invasivas. Ao realizar operações, o instrumento de fibra pode ser levado para a área cirúrgica através do canal instrumental do endoscópio. Isso permite que sejam utilizados no trabalho com broncofibroscópios, bem como para fornecer radiação diretamente na área operada aos tecidos e controlar o processo de sua coagulação e ablação (evaporação) por meio de óptica. Usando vários dispositivos na extremidade de saída (distal) da fibra de trabalho, é possível alterar as características espaciais da radiação de saída.

Ao usar uma fibra óptica com extremidade plana perpendicular ao eixo da fibra, a radiação sai ao longo da fibra na forma de um feixe divergente em forma de cone com um ângulo no vértice do cone correspondente à abertura numérica da fibra (por fibras de quartzo-quartzo cerca de 25°). Naturalmente, a densidade de potência da radiação diminui à medida que a extremidade de saída da fibra se afasta do objeto de influência. Além disso, durante a exposição remota, parte da radiação é refletida no tecido e pode causar exposição indesejada à radiação no cirurgião, especialmente nos olhos.

É possível a exposição por contato do guia de luz de fibra ao tecido, para o qual a extremidade distal da fibra de quartzo de trabalho, a uma distância de aproximadamente 5 mm, é limpa do invólucro plástico protetor e colocada em contato com o tecido. A presença de contato físico permite que o impacto seja localizado com precisão. O contato com o tecido evita a reflexão da radiação no espaço circundante. Com potência de radiação suficiente no ponto de contato, ocorre contaminação do guia de luz com produtos de combustão do tecido, aumento da geração de calor e consequente aquecimento da extremidade do guia de luz. Neste caso, o tecido é exposto a um efeito combinado da radiação laser e da extremidade quente do guia de luz.

Em alguns casos é necessário direcionar a radiação perpendicularmente à fibra. Para isso, utiliza-se uma ferramenta de fibra com radiação lateral (a chamada fibra lateral), cuja extremidade é polida em um ângulo próximo a 45°. Para evitar danos à extremidade da fibra em contato com o tecido, uma tampa protetora de quartzo é colocada no topo da extremidade distal. Para poder mudar a direção da radiação, uma pinça deslizante especial é colocada na fibra, que fixa a fibra e permite que ela gire em torno de seu eixo.

Na Fig. 1.39b fica claro que a radiação dos lasers YAG de neodímio ocorre com um mínimo de absorção local na água. Essa radiação é absorvida nos tecidos com menos força do que a radiação dos lasers de CO2 e pode penetrar a uma profundidade de 6 a 8 mm, o que significa que a energia da radiação laser é liberada em um volume maior. Isto permite que volumes relativamente grandes de tumor e tecido cicatricial sejam destruídos.

Uma vantagem indiscutível dos sistemas de laser deste tipo são também as suas pronunciadas propriedades hemostáticas. É importante ressaltar que a hemostasia com o laser YAG de neodímio é alcançada sem absorção significativa de radiação pelo sangue, o que é observado com o uso do laser verde. A radiação de um laser YAG de neodímio causa desnaturação térmica e aglomeração de proteínas teciduais e contração das fibras de colágeno do tecido conjuntivo. Esses fatores causam compressão e obstrução dos vasos sanguíneos.

Junto com suas vantagens, os lasers YAG de neodímio também apresentam uma série de desvantagens que aparecem durante as intervenções cirúrgicas. Trata-se principalmente da necessidade de resfriamento a ar ou gás das fibras ópticas (especialmente na transmissão de radiação com potência superior a 40 W), sem a qual estas falham rapidamente. O fato é que a maioria dos guias de luz laser utilizados são projetados para operar em modo sem contato do guia de luz com o tecido com uma distância de trabalho entre a extremidade do guia de luz de quartzo e o objeto de operação igual a vários (1- 3) milímetros. Durante a ablação a laser, como resultado do movimento das paredes traqueais durante a ventilação artificial ou tosse (se a operação for realizada sob anestesia local), a extremidade do guia de luz freqüentemente entra em contato com o tecido ou recebe sangue e expectoração. Nestes casos, a extremidade da guia de luz pode queimar, o que requer a sua rápida substituição ou reparação.

As características negativas dos lasers YAG de neodímio também incluem sensibilidade de cor aos cromóforos, principalmente à melanina. Com tal laser é impossível cortar e evaporar rapidamente tecidos leves levemente pigmentados, mesmo nas potências específicas mais altas possíveis. Porém, após a pirólise e carbonização (precipitação de partículas de carbono) das camadas superficiais do tecido ocorrerem como resultado dos efeitos térmicos, a radiação laser começa a ser bem absorvida pelos tecidos que sofrem rápida evaporação.

Portanto, os processos de corte ocorrem primeiro com algum atraso e depois como uma avalanche. Isto se deve ao fato de que, à medida que os tecidos são aquecidos a uma temperatura mais alta, a natureza da absorção de luz pelos tecidos muda (o cromóforo dominante muda). Em vez da água, o papel do cromóforo dominante passa a ser desempenhado por estruturas de tecido desidratado e carbono depositado na zona de irradiação do laser. Chamamos esse fenômeno de absorção induzida. As principais vantagens e desvantagens dos lasers YAG de neodímio são apresentadas a seguir.

Vantagens

A possibilidade de transmitir poderosa radiação térmica através de um guia de luz de quartzo flexível para o local cirúrgico e a possibilidade associada de utilizá-lo com endoscópios de fibra óptica.

Capacidade de monitorar ablação e coagulação usando óptica endoscópica padrão.

A capacidade de penetrar profundamente no tecido e coagular e remover volumes relativamente grandes de tecido.

Propriedades hemostáticas bem definidas e a possibilidade associada de coagulação de vasos bastante grandes (3-5 mm de diâmetro).

Possibilidade de operação nos modos contínuo e pulsado.

Imperfeições

Existe o perigo de ignição dos guias de luz, especialmente quando a concentração de oxigênio no trato respiratório aumenta.

Queima frequente da extremidade distal do guia de luz ao entrar em contato com tecidos coagulados.

Dificuldade em realizar ações superficiais de precisão (por exemplo, na laringe).

Ablação difícil (“blindagem térmica”) na presença de sangue na área do campo cirúrgico.

A necessidade de resfriamento de guias de luz com ar ou gás durante o transporte de radiação poderosa (mais de 40 W).

Sensibilidade de cor diferente para tecidos com conteúdo de melanina heterogêneo (não homogêneo).

Durante o primeiro período do nosso trabalho (1992-1998), as operações de laser na traqueia na clínica foram realizadas usando uma instalação de laser baseada na unidade de potência do laser técnico SPIK-1 e no emissor do modelo serial do neodímio doméstico Laser YAG "Raduga-1" . Com uma potência anunciada de 100 W, esta instalação na verdade fornecia uma potência não superior a 40 W na extremidade do guia de luz, que é o limite mínimo necessário para uma ablação (evaporação) eficaz do tecido. Durante esse período, também realizamos testes clínicos do laser doméstico LASKA neodímio YAG produzido pela Ecolab LLP.

Desde o início de 1998, trabalhamos com uma instalação exclusiva baseada no laser YAG de neodímio “COMBO 1064/532 XJ” (Fig. 1.41) fabricado pela Sharplan Lasers, Inc. Permite operação em duas faixas espectrais: com comprimento de onda de 1,06 mícron, potência de 100 W (infravermelho próximo) e 0,53 mícron (verde visível) usando conversão de radiação laser YAG de neodímio usando um cristal KTR não linear. Ao trabalhar com lasers YAG, foram utilizados guias de luz de quartzo flexíveis com diâmetro de núcleo de 400 e 600 μm e acoplamento metálico na extremidade distal. Eles foram resfriados fornecendo dióxido de carbono de um cilindro ou ar ambiente por meio de um compressor. A singularidade deste sistema se deve ao fato de ser o único modelo de dispositivo médico no mundo que permite criar em um único dispositivo uma potência na extremidade distal do guia de luz de mais de 100 W na faixa infravermelha e cerca de 40 W (!) na faixa verde.

Arroz. 1.41. Laser YAG de neodímio “COMBO 1064/532 XJ” (“Sharplan Lasers, inc.”) com comprimento de onda de 1,064 e 0,532 mícrons.

Notamos também que devido à pequena profundidade de penetração da radiação verde no tecido, uma potência de cerca de 40 W na extremidade distal do guia de luz torna-se ainda excessiva para os tipos de operações endoscópicas que realizamos. As desvantagens incluem a cor verde muito brilhante da radiação, que requer o uso de filtros protetores de luz especiais, que alteram drasticamente a cor do campo cirúrgico e dificultam a navegação pelos tecidos e a realização da operação como um todo. Aqui estão as características de trabalhar com radiação laser na faixa verde (0,53 mícron):
Possibilidade de transmitir radiação através de guia de luz flexível e utilizá-la com endoscópios de fibra óptica. Ablação altamente eficaz com potência de radiação relativamente baixa (de 2 a 40 W).

Alto coeficiente de absorção pelos tecidos (especialmente aqueles que contêm hemoglobina) e coeficiente de dispersão de luz e bom efeito hemostático associado. Efeito mais superficial no tecido e possibilidade de operação mais precisa (por exemplo, na laringe) com uma pequena zona de necrose térmica, maior do que no laser de CO2, mas significativamente menor do que no laser YAG de neodímio. Capacidade de operar nos modos contínuo, pulsado e pulso periódico.

A necessidade de trabalhar com óculos de proteção com filtros que distorcem bastante a reprodução das cores.

A necessidade de mudar a natureza da interação da radiação laser com os tecidos biológicos para resolver problemas médicos urgentes levou ao surgimento de dispositivos com lasers utilizando outros meios cristalinos. Assim, realizamos testes clínicos do laser cirúrgico STN-10 (laser de hólmio YAG com comprimento de onda de 2,09 μm) produzido pela JSC Khore (hoje JSC MedOptoTech), operando em modo pulso-periódico.

A radiação laser com comprimento de onda de 2,09 µm atinge o máximo de absorção local na água (ver Fig. 1.39, a), portanto dá um bom efeito de corte, a absorção da radiação acaba sendo próxima daquela da radiação com comprimento de onda de 10,6 µm, mas ao contrário deste último é bem transmitido através de guias de luz feitos de quartzo “seco”.

O modo de operação pulsado e alta potência de pico (mais de 4 kW), curta duração dos pulsos de radiação (cerca de 250 μs) e uma taxa de repetição bastante alta (cerca de 20 Hz) proporcionam boas propriedades de corte do laser. Ressalta-se que a radiação é bem absorvida pelos tecidos e sua profundidade de penetração relativamente pequena (0,5 mm) em comparação com a do laser YAG de neodímio, causando um efeito mais superficial e menos danos aos tecidos circundantes, o que é acompanhado pelo ausência de cicatriz áspera na cicatrização de ferida a laser, mas não permite coagulação e remoção simultânea de grandes volumes de tecido.

A hemostasia também é bastante eficaz e não ocorre devido à coagulação térmica do sangue, mas como resultado da torção e compressão capilar, o que reduz a probabilidade de formação e separação de grandes coágulos sanguíneos. O laser YAG de hólmio, em nossa opinião, é melhor utilizado para alterações cicatriciais na laringe do que para estenose traqueal maciça. Abaixo estão as principais vantagens e desvantagens dos lasers YAG de hólmio.

Vantagens

Absorção de luz suficientemente alta nos tecidos e ablação e coagulação eficazes dos tecidos com uma potência média de radiação relativamente baixa.

Boa transmissão de radiação através de uma guia de luz de quartzo flexível com autolimpeza da extremidade distal da guia de luz sob a influência de radiação pulsada periódica (efeito de autolimpeza).

A possibilidade de um impacto mais superficial e, portanto, mais preciso do que quando se trabalha com um laser YAG de neodímio.

Imperfeições

Falta de modo de operação contínua (apenas o modo de pulso é possível).

A necessidade de resfriar as fibras ópticas e o real perigo de sua ignição quando a concentração de oxigênio no trato respiratório aumenta.

Muitas vezes a profundidade da ablação do tecido é insuficiente e é difícil remover grandes volumes de tecido.

Carbonização excessiva de tecidos coagulados ao utilizar lasers de baixa potência pulsada e média (menos de 20 W).

A necessidade de utilizar guias de luz especiais feitos de quartzo “seco”.

Dispositivos baseados em lasers semicondutores

Os mais difundidos são os dispositivos laser semicondutores com comprimentos de onda de 0,81 e 0,97 mícrons. Primeiro: possuem propriedades próximas às dos lasers YAG de neodímio. Estes últimos, devido à profundidade de absorção de 1-2 mm, combinam boas propriedades de corte e coagulação. Porém, para tais dispositivos existe uma limitação fundamental que impede a melhoria de suas características. A grande divergência de radiação gerada pelos diodos laser de alta potência não permite que esta radiação seja introduzida em fibras finas e, portanto, crie uma alta densidade de potência na saída da fibra.

Valor limite atual: cerca de 30 W de radiação contínua em uma fibra com diâmetro de 0,4 mm e abertura numérica de 0,2. Este não deve ser considerado um valor pequeno: tais características são suficientes para perfuração óssea no tratamento da osteomielite e, em termos de eficiência de corte, tais lasers não são inferiores aos lasers YAG de neodímio com potência de saída de cerca de 60 W. Realizamos testes clínicos do bisturi laser LS-0.97 (IRE-Polyus, Rússia) com potência de saída de até 20 W, que faz parte da família de dispositivos aprovados para produção em série, produzidos sob o nome especificado LSP " IRE-Polyus” (Fig. 1.42). O uso desse tipo de laser em cirurgia endoscópica tem se mostrado promissor, mas sua potência às vezes é insuficiente. Com o aumento da potência de saída da radiação, tais dispositivos tornaram-se um sério concorrente dos lasers YAG de neodímio.

Arroz. 1.42. Laser semicondutor portátil LSP “IRE-Polyus” (Rússia).

• Possibilidade de transmitir radiação através de guia de luz flexível e utilizá-la com endoscópios de fibra óptica.
• Combinação de boas propriedades de corte e coagulação.
• Capacidade de operar nos modos contínuo, pulsado e pulso periódico.
• Alta confiabilidade, facilidade de controle, custo relativamente baixo, sem necessidade de energia potente. As pequenas dimensões facilitam a integração do dispositivo num suporte endoscópico.

Atualmente, foi alcançado o nível necessário de compreensão da natureza dos efeitos da radiação laser com diferentes comprimentos de onda em vários tecidos biológicos. Os requisitos médicos e técnicos básicos para equipamentos endocirúrgicos a laser foram formulados, as vantagens e desvantagens de vários tipos de lasers foram demonstradas no nível clínico, as características operacionais e ergonômicas dos sistemas a laser foram significativamente melhoradas, métodos eficazes para o uso de equipamentos a laser na prática clínica foram desenvolvidos, lasers promissores são amplamente testados, etc.

Tendo em conta a realidade dos cuidados de saúde nacionais, não nos deteremos em opções caras, como os lasers de eletrões livres, e consideraremos lasers mais acessíveis. Até o advento de guias de luz eficazes, adiaremos as discussões sobre lasers de CO2 e lasers de CO, especialmente desde que surgiram dispositivos baseados em lasers de fibra - lasers em fibra ativada por túlio com comprimento de onda funcional
1,9 mícrons. Essa radiação ocorre com absorção local máxima na água, a natureza do efeito no tecido é semelhante ao efeito da radiação com comprimento de onda de 10,6 mícrons e pode ser transmitida ao longo de uma fibra feita de quartzo “seco”.

Além disso, lasers de fibra operando em comprimentos de onda de 1,56 μm (fibra ativada por érbio) e 1,06 μm (fibra ativada por irtébio) foram desenvolvidos e aprovados para uso. As capacidades potenciais destes lasers são evidenciadas pelo fato de que em versões industriais em modo contínuo monomodo, foram alcançadas potências superiores a 600 e 150 W, respectivamente. Além disso, esses lasers são muito mais eficientes e confiáveis ​​e possuem dimensões menores em comparação aos lasers de cristal. Além disso, o desenvolvimento de tecnologias de fibra tornou possível criar dispositivos médicos que utilizam duas radiações controladas independentemente com diferentes comprimentos de onda, e a radiação pode ser emitida através de fibras separadas ou através de uma fibra funcional. Tais dispositivos permitem ao cirurgião alterar a natureza do efeito no tecido dependendo da tarefa atual da intervenção cirúrgica (e isso não é mais difícil do que escolher a temperatura da água da torneira).

A análise do uso de diversos sistemas de laser em cirurgia geral, bem como a experiência de uso de lasers YAG de neodímio e hólmio, lasers YAG de duplicação de frequência e lasers de CO2 na cirurgia endotraqueal prática, acumulada ao longo de mais de 10 anos, nos permite olhar com otimismo para o futuro da cirurgia a laser.

SOU. Shulutko, A.A.Ovchinnikov, O.O.Yasnogorodsky, I.Ya.Mogus