При хирургическом лечении ряда заболеваний во многих клиниках успешно применяется лазерное излучение, в том числе и в одной из сложнейших областей медицины — нейрохирургии, где объектом вмешательства является мозг человека. Подобные технологии, связанные с удалением опухолей, изучаются в Институте лазерной физики СО РАН.

Опухоли мозга — крайне опасное заболевание хотя бы потому, что избавиться от них, не задев жизненно важные ткани, гораздо сложнее, нежели в других органах. Среди таких опухолей одно из первых мест по распространенности занимают так называемые менингиомы — в большинстве случаев доброкачественные, развивающиеся из мозговых оболочек. Основным методом их лечения в настоящее время остается резекция — удаление. 
 

Первые операции по удалению опухолей центральной нервной системы с использованием лазера, созданного учеными и инженерами ИЛФ СО РАН, провели в 1996 году в ФГБУ Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии. За прошедшие 20 лет лазер нашел в нейрохирургии свою медицинскую нишу: в частности, запатентованы оригинальные методики, которые на определенных этапах хирургического вмешательства показали свое неоспоримое преимущество. За 20 лет клинического применения лазерного излучения в НИИТО было пролечено около 1 000 человек. 

При удалении опухолей следует учитывать их высокое кровенаполнение: во время механического повреждения кровотечение не прекратится само по себе, как это бывает после мелких бытовых царапин и порезов. Поэтому при резекции врачам приходится принимать специальные меры, прибегая к поверхностному или объёмному нагреву фрагмента опухоли для искусственной остановки кровотечения. После теплового воздействия облученный участок становится рыхлым, что облегчает его удаление. Однако нагрев должен быть ограниченным в пространстве, чтобы исключить повреждение здоровых участков мозга, прилегающих к зоне обработки — ведь изменения тканей после такого воздействия необратимы.
 
—  Уже много лет в хирургии для локального нагрева тканей применяют ток высокой частоты: такой метод называется электрокоагуляцией, — поясняет ведущий инженер лаборатории лазерных медицинских технологий ИЛФ СО РАН Сергей Григорьевич Струц. — Поглощение электрической энергии тканями и выделение тепла происходят с помощью лазера в тонком приповерхностном слое мозга — соответственно, коагуляции подвергаются только близкорасположенные ткани.

Для оптического излучения опухолевая и мозговая ткани являются мутными поглощающими средами: свет рассеивается, а ткань значительно нагревается. Кроме того, на область изменяемого фрагмента опухоли влияет ряд параметров: мощность излучения, продолжительность воздействия, а также поглощательные и светорассеивающие способности ткани, зависящие от световой длины волны. Ученые ИЛФ СО РАН определили, что наиболее подходящими характеристиками для работы с тканями мозга обладает излучение лазера на иттрий-алюминиевом гранате, активированном неодимом (ИАГ: Nd-лазер).
 

ИАГ: Nd-лазер — один из основных типов лазеров, применяемых в хирургии. Его рабочим элементом является кристаллический стержень иттрий-алюминиевого граната. При выращивании заготовки для стержня часть ионов алюминия замещается ионами редкоземельного металла неодима — источника лазерного излучения. Световая длина волны такого устройства составляет 1,06 микрометра, а в опухолевой и мозговой тканях его излучение полностью поглощается на глубине нескольких миллиметров от поверхности, обеспечивая объемную коагуляцию.

Режимы безопасного излучения разрабатывались на основе эксперимента по отклику мозговых тканей на лазерное воздействие. Для этого использовался мозг кролика — его тепловые и оптические характеристики близки к человеческому. Ученые исследовали закономерности распространения тепла в мозговой ткани в зависимости от лазерной мощности и продолжительности воздействия. Через заданные интервалы времени на различных расстояниях от точки облучения измерялась температура ткани — с помощью миниатюрного датчика температуры, закрепленного возле острия инъекционной иглы. Такая конструкция позволила совершить измерения не только на поверхности ткани, но и в подлежащих слоях — для этого перед замером игла с датчиком погружались в мозговую ткань. Кроме того, распределение температур по поверхности операционного поля отображалось на экране тепловизора.
 
— В основном нагревается приповерхностная область — из-за высокого коэффициента поглощения света у этих мозговых тканей, — рассказывает Сергей Струц. — Значительная часть тепла сосредоточивается в слое ткани толщиной до одного сантиметра. На глубине в 2 см и далее заметных приращений температуры уже не наблюдалось.
 
Результаты эксперимента помогли разработать приемы, исключающие перегрев здоровых тканей. Ученые определили временные интервалы для значений мощности, по истечении которых облучение следует прекратить и (на усмотрение хирурга) либо дождаться естественного остывания, либо принудительно охладить участок. После установления температурного равновесия обработанная область патологической ткани повергается воздействию ультразвукового диспергатора (измельчителя), разрушающего ее на мелкие частицы. Они, в свою очередь, удаляются с помощью аспиратора — вакуумного аппарата для откачки жидкостей из ран или полостей тела. В некоторых случаях ситуация позволяет быстро, без задержки извлечь перегретую часть из операционной раны — целиком, без предварительного кускования. В этом случае фрагмент уносит и сосредоточенное в нем тепло раньше, чем оно успело бы распространиться на здоровые ткани.
 
— Иногда из-за анатомических особенностей пораженного участка доступ к опухоли бывает затруднен или даже невозможен, — поясняет ученый. — В таких случаях ее облучают в режиме вапоризации (испарения). Для этого используют более высокую, чем при коагуляции, мощность: в итоге опухолевая ткань подвергается коагуляции с последующим выпариванием.
 
Лазерное излучение также применяется и на заключительной стадии работы с опухолью. После удаления менингиомы хирурги часто проводят обработку ее ложа и матрикса — зоны начала роста. Облучение, опять же, проходит в режиме коагуляции, чтобы уничтожить патологические клетки, которые по тем или иным причинам могли остаться неудаленными. Такая процедура значительно снижает вероятность рецидива.
 
— Альтернативным методом борьбы с опухолями головного мозга является так называемая протонная терапия, — добавляет Сергей Струц. — Этот метод позволяет высокоточно воздействовать на опухоли и останавливать их развитие, не прибегая к хирургической операции. При этом окружающие ткани получают минимальный урон. Тем не менее, по ряду серьезных технических показателей главенствующее место в борьбе с опухолями центральной нервной системы по сей день остается за хирургическим лечением. Впрочем, роль лазерного облучения неизменно возрастает. 
 
Алёна Литвиненко
 

Похожие новости

  • 25/11/2016

    Александр Майоров о лазерах в медицине

    "Трудно назвать область медицины, где бы лазеры ни применялись", - отмечает заведующий лабораторией лазерных медицинских технологий Института лазерной физики СО РАН Александр Петрович Майоров.
    614
  • 27/07/2017

    Учёные ИЛФ СО РАН разрабатывают методы диагностики диабета с помощью терагерцового излучения

    Исследователи из Института лазерной физики СО РАН развивают метод импульсной терагерцовой спектроскопии для диагностики сахарного диабета по характеристикам воды в плазме крови. Также учёные работают над созданием технологии неинвазивного определения этого заболевания.
    228
  • 19/06/2017

    Ученые СО РАН приняли участие в Биомедицинском саммите

    ​16 июня 2017 года в Сеченовском университет открылся первый Международный биомедицинский саммит. В нем принимают участие ведущие российские и зарубежные эксперты в области биомедицинских технологий, лауреаты Нобелевской премии по химии Аврам Хершко и Ида Йонат, фармацевтические компании и дистрибьюторы мировых брендов, поставляющих оборудование для научных и прикладных исследований, молодые ученые и студенты.
    296
  • 13/10/2016

    Все ближе к разгадке гравитационных волн

    ​Группа исследователей из Московского государственного университета, Института ядерных исследований РАН и Института лазерной физики СО РАН работают над созданием оптико-акустического гравитационной антенны, которая будет регистрировать гравитационные волны от нейтронных звезд.
    707
  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    638
  • 01/09/2016

    Алексей Тайченачев: часовых дел физик

    ​Профессор Алексей Владимирович Тайченачев, физик-теоретик, специалист в области лазерной спектроскопии, квантовой оптики и лазерного охлаждения, своим главным научным интересом считает создание самых точных в мире часов — лазерных.
    936
  • 10/10/2017

    Молодежная конференция «Оптические и информационные технологии» прошла в новосибирском Академгородке

    ​​​Традиционная молодёжная конкурс-конференция «Оптические и информационные технологии» прошла с 25 по 27 сентября 2017 года в новосибирском Академгородке. Её организовали совместно Институт автоматики и электрометрии (ИАиЭ) СО РАН и Новосибирский государственный университет (НГУ) (при финансовой поддержке Российского научного фонда).
    90
  • 08/06/2017

    Объявлены лауреаты Госпремии 2016 года за выдающиеся достижения в области науки и технологий

    ​​Объявлены лауреаты Государственной премии Российской Федерации 2016 года за выдающиеся достижения в области науки и технологий. Указ об этом опубликован на официальном сайте Президента РФ. Госпремию вручат нефтяникам, врачам и астрофизикам​.
    587
  • 27/04/2017

    «Фотоника и квантовые оптические технологии» на МНСК-2017

    «Фотоника и квантовые оптические технологии» — такая секция впервые была организована в рамках 55-ой Международной научной студенческой конференции, которая прошла 16-20 апреля в НГУ. Исследования и разработки в направлениях науки и техники, связанных с генерацией и распространением квантов света (фотонов), управлением ими, изучением и использованием их взаимодействия с веществом, бурно развиваются во всем мире, а результаты этих работ быстро выходят на рынок в виде высоковостребованных устройств и технологий - систем сверхбыстрой оптической связи, промышленных лазеров, биомедицинского лазерного оборудования, метрологических и сенсорных устройств, и многих других.
    709
  • 15/12/2015

    Сибирские ученые работают над созданием атомных часов

    ​Как правило, в условиях нестабильности и геополитических конфликтов к достижениям науки и техники повышается интерес со стороны общества и государства. Сибирские ученые не потерялись в модном последнее время в нашей стране тренде на импортозамещение, и уже почти год занимаются созданием прототипа малогабаритных атомных часов, размером со спичечный коробок.
    1022