способ лазерной реваскуляризации миокарда

Формула изобретения

1. Способ лазерной реваскуляризации миокарда, включающий подвод импульсов лазерного излучения к сердцу пациента, фокусировку указанного излучения на эпикардиальной поверхности миокарда и формирование канала в миокарде, отличающийся тем, что формируют несквозной канал с использованием импульсного лазерного излучения, генерируемого в областях длин волн 1,05-1,1 и 1,3-3 мкм с энергией в импульсе 0,1-0,2 Дж.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сначала подводят длинноволновое излучение, а затем коротковолновое.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что используют излучение лазера, активными центрами которого являются ионы Nd³⁺, генерирующего в областях длин волн 1,32-1,34 и 1,05-1,1 мкм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области лазерной хирургии и может быть использовано в лазерных хирургических приборах для улучшения кровоснабжения сердечной мышцы.

Известны способы трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации [1-7], по которым излучение СО₂ или эрбиевого лазера используется для создания сквозных каналов на передней и переднебоковых стенках либо в области верхушки сердца. Известны также способы лазерной реваскуляризации [8, 9], по которым излучение (как правило, гольмиевого лазера) подводится по световоду со стороны эндокарда.

Во всех этих вариантах реализуется тепловое воздействие на мышечную ткань, что обусловливает относительно большую зону некроза, следствием чего является недостаточное развитие вновь образуемой капиллярной сети миокарда. Кроме того, создание большого числа сквозных каналов может привести к большим потерям крови, вследствие усиленного сокращения сердечного желудочка, что крайне опасно для пациента. Из-за постоянных сердечных сокращений возникают также проблемы, связанные с созданием прямолинейных каналов, пронизывающих и эпикард, и эндокард, в особенности тогда, когда сердце гипертрофировано. Еще одним недостатком является высокая стоимость (по крайней мере, для СО₂-лазера) аппаратуры, используемой при реализации обсуждаемых способов. Попытки использования квазинепрерывного излучения СО₂-лазера с высокой средней мощностью [10] для выполнения сквозных отверстий (перфорации) в стенке левого желудочка сердца показали, во-первых, слабое улучшение кровоснабжения миокарда вследствие сильного некрозирования стенок каналов и, во-вторых, что большинство каналов окклюзированы тромбом на эндокардиальной поверхности.

Частичное решение перечисленных проблем было достигнуто в способе трансмиокардиальной реваскуляризации [11]. Этот способ включает введение полой иглы в эпикард, фокусировку лазерного излучения через указанную полую иглу на поверхности эндокарда и сквозную перфорацию лазерным лучом эндокарда вплоть до сердечного желудочка.

Недостатки способа обусловлены тем, что в процессе перфорации отверстий в миокарде происходит забивание полой иглы мелкими фрагментами ткани и кровью. Это приводит к уменьшению уровня энергии воздействующего на ткань лазерного излучения и нарушению режимов осуществления способа. Поскольку через полую иглу фокусируется достаточно интенсивное лазерное излучение, то не исключается также возможность частичного теплового разрушения иглы вблизи ее "острия". Подобная ситуация крайне опасна для пациента.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ [12] лазерной реваскуляризации миокарда, включающий подвод по оптическому волокну импульсов лазерного излучения к сердцу пациента, позиционирование дистального конца волокна вблизи поверхности сердца при излучении из него в течение первого временного интервала на первом уровне энергии, формирование в течение второго временного интервала, следующего за первым, импульсами лазерного излучения со вторым уровнем энергии пилотного отверстия в эпикарде, ввод дистального конца оптического волокна в указанное пилотное отверстие и формирование импульсами лазерного излучения со вторым уровнем энергии сквозного канала.

Недостатки данного способа - слабое улучшение кровоснабжения миокарда вследствие сильного некрозирования стенок каналов. Помимо этого оказывается, что большинство каналов окклюзированы тромбом на эндокардиальной поверхности.

Задачей заявляемого изобретения является значительное улучшение снабжения кровью ишемизированного миокарда путем создания глухих (несквозных) каналов (полостей) в миокарде с зоной некроза их поверхностей, не превышающей 0,05 мм.

Поставленная задача решается тем, что, как и в известном, в заявляемом способе импульсное лазерное излучение подводят к сердцу пациента, фокусируют его в области эпикардиальной поверхности миокарда и формируют импульсами лазерного излучения канал в миокарде.

В отличие от известного способа формируют несквозной канал с использованием импульсного лазерного излучения, генерируемого в областях длин волн 1,05-1,1 мкм и 1,3-3 мкм с энергией в импульсе 0,1-0,2 Дж.

При этом целесообразно подводить к сердцу пациента сначала длинноволновое излучение, а затем коротковолновое.

В предпочтительном воплощении способа используют излучение лазера, активными центрами которого являются ионы Nd³⁺, генерирующего в областях длин волн 1,05-1,1 мкм, 1,32-1,34 мкм.

Выбор режима генерации импульсного лазерного излучения и его длины волны согласно данному изобретению обеспечивает как тепловой, так и взрывной характер образования канала (полости). Формирование в эпикарде пилотного канала с ровными границами и диаметром, равным диаметру пучка лазерного излучения, происходит, в основном, при воздействии импульсного лазерного излучения с длиной волны 1,3-3 мкм. Формирование полости в миокарде с незначительным некрозом ее внутренней поверхности - при воздействии мощным импульсным лазерным излучением с длиной волны 1,05-1,1 мкм, которое может быть получено, например, с помощью лазера, работающего в режиме модуляции добротности. Использование излучения лазера с длиной волны 1,3-3 мкм для формирования пилотного канала также облегчает пробивание жировой оболочки сердца, часто имеющей место у пациентов старшего возраста. Как известно [14], воздействие излучения на мягкие ткани организма в основном определяется величиной коэффициента поглощения воды, составляющей основу тканей. Для уменьшения кровопотерь формирование пилотного отверстия в эпикарде с ровными границами (без боковых ответвлений) целесообразно проводить в режиме воздействия, при котором каждый импульс обеспечивает послойное удаление ткани и постепенное углубление создаваемого канала. Это обуславливает необходимость использования хорошо поглощающегося в тканях излучения с длиной волны, лежащей в интервале 1,3-3 мкм, в котором коэффициент поглощения воды составляет 10^-2-10^-4 см^-1. Некроз стенок начального участка формируемого таким образом канала будет заметен, но это не сказывается на эффективности процедуры в целом, поскольку капиллярная сеть развивается из второй части канала с незначительно некрозированными стенками. Исключение нарушения боковых стенок пилотного канала может быть обеспечено, например, при использовании лазера, работающего в режиме сводной генерации, при котором пиковая мощность излучения в импульсе недостаточна для перехода абляции во взрывной режим [15].

Для исключения теплового характера воздействия на второй стадии формирования канала необходимо при выполнении этой части процедуры так подобрать режим воздействия, чтобы температура тканей не поднималась выше 45^oС - температуры коагуляции белка, т.е. поглощение (в отличие от первой стадии) не должно быть сильным. В диапазоне 1-1,1 мкм коэффициент поглощения воды составляет около 0,4 см^-1, таким образом, на канале длиной 0,5 см (типичная величина зоны перетяжки при фокусировке излучения линзой с фокусным расстоянием порядка 10 см) поглощается примерно 20% подводимой энергии. При энергии импульса 0,1-0,2 Дж это составляет 0,02-0,04 Дж. Поглощение такой энергии в объеме 0,55=1 мм³ дает увеличение температуры тканей на 4-8^oС и не приводит к ее необратимым изменениям. При этом оказывается возможным создание полостей в миокарде с зоной некроза их поверхностей, не превышающей 0,05 мм.

При характерной для режима модуляции добротности (режима генерации коротких гигантских импульсов) высокой плотности мощности падающего излучения (энергии 0,1 Дж, длительности 10 нс и площади фокусировки 0,2 мм² соответствует плотность мощности 510¹⁰ Вт/см²) имеет место [15] объемное кипение, развивающееся в основном на примесных центрах и приводящее к взрыву. Такими центрами в рассматриваемом случае являются неоднородности структуры тканей. Впервые взрывной характер воздействия на биологические ткани экспериментально был зарегистрирован нами (фиг.2). Экспериментально также показано, что снижение энергии лазерного импульса ниже 0,1 Дж существенно ухудшает абляцию и приводит к непомерному увеличению числа импульсов, требуемых для создания полости желаемого размера в ткани миокарда. Толщина видоизмененного слоя ткани, подвергнутой лазерной обработке гигантскими импульсами, составляет в тканях миокарда не более 50 мкм (фиг.3).

Подвод к сердцу пациента сначала длинноволнового излучения, а затем коротковолнового обеспечивает уменьшение потерь лазерной энергии и исключение неконтролируемого разрушения миокарда.

Излучение обоих спектральных интервалов может быть получено в одной активной среде, например в лазере, активными центрами которого являются ионы Nd³⁺, что позволяет упростить процедуру реваскуляризации и удешевить соответствующую аппаратуру.

На фиг. 1 представлена блочная схема установки, служащей для реализации заявляемого способа. На фиг.2 приведен фрагмент видеозаписи процедуры воздействия лазерного излучения на образец миокарда, демонстрирующий плазменный сгусток, образовавшийся в результате микровзрыва ткани. Плоская поверхность среза образца была обращена в сторону видеокамеры, лазерное излучение направлялось параллельно поверхности среза на расстоянии 1,5-2 мм от нее. Микровзрыв, направленный в сторону наблюдения, имел возможность прорвать слой ткани, а его продукты в виде факела - выйти из образца, что и наблюдается на фиг. 2. Эта фигура наглядно демонстрирует, что длина боковых "отводов", образующих разветвленные каналы, составляет как минимум 1,5-2 мм. На фиг.3 приведена микрофотография образованного в результате проведения описанной процедуры лазерной реваскуляризации миокарда и фрагмента стенки канала с большим увеличением.

Установка, реализующая заявляемый способ лазерной реваскуляризации миокарда, включает в свой состав источник 1 лазерного излучения, в качестве которого был использован выпускаемый промышленностью лазер типа ЛТИ - 403, блок 2 питания лазера ЛТИ - 403, блок 3 управления блоком 2 питания, зеркальный манипулятор 4, фокусирующую систему 5 и систему 6 отсоса продуктов испарения. Лазер ЛТИ - 403 работал в режиме модуляции добротности. Оптический блок лазера ЛТИ - 403 был доработан таким образом, что позволял получать излучение на длинах волн 1,06 мкм и 1,34 мкм поочередно. Для этого к имеющимся в составе блока двум квантронам с кристаллами АИГ: Nd³⁺ (генератор-усилитель) штатного электрооптического модулятора добротности и оптических элементов, предназначенных для генерации излучения с длиной волны 1,06 мкм, были введены дополнительные электрооптический модулятор добротности и оптические элементы, предназначенные для генерации излучения с длиной волны 1,34 мкм и пространственного совмещения излучения обеих длин волн. Блок 2 питания был модернизирован по схеме управления модуляторами добротности. Энергия излучения в импульсе на длине волны 1,34 мкм составляла 0,12 Дж, на длине волны 1,06 мкм - 0,18 Дж, частота повторения импульсов - 50 Гц. Режим работы оптического блока лазера ЛТИ - 403, в том числе и переключение длин воли, задается с помощью специально разработанного блока 3 управления. При частоте повторения импульсов 50 Гц этот блок позволял задавать требуемое число импульсов (от 1 до 50) в комбинации с длиной волны излучения (например, 10 импульсов на длине волны 1,34 мкм и 30 - на длине волны 1,06 мкм).

Зеркальный манипулятор 4 служит для подвода лазерного излучения к выбранному участку 7 миокарда и его направления на этот участок под требуемым согласно процедуре лазерной реваскуляризации углом. На выходе зеркального манипулятора 4 была установлена фокусирующая система 5, обеспечивающая протяженность фокальной области до 4 мм, вблизи нее была смонтирована система 6 отсоса продуктов, образующихся в результате воздействия лазерного излучения на миокард (аэрозоль и газы).

Заявляемый способ лазерной реваскуляризации миокарда реализуется следующим образом. Лазер ЛТИ - 403 включается в режим дежурной дуги. В блок 3 управления вводится информация о требуемом числе импульсов лазерного излучения на каждой из рабочих длин волн и порядке их генерирования. Приводится в действие система 6 отсоса продуктов испарения. Производится позиционирование манипулятора относительно выбранного участка миокарда, затем включение блока 3 управления и выполнение с помощью импульсов лазерного излучения канала в миокарде. После этого производится повторное позиционирование манипулятора относительно выбранного участка миокарда, включение блока 3 управления и выполнение с помощью импульсов лазерного излучения в миокарде второго канала. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет получено требуемое число (40-50) каналов в миокарде. При этом возможно изменение глубины формируемых каналов путем ввода в блок 3 управления информации о требуемом числе импульсов лазерного излучения на каждой длине волны.

Список использованных источников

1. Бокерия Л. А., Беришвили И.И., Сигаев И.Ю. Новые методы и подходы к хирургическому лечению ИБС. // Вторая ежегодная сессия Научного центра сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н.Бакулева с Всероссийской конференцией молодых ученых, Москва, 17-19 мая 1998 г., М.: 1998, с. 29.

2. Реваскуляризации миокарда импульсным лазером. / О.К. Скобелкин, Е.И. Брехов, В.И.Корепанов, Г.Д.Литвин. // Применение физических методов диагностики и лечения в медицине. Свердловск, 1986, с. 33-37.

3. Mirhoseini М., Cayton MM., Shelgikar S., Fisher J.C. Laser myocardial revascularization. // Lasers Surg. Med. 1986, 6, p. 459-461.

4. Frazier O. H., Kadipasaoglu K. Transmyocardial laser revascularization. // Curr. Opin. Cardiol. 1996, Nov., 11(6), p. 564-567.

5. Horvath K.A., Smith W.J., Laurence R.G., Schoen F.J., Appleyard R.F., Cohn L.H. Recovery and viability of an acute myocardial infarct after transmyocardial laser revascularization. // J. Am. Coll. Cardiol., 1995, Jan, 25(1), p. 258-263.

6. US Patent 5,655,547. Method for laser surgery.

7. US Patent 5,738,680. Laser device wilh piercing tip for transmyocardial revascularization procedures.

8. Kanellopoulos G.K., Svindland A., Ilebekk A., Goverund I., Kvernebo K. Transventricular non-transmural laser treatment of hypoperfused porcine myocardium acutely reduces left ventricular contractile function. // European J. of Cardio-Thoracic Surgery. 1999, v. 16, 2 (August), p. 135-143.

9. US Patent 5,885,272. System and method for percutaneous myocardial revascularizаtion.

10. Реваскуляризация миокарда лазерным излучением. Экспериментальные исследования. / О. К. Скобелкии, Ю.Ю.Бредикис, Е.И.Брехов и др. // Хирургия, 1984, 10, с. 99-102.

11. Hardv R.I. Method and apparatus for transmyocardial revascularization using laser. US Patent 4,658,817, Intern"l Class: A61B 017/36, PR.: April 1, 1985.

12. Mueller R.L. et al. Dual laser device for transmyocardial revascularization procedures. US Patent 5,840,075, Intern"l Class: A61B 017/36, PR.: August 23, 1996.

13. Reuthebuch 0., Podzuweit Т., Thomas S., Binz K., Roth M., Kloverkrn W. -P., Bauer E.P. Transmyocardial laser revascularization has no beneficial effect on nigh energy phosphates and lactate content during acute myocardial ischaemia in pigs. // European J. of Cardio-Thoracic Surgery. 1999, v. 16, 2 (August), p. 144-149.

14. Miller I.D. An introduction to medical lasersю //Biophotonics International. 1997, September/October, p. 50-51.

15. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. //М., Энергоатомиздат, 1985, 208 с.