Лучи жизни широкого действия
Хороший лазерный нож наводится при помощи лазерного прицела
Использовать лазеры в медицинских целях начали с конца 1960-х годов. Сегодня их применяют в эндоскопии и фотодинамической терапии злокачественных опухолей, при лечении офтальмологических заболеваний. Пригодился лазер и в косметологии — с его помощью делают пилинг, эпиляцию, лечат сосудистые и пигментные дефекты кожи и удаляют татуировки. Фото: National Cancer Institute |
Первый лазер заработал чуть меньше пятидесяти лет назад. В 1964 году в Стокгольме (1916–2002), (1922–2001) и Чарльзу Таунсу () вручили Нобелевскую премию за работы, позволившие его создать. За это время лазер успел прочно войти в нашу жизнь, но большинству из нас он знаком лишь по лазерной указке, лазерным шоу в клубах и, разумеется, СD и DVD-плеерам. Однако пользы от него гораздо больше — в частности, лазер способен сохранять здоровье и спасать жизни людей.
Лазером по глазу
Наш глаз — оптическая система. Определённая его часть служит самым обыкновенным объективом, как в фотоаппарате, хотя и сделана из других материалов. Его задача — сфокусировать изображение на сетчатке, которая «считывает» его и передаёт в . И, как любой объектив, он может иметь недостатки. Чаще всего они проявляются в близорукости, дальнозоркости или астигматизме. И уже лет восемьсот эти недостатки исправляются внешними способами — очками. То есть добавлением в оптическую схему ещё одной линзы. Однако лазер дал возможность корректировать сам «объектив».
Началось всё с того, что американский физик Рангасвани Сринивансан (Rangaswamy Srinivasan) в 1981 году обнаружил, что ультрафиолетовый лазер своим лучом способен резать ткани нашего организма, не нагревая соседние до высоких температур и не повреждая их. Этим сразу же воспользовались офтальмологи. Через 10 лет первые пациенты были прооперированы по новой технологии — . Эта аббревиатура расшифровывается как Laser-Assisted in Situ Keratomileusis, то есть коррекция роговицы при помощи лазера.
Однако в классической операции LASIK полностью без ножа обходиться не удавалось. Дело в том, что операция производится в два этапа. Сама коррекция оптических свойств роговицы достигается воздействием на внутренние слои роговицы. А туда лазеру нужно ещё добраться. И перед собственно кератомилезом врачи создавали так называемый роговичный лоскут. Автоматический нож микрокератом срезал внешний слой роговицы, оставляя тонкий перешеек со стороны носа. В результате получившуюся «крышечку» откидывали, как люк у подводной лодки, делали лазерную операцию — и снова захлопывали. Лоскуток немедленно прилипал обратно и быстро приживлялся.
Но нож, пусть и автоматический — это всё-таки нож. Совсем недавно физики в содружестве с офтальмологами добились того, что LASIK стал полностью лазерным. Вторая, главная часть операции, осталась прежней — эксимерный (ультрафиолетовый) офтальмологический лазер производит коррекцию внутренних слоев роговицы.
Полковник Чарльз Рейли (Charles Reilly) с помощью лазера корректирует зрение пилота Джона Пола Марша (John Paul Marsh) в хирургическом центре базы военно-воздушных сил США в Лейкленде. Фото: Tech. Sgt. Larry A. Simmons/U.S. Air Force |
Для первого этапа приспособили одно из последних достижений в физике: фемтосекундные лазерные импульсы, при помощи которых создаётся роговичный лоскут. Лазерный луч фокусируется вглубь роговицы на пятно размером в один микрон. Импульс длиной в триста фемтосекунд (3×10−13с) сжигает ничтожное количество ткани, а продукты горения образуют пузырёк диаметром 2−3 мкм, «раздвигающий» волокна роговицы. Процедура повторяется снова и снова. За 25 с лазер испускает десятки тысяч импульсов, которые складываются в один точно рассчитанный разрез. А дальше в дело идёт эксимерный лазер, которым производят коррекцию.
Фемтосекундная технология обещает найти применение не только в коррекции зрения, но и в более сложных операциях. К примеру, при пересадке роговицы можно будет удалить только поражённый фрагмент, а затем вырезать точно такой же донорский кусочек, идеально подходящий по форме.
Туберкулёз: найти и уничтожить
Для большинства жителей мегаполисов туберкулёз — это что-то из кошмаров прошлого. Там, где бубонная чума или эпидемия холеры. Однако этот самый туберкулёз вернулся в города, и сейчас у этого непростого заболевания началась вторая жизнь. Проблем в обуздании болезни очень много. Во-первых, как говорят сами врачи, «не бывает лишь туберкулёза ногтей и волос». Лишь 70% больных — это «классическое» лёгочное заболевание, которое диагностируется флюорограммой, и то не сразу. Достоверно диагностировать его можно, только сделав микробиологический анализ. При этом врачу приходится брать пункцию из поражённого органа и работать с открытой бактериальной культурой. Есть ещё возможность «поймать» микобактерию по её ДНК при помощи . Но для этого требуется дорогостоящее оборудование и высококвалифицированный персонал, которого всегда не хватает.
Оказывается, лазер может помочь и тут. Совместная разработка специалистов из и позволяет диагностировать болезнь за считанные минуты.
Луч лазера с длиной волны 0,63 мкм проходит сквозь предварительно приготовленную плазму крови и возбуждает флуоресценцию — ответное излучение возбуждённых лазером молекул. Спектр этого ответного излучения и измеряется датчиком. Для исследования специально подобрали такую длину волны, которая вызывает флуоресценцию производных особых веществ — (к производным порфиринов относится, например, гемоглобин), образующихся как продукты жизнедеятельности микобактерии туберкулёза. А потом удалось составить методику обработки данных, которая позволяет сказать не только болен ли человек туберкулёзом, но и какая именно форма заболевания перед врачом. Но самое главное — это время. Двадцать пять минут на десять анализов!
Для диагностики патогенных вирусов в лабораториях американских центров по контролю и предотвращению болезней (Centers for Disease Control and Prevention) используют конфокальный (софокусный) лазерный микроскоп. Такие микроскопы отличаются очень высоким разрешением (до 1 нм) вдоль оптической оси объектива. Фото: James Gathany/CDC |
Разрушитель камней
Предыдущие две области применения лазера, в сущности, основаны на достаточно тривиальных физических явлениях (если не говорить о самом принципе работы лазера). В первом случае — нагрев при помощи излучения, а во втором — возбуждение флуоресценции при его же помощи. Но ещё один медицинский лазерный прибор отчасти построен на очень изящном физическом явлении.
История разработки этого прибора уходит в советские времена, когда специалисты из Физического института АН СССР открыли очень красивое явление. При взаимодействии лазерного импульса с твёрдым веществом, погружённым в воду, на его поверхности образуется искра. Жидкость вокруг искры закипает и появляется пузырь, который некоторое время растёт, а потом резко схлопывается. В этот момент возникает ударная волна, разрушающая твёрдое вещество. Говорят, тогда сразу же «загорелись» этим делом военные, которые захотели применить такое явление для борьбы с подводными лодками вероятного противника.
Противолодочного суперлазера не вышло, но в итоге практическое применение столь красивой физике нашлось. И гораздо более благородное. Дело в том, что в нашем организме порой тоже образуются твёрдые вещества в окружении жидкости — и доставляют нам сильную боль. Например, камни в мочевом пузыре, в почках. Так почему бы не разрушать их прямо на месте? Тем более что лазерный луч можно подвести к камню по гибкому световоду, который может пройти через естественные пути мочеполовой системы.
Осталась одна проблема: а если хирург промахнётся? Дырка в мочевом пузыре — не самое лучшее средство от мочекаменной болезни. Но и это оказалось решаемым. Лазер-литотриптор (греческое слово как раз и означает «разрушитель камней») испускает импульсы сразу на двух длинах волн — 0,54 и 1,08 мкм. Эти длины подобраны так, что мягкими тканями организма практически не поглощаются.
Для демонстрации безопасности этого лазера придуман красивый опыт: при его помощи очищается от скорлупы куриное яйцо. Сырое. А тонкая белковая оболочка остаётся целой.
Но физики не ограничились только одним лазером в корпусе прибора. Раз уж создавать урологический лазер, так нужно постараться максимально решать проблемы урологов и нефрологов. Поэтому в одном корпусе прибора смонтировано сразу два лазера — «на все случаи жизни». И если первый дробит камни, то второй — это лазер-скальпель.
Лазерные установки применяются в для борьбы с онкологическими заболеваниями. Метод основан на применение фотосенсибилизаторов — специфических светочувствительных веществ. Они обладают способностью избирательно накапливаться в ткани опухолей и при локальном воздействии лазерного облучения определенной длины вызывают гибель опухолевых клеток. Фото: John Crawford/National Cancer Institute |
В почках человека очень много кровеносных сосудов, и при операциях велика кровопотеря. А лазерный скальпель работает ещё и как коагулятор. Одним лучом хирург разрезает ткань и «заваривает» сосуды толщиной до двух миллиметров.
Уже были случаи, когда таким способом делались невозможные раньше операции. Руководитель урологического центра ЦКБ РЖД, доктор медицинских наук Олег Теодорович историю одного больного с раком обеих почек. Одну полностью поразила опухоль, во второй почке находилось два онкологических очага. Очаг, который находился в верхней трети почки, пришлось удалить. Второй очаг располагался прямо посередине почки. Точно рассчитав мощность лазера, хирургам удалось коагулировать опухоль, оставив нетронутыми окружающие ткани. Так у больного осталась одна работающая почка. Без лазерной операции больной остался бы без обеих почек, и всю оставшуюся (и очень короткую в этом случае) жизнь ему пришлось бы провести на искусственном гемодиализе.
Медицинская физика сегодня переживает период бурного роста, это ещё очень юная наука. Особенно динамично развивается лазерная терапия, хотя учёные не всегда могут дать чёткое объяснение её биологических механизмов. Дальнейшее изучение целебных свойств лазера, по всей видимости, откроет врачам новые перспективы их применения.
Алексей Паевский, 11.11.2009
Новости партнёров