Урология №1 / 2017
Современные лазерные технологии в хирургическом лечении гиперплазии простаты
Клиника урологии Первого МГМУ им. И. М. Сеченова, Москва, Россия
Первое использование лазеров в медицине датируется серединой 1960-х гг.; с тех пор лазерные системы претерпели значительные изменения. Используемая во многих сферах медицинской науки лазерная техника перестала быть научной фантастикой и в настоящее время является незаменимым инструментом в руках современного врача. В нашей статье будут описаны ступени развития лазерных технологий (от идеи лазерного излучения до современных аппаратов, позволяющих выполнять эффективные хирургические пособия). А также описан наш опыт в применении лазерных хирургических методик при лечении пациентов с гиперплазией простаты.
История лазеров
Сама возможность существования лазера была описана в 1917 г. в статье одного из основоположников современной физики, Альберта Эйнштейна (1879–1955). В одной из своих работ по квантовой теории относительности он описывает феномен «сверхсфокусированных» световых лучей, возникающих при столкновении фотона с атомом в возбужденном состоянии. При подобном взаимодействии атом испускает еще один фотон той же длины волны в направлении движения первого. Этот принцип описан ученым как «вынужденное испускание атомами вещества квантов электромагнитного излучения» [1].
Концепция «вынужденного испускания излучения» будет применена многими учеными. Среди них – советский физик В. А. Фабрикант, занимавшийся изучением возможностей усиления электромагнитного излучения с помощью ультрафиолетового излучения. В те же годы в США физик R. H. Dicke описывает так называемую оптическую бомбу: под воздействием короткого импульса возбуждения начиналось генерирование целой волны спонтанного излучения фотонов [2, 3]. Оба устройства были технически интересны, но не обладали главной особенностью лазера – направленным излучением.
Следующим шагом было создание устройства, работающего по схожему с лазером принципу, – МАЗЕР (MASER – Microwaves Amplifacation by the Stimulated Emission – усиление микроволн путем стимулирования излучения). Технология МАЗЕРа строилась на слегка измененном принципе стимуляции излучения, при котором частицы вещества стимулировались микроволнами, а не светом. Эта технология была параллельно разработана двумя группами ученых: группой во главе с американскими физиками C. H. Townes и A. L. Schawlow в 1954 г. и группой советских физиков во главе с А. М. Прохоровым и Н. Г. Басовым [2]. Эти разработки стали настоящим прорывом, так как открыли путь к созданию осцилляторов и усилителей, работающих на принципах мазера. Вклад американских и советских физиков был оценен по достоинству, и в 1964 г. они все стали лауреатами Нобелевской премии по физике.
Тем временем в работах C. H. Townes появляются первые идеи создания «оптического мазера» – устройства, работающего на схожих с мазером принципах, но использующего фотоны света, а не микроволны. Эта концепция послужила импульсом к разработке американским физиком G. Gould основных принципов работы лазера. Именно в его работах впервые было использовано сокращение LASER – Light Amplification by Stimulated Emissionof Radiation, что переводится как «усиление света путем стимуляции излучения». Именно G. Gould сумел запатентовать эту технологию, обойдя C. H. Townes [2].
В 1960 г. группой ученых во главе с T. Maiman был создан первый работающий лазер, так называемый рубиновый лазер, в котором средой для формирования излучения служил кристалл рубина. Еще через некоторое время T. Maiman создал лазер с длиной волны 1060 нм. И в этой обновленной модели лазера в качестве активной среды использовались стеклянные стержни, легированные неодимом. Это был первый шаг на пути к созданию твердотельных неодимовых лазеров [2, 4].
Несмотря на все многообразие существующих на сегодняшний день лазерных систем, устройство их остается практически таким же, как у лазера, созданного T. Maiman: во всех лазерах имеются три основных элемента – это источник энергии, к примеру лампа накачки (см. рисунок), активная среда лазера, в которой формируется излучение, и система зеркал.
Механизм работы любого лазера заключается в следующем: источник накачки подает энергию в систему, вызывая возбуждение атомов активного элемента, которые начинают испускать фотоны. Оптический резонатор (зеркало), окружающий активный элемент лазера, отражает вынужденное излучение, что ведет к возбуждению еще большего числа атомов и таким образом усиливает излучение. Большая часть особенностей лазерного излучения связана с активным центром, так как именно в нем формируется излучение. Для каждого вещества характерна определенная длина волны, которой обладает луч, сформированный на ее основе.
В конце 1961 г. исследователи из компании «Bell» A. Javan, W. Bennett и D. Harriot продемонстрировали первый в мире газовый лазер, в котором активной средой являлись гелий и неон, их изобретение было настолько успешным, что применяется и по сей день [2].
Разработанный в 1964 г. аргоновый ионный лазер с длиной волны 488 нм стал первым лазером, примененным в хирургии, благодаря подходящей длине волны его излучения, которая отлично поглощалась гемоглобином. Мощность аргонового лазера лучше поддавалась контролю, а в качестве активной среды использовался газ. Уже через год после изобретения его начали использовать офтальмологи при операции по восстановлению радужной оболочки глаза [5]. Таким образом, сформировалось новое направление хирургии, а лазеры начали активно завоевывать доверие медицинского сообщества.
Все новое имеет не только плюсы, но и минусы.
И ученые не могли не задумываться о безопасности лазерного излучения. С одной стороны, тепловое излучение, распространяясь по тканям, не только ...
