Дипломная работа Исследование возможности лазерной реваскуляризации миокарда студента: Чупракова А.Г. Руководитель: зав отд.кардиохирургии ОКБ, к.м.н. Васильев А.Э. Консультант: доцент кафедры ФиПМ, к.ф.м.н. Аверин А.П. Консультант по экономике: Федоров В.Г. Консультант по безопасности и экологичности: Баландина Е.А.

Трансмиокардиальная лазерная реваскуляризация (ТМЛР) является существенным дополнением к современным методам лечения ИБС и операцией выбора у больных с диффузным поражением миокарда, мелкими коронарными артериями, а также у пациентов с возвратом стенокардии после ранее перенесенной операции аортокоронарного шунтирования. Трансмиокардиальная лазерная реваскуляризация (ТМЛР) является существенным дополнением к современным методам лечения ИБС и операцией выбора у больных с диффузным поражением миокарда, мелкими коронарными артериями, а также у пациентов с возвратом стенокардии после ранее перенесенной операции аортокоронарного шунтирования. Основным требованием ТМЛР является формирование каналов с минимальным термическим повреждением стенок, при зарастании которых происходит процесс образования новых сосудов прорастающих в окружающую мышечную ткань. Основным требованием ТМЛР является формирование каналов с минимальным термическим повреждением стенок, при зарастании которых происходит процесс образования новых сосудов прорастающих в окружающую мышечную ткань. Целью данной дипломной работы является оценка эффективности использования лазерных установок разных типов (разных длин волн) при лазерной реваскуляризации миокарда. Основными задачами данной дипломной работы являются: исследование механизмов взаимодействия лазерного излучения с биотканью, определение оптимальных режимов воздействия при ТМЛР; исследование механизмов взаимодействия лазерного излучения с биотканью, определение оптимальных режимов воздействия при ТМЛР; проведение сравнительного анализа воздействия на биоткань лазерных установок различного типа применяемых при ТМЛР; проведение сравнительного анализа воздействия на биоткань лазерных установок различного типа применяемых при ТМЛР; выбор оптимальных параметров лазерной установки для ТМЛР; выбор оптимальных параметров лазерной установки для ТМЛР; проведение расчета себестоимости операции с использованием полупроводникового и СО 2 лазеров; проведение расчета себестоимости операции с использованием полупроводникового и СО 2 лазеров; расчет лазероопасной зоны для глаз для установки на основе СО 2 -лазера. расчет лазероопасной зоны для глаз для установки на основе СО 2 -лазера. 1

Коронарные артерии и методы ангиопластики Баллонная ангиопластика и стентирвание Этот метод позволяет восстанавливать проходимость суженных или закупоренных сосудов, что является основной причиной таких заболеваний как ишемическая болезнь сердца, атеросклероз артерий нижних конечностей и др. Для восстановления проходимости сосуда в него вводится специальный баллон, который затем раздувается и "отодвигает" в стороны атеросклеротические бляшки или тромбы, после чего в сосуд вводится т.н. стент - цилиндрический каркас, способный самостоятельно расширяться и сохранять приданную сосуду форму. Короонарные артерии На схеме видны правая и левая коронарные артерии. Левая (на рисунке - справа) имеет короткий ствол и делится на 2 ветви – переднюю межжелудочковую ветвь и огибающую ветвь. Сердцу, как и всем органам, необходимо питание, кровь для этого поступает по двум КОРОНАРНЫМ АРТЕРИЯМ - их устья находятся в самом начале АОРТЫ - самого крупного сосуда, прямо над аортальным клапаном. Сердце, как известно, не отдыхает, поэтому для его нормальной работы требуется хорошее состояние коронарных артерий. Этапы установки стента в коронарную артерию. 2

Техника выполнения ТМЛР Трансмиокардиальная лазерная реваскуляризация (ТМЛР) - новый вид хирургического лечения, при котором используется лазер с помощью которого создаются "каналов" или отверстий, прямо в сердечной мышце, в следствии чего вокруг каналов формируется микрососудистая сеть. Трансмиокардиальная лазерная реваскуляризация (ТМЛР) - новый вид хирургического лечения, при котором используется лазер с помощью которого создаются "каналов" или отверстий, прямо в сердечной мышце, в следствии чего вокруг каналов формируется микрососудистая сеть. Схема операции С помощью лазера в сердечной мышце создаются "каналы". "Каналы" в сердечной мышце. 3

Диаграмма плотности мощности/длительности импульса Под тепловым воздействием лазерного излучения в медицине понимают в основном испарение (резание) и коагуляцию биоткани. Это касается различных лазеров с плотностью мощности от 1 до 10 7 Вт/см 2 и с продолжительностью облучения от миллисекунд до нескольких секунд. На диаграмме различные воздействия лазера указаны по диагонали. Тепловые воздействия показаны в зависимости как от длительности импульса, так и от плотности мощности и расположены между фотохимическими реакциями и нелинейными эффектами. Под тепловым воздействием лазерного излучения в медицине понимают в основном испарение (резание) и коагуляцию биоткани. Это касается различных лазеров с плотностью мощности от 1 до 10 7 Вт/см 2 и с продолжительностью облучения от миллисекунд до нескольких секунд. На диаграмме различные воздействия лазера указаны по диагонали. Тепловые воздействия показаны в зависимости как от длительности импульса, так и от плотности мощности и расположены между фотохимическими реакциями и нелинейными эффектами. Для СО 2 лазера: τ = 50·10 -3 с Е = 25 Дж Р = 500 Вт d = 1 мм S = πR 2 /2 = 0,004 см 2 P/S = 1, Вт E/S = 6, Дж Для Xe:Cl лазера: τ = 250·10 -9 с Е = Дж Р = Вт d = 1 мм S = πR 2 /2 = 0,004 см 2 P/S = Вт E/S = 10 Дж Для п/п лазера: τ = 1 с Е = 30 Дж Р = 30 Вт d = 1 мм S = πR 2 /2 = 0,004 см 2 P/S = 0, Вт E/S = 0, Дж где τ – длительность импульса; Е – энергия в импульсе Р – мощность d – диаметр канала 4

Различные зоны воздействия при разрезании ткани Поглощенное лазерное излучение удаляет нагретую до нескольких сотен 0 С ткань (перекрестная штриховка). Но излучение проникает далее в ткань. Поглощенное там излучение недостаточно для удаления ткани, но приводит к коагуляции в слое, соответствующем глубине проникновения света (штриховка с наклоном влево). В дополнение непосредственному нагреванию за счет энергии излучения окружающая ткань нагревается из-за теплопроводности (штриховка с наклоном вправо). Температура ( 0 С) Эффект на биоткани 37 0 Не имеется необратимых повреждений Активация ферментов, образование отеков, изменение мембран и в зависимости от времени, смерть клеток 60 0 Денатурация протеина, начало коагуляции и некрозы 80 0 Денатурация коллагена, дефекты мембраны Обезвоживание свыше Обугливание >Выпаривание, газообразование лазерный луч поверхность ткани зона абляции зона коагуляции зона термического воздействия Реакции биоткани в зависимости от температуры 5

Относительное поглощение лазерного излучения в воде и биоткани Относительное поглощение лазерного излучения в воде (k 1 ), оксигемоглобине (k 2 ) и меланине (k 3 ) в районе λ = 1 мкм Схема сравнения поглощения в воде и в биоткани 6

Сравнительные технические характеристики лазеров а – установка на основе СО 2 -лазера б – установка на основе п/п лазера а б Параметры АИГ:Nd лазер «Лазон» П/п лазер ЛС-0,97 СО 2 -лазер «Игуана» Активная среда АИГ:Nd Лаз. диоды СО 2 Длина волны мкм 1,060,9710,6 Выходная мощность Вт До 100 До 30 До 700 Диаметр волокна мм От 0,6 От 0,4 – Ресурс. тыс. часов 0,2 (до замены лампы) Более Потреб. мощность, Вт 2200 До ОхлаждениеЖидкосноеВоздушноеЖидкосное Вес, кг 35 До Габариты, см 51х22х59012х26х33900х900х2200 Разработчик ФНПЦ «Прибор» НТО «ИРЭ- Полюс» ИПЛИТ РАН 7

Результаты клинических исследований Результаты исследований воздействия СО 2 - лазера (18 пациентов). Результаты исследований воздействия п/п лазера (20 пациентов). Выводы: Заживление раны после лазерного воздействия зависело от площади поражения и в среднем длилось четырнадцать-шестнадцать суток. В наших наблюдениях мы не выявили значительной разницы в качестве формируемого рубца у пациентов различных групп. В результате исследований не обнаружено существенного изменения зон воспаления при удалении дефектов под воздействием СО 2 лазера с длиной волны 10,6 мкм и п/п лазера с длиной волны 0,97 мкм. 8

Сравнение разрезов биоткани по действием СО 2 лазера и полупроводникового лазера (λ = 0,97 мкм) Вывод: из рисунка видно, что зона коагуляции при воздействии полупроводникового лазера (справа) меньше чем при воздействии СО 2 -лазера (слева). 9

Сравнение себестоимости операций с использованием установок на основе СО 2 -лазера и полупроводникового лазера Статьи затрат Сумма, руб 1. Основные материалы Основная заработная плата рабочих Дополнительная заработная плата 181,8 4.Отчисления на социальное страхование 242,4 5.Амортизационные отчисления на оборудование 1124,9 6.Затраты на электроэнергию 74,1 7.Затраты на инструмент Амортизационные отчисления на здание Затраты на средства индивидуальной защиты 1800 ИТОГО: полная себестоимость 7613,2 Статьи затрат Сумма, руб 1. Основные материалы Основная заработная плата рабочих Дополнительная заработная плата 181,8 4.Отчисления на социальное страхование 242,4 5.Амортизационные отчисления на оборудование 153,6 6.Затраты на электроэнергию 0,5 7.Затраты на инструмент Амортизационные отчисления на здание Затраты на средства индивидуальной защиты 1800 ИТОГО: полная себестоимость 6568,3 Калькуляция себестоимости операции c использованием установки на основе СО 2 -лазера Калькуляция себестоимости операции c использованием установки на основе п/п лазера Вывод: таким образом, полная себестоимость операции с использованием установки на основе п/п лазера составила 6568,3 рублей, а установки на основе СО 2 -лазера 7613,2 рублей. В связи с похожим механизмом проведения операции, а так же с одинаковым эффектом, достигаемым данными установками для ТМЛР, следует отметить, что с экономической точки зрения приобретение медицинским учреждением установки на основе п/п лазера сократит себестоимость операции. 10

Выводы В данной дипломной работе: Проведено исследование механизмов взаимодействия лазерного излучения с биотканью. Показано, что для проведения ТМЛР необходимо обеспечить оптимальное сочетание хорошего режущего и коагулирующего эффектов, при минимальном риске термического повреждения лазерным излучением стенок пробиваемых каналов.Проведено исследование механизмов взаимодействия лазерного излучения с биотканью. Показано, что для проведения ТМЛР необходимо обеспечить оптимальное сочетание хорошего режущего и коагулирующего эффектов, при минимальном риске термического повреждения лазерным излучением стенок пробиваемых каналов. Проведен сравнительный анализ лазерных установок, применяемых при ТМЛР. Показано, что наиболее эффективным является излучение диодного лазера ЛС-0,97 с длиной волны 0,97 мкм, которое приходится на локальный максимум поглощения биоткани, определяемый поглощением в воде и оксигемоглобине. Эффективность воздействия подтверждена клиническими испытаниями.Проведен сравнительный анализ лазерных установок, применяемых при ТМЛР. Показано, что наиболее эффективным является излучение диодного лазера ЛС-0,97 с длиной волны 0,97 мкм, которое приходится на локальный максимум поглощения биоткани, определяемый поглощением в воде и оксигемоглобине. Эффективность воздействия подтверждена клиническими испытаниями. Проведен расчет себестоимости операции ТМЛР с применением различных лазеров. Показано, что себестоимость операции с использованием диодного лазера существенно ниже, чем с использованием СО 2 -лазера.Проведен расчет себестоимости операции ТМЛР с применением различных лазеров. Показано, что себестоимость операции с использованием диодного лазера существенно ниже, чем с использованием СО 2 -лазера. Проведен расчет лазероопасной зоны для глаз для установки ТМЛР на основе СО 2 -лазера. Зона ограничения, рассматриваемая как зона повышенной опасности, составляет 334 см. и требует использования средств индивидуальной защиты.Проведен расчет лазероопасной зоны для глаз для установки ТМЛР на основе СО 2 -лазера. Зона ограничения, рассматриваемая как зона повышенной опасности, составляет 334 см. и требует использования средств индивидуальной защиты. 11