12.10.2020 №41

image

Медицинская тематика далеко не нова для Института физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси.

Недавно ученые развили новый метод селективного деструктивного действия лазерного излучения на биоструктуры. Он работает на основе оптимизации условий конверсии энергии лазерного излучения в энергию акустических волн. Такое воздействие сопровождается низкотемпературным механическим разрушением нативной структуры тканей. Метод положен в основу нового направления развития лазерной хирургии, называемого «холодной», или кавитационной, лазерной хирургией. Научный руководитель работы – доктор физ.-мат. наук, главный научный сотрудник института Георгий Желтов.

Одно из наиболее успешных и эффективных направлений применения мощных лазеров в медицине – общая и микрохирургия. Для удаления биоткани в операционной зоне традиционно используется конверсия энергии оптического излучения в тепловую энергию, стимулирующая последующие структурные изменения (например, коагуляция). Но рассматриваемая технология требует значительного нагрева среды. В некоторых случаях, например в офтальмологии, микрохирургии и нейрохирургии, такой нагрев тканей не только крайне нежелателен, но и недопустим.

Как отмечает Г. Желтов, эффективность метода проиллюстрирована в исследованиях на воде и желатиновом геле, а также на биоструктурах, содержащих пигментные включения в виде микрогранул. Появление на рынке в последние годы достаточно мощных лазеров ближнего инфракрасного диапазона спектра позволяет рассмотреть возможность использования методов «холодной» лазерной хирургии для фотофрагментации оптически прозрачных или рассеивающих сред (типа хрящевых тканей), интраокулярных структур, включая патологические формы типа катаракты (на фото процесс ее удаления).

Работы, проводимые по проекту Белорусского фонда фундаментальных исследований, включали теоретические и экспериментальные исследования физических закономерностей конверсии энергии лазерного излучения в тепловую и энергию механических колебаний. На этой основе определены пороговые условия фрагментации биотканей, обусловленные кавитацией. Научная идея сформулирована на основе фундаментальных физических закономерностей, а также результатов предшествующих исследований.

Белорусские ученые предложили физическую модель и ее математическую интерпретацию механического низкотемпературного разрушения содержащих воду биотканей при облучении импульсным лазерным излучением ближнего инфракрасного диапазона спектра. Разработана программа расчета, представляющая математическую интерпретацию предложенной модели. Создана экспериментальная установка, проведены исследования параметров гидродинамического отклика модельной среды на лазерное воздействие для уточнения параметров расчетов.

Также в ходе работы выполнены расчеты зависимостей пороговых энергетических характеристик излучения от длительности экспозиции, геометрических значений лазерного пучка и оптико-физических параметров среды при реализации низкотемпературной абляции. Что важно: разработаны рекомендации по оптимизации режимов лазерного облучения тканей для обеспечения нетепловой, фотомеханической деструкции при проведении микрохирургических операций.

Таким образом, в Институте физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси впервые поставлена и в первом приближении решена задача о «привязке» вышеназванного явления к практическим проблемам лазерной микрохирургии, требующим локализации и предельной избирательности деструктивного действия излучения на ткани с сопутствующим сохранением интактными здоровых тканей, прилежащих к операционной зоне. В качестве модельного объекта для лазерного облучения использовалась дистиллированная вода.

Подготовил Максим ГУЛЯКЕВИЧ, «Навука»