Diode Laser as an Electronic System of Surgical Influence on Soft Biological Tissues

Abstract

У роботі проведено аналіз фізичних основ, особливостей конструкції та клінічного застосування діодних лазерів (лазерних скальпелів) у хірургічній практиці; механізму дії лазерного скальпеля, який заснований на тому, що енергія монохроматичного когерентного світлового пучка різко підвищує температуру на відповідній обмеженій ділянці біологічної тканини. Показано, що під впливом лазерного випромінювання відбувається руйнування тканини від впливу своєрідної ударної хвилі, що утворюється при миттєвому переході тканинної рідини в газоподібний стан. Хірургічна дія лазерного випромінювання залежить від довжини хвилі, тривалості імпульсів, структури та фізичних властивостей тканини. Оптичні, механічні та термічні властивості тканини змінюються в процесі її лазерного нагрівання і спостерігаються не окремо, а в комплексі, що пов’язано з неоднорідністю нагріву тканини та наявністю градієнтів температури. Проведена оцінка глибини розрізу тканини молочної залози при нерухомому інструменті лазерним скальпелем "Ліка-хірург" (Україна), який призначений для лікування доброякісних вузлових утворень або залишкових кістозних порожнин. Глибина отвору змінюється обернено пропорційно розміру опроміненої області, що добре узгоджується з експериментальними даними.

The analysis of the physical bases, features of the design and clinical application of diode lasers (laser scalpels) in surgical practice, mechanism of action of a laser scalpel, which is based on the fact that the energy of a monochromatic coherent light beam sharply increases the temperature at the corresponding limited area of biological tissue, is carried out in the work. It is shown that under the effect of laser radiation the tissue is destroyed by the influence of a kind of shock wave, which is formed during the instantaneous transition of tissue fluid to a gaseous state. The surgical action of laser radiation depends on the wavelength, pulse duration, structure, and physical properties of the tissue. When calculating the results of laser heating of tissue it is necessary to take into account that optical, mechanical and thermal properties of tissue change in the course of its laser heating and are observed not separately, but in a complex. This is due to the heterogeneity of the tissue heating and the temperature gradients. The depth of incision of breast tissue was estimated by a laser scalpel "Likasurgeon" (Ukraine), which is used for treatment of nodal formations of breast or residual cystic cavities with a fixed instrument. The depth of the hole changes inversely proportional to the size of the irradiated area, which is in good agreement with the experimental data.