СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ РЕВАСКУЛЯРИЗАЦИИ МИОКАРДА Российский патент 2002 года по МПК A61N5/67 

Изобретение относится к области лазерной хирургии и может быть использовано в лазерных хирургических приборах для улучшения кровоснабжения сердечной мышцы.

Известны способы трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации [1-7], по которым излучение СО₂ или эрбиевого лазера используется для создания сквозных каналов на передней и переднебоковых стенках либо в области верхушки сердца.

Известны также способы лазерной реваскуляризации [8-10], по которым излучение (как правило гольмиевого лазера) подводится по световоду со стороны эндокарда.

Во всех этих вариантах реализуется тепловое воздействие на мышечную ткань, что обусловливает относительно большую зону некроза, следствием чего является недостаточное развитие вновь образуемой капиллярной сети миокарда. Кроме того, создание большого числа сквозных каналов может привести к большим потерям крови, вследствие усиленного сокращения сердечного желудочка, что крайне опасно для пациента. Из-за постоянных сердечных сокращений возникают также проблемы, связанные с созданием прямолинейных каналов, пронизывающих и эпикард и эндокард, в особенности тогда, когда сердце гипертрофировано. Еще одним недостатком является высокая стоимость (по крайней мере для СО₂-лазера) аппаратуры, используемой при реализации обсуждаемых способов. Попытки использования квазинепрерывного излучения СО₂-лазера с высокой средней мощностью [10] для выполнения сквозных отверстий (перфорации) в стенке левого желудочка сердца показали, во-первых, слабое улучшение кровоснабжения миокарда, вследствие сильного некрозирования стенок каналов и, во-вторых, что большинство каналов окклюзированы тромбом на эндокардиальной поверхности [13].

Частичное решение перечисленных проблем было достигнуто в способе трансмиокардиальной реваскуляризации [11]. Этот способ включает введение полой иглы в эпикард, фокусировку лазерного излучения через указанную полую иглу на поверхности эндокарда и сквозную перфорацию лазерным лучом эндокарда, вплоть до сердечного желудочка.

Недостатки способа обусловлены тем, что в процессе перфорации отверстий в миокарде происходит забивание полой иглы мелкими фрагментами ткани и кровью. Это приводит к уменьшению уровня энергии воздействующего на ткань лазерного излучения и нарушению режимов осуществления способа. Поскольку через полую иглу фокусируется достаточно интенсивное лазерное излучение, то не исключается также возможность частичного теплового разрушения иглы вблизи ее "острия". Подобная ситуация крайне опасна для пациента.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ [12] лазерной реваскуляризации миокарда, включающий подвод по оптическому волокну импульсов лазерного излучения к сердцу пациента, позиционирование дистального конца волокна вблизи поверхности сердца, формирование импульсами лазерного излучения с пониженным уровнем знергии пилотного отверстия в эпикарде, ввод дистального конца оптического волокна в указанное пилотное отверстие и формирование импульсами лазерного излучения с номинальной энергией сквозного канала через миокард.

Недостатки данного способа - слабое улучшение кровоснабжения миокарда вследствие сильного некрозировання стенок каналов. Помимо этого оказывается, что большинство каналов окклюзированы тромбом на эндокардиальной поверхности.

Задача, которую решает заявляемый способ, заключается в том, чтобы улучшить снабжение кровью ишемизированного миокарда путем создания глухих (несквозных) каналов (полостей) в миокарде с зоной некроза их поверхностей, не превышающей 0,05 мм.

Поставленная задача решается тем, что, как и в известном, в заявляемом способе импульсное лазерное излучение подводят к сердцу пациента, фокусируют его в области эпикардиальной поверхности миокарда и формируют импульсами лазерного излучения канал в миокарде.

В отличие от известного способа формируют несквозной канал с использованием излучения лазера, работающего в режиме модуляции добротности и генерирующего в области длин волн 1-1,1 мкм импульсы с энергией 0,1-0,2 Дж.

При этом целесообразно использование излучения лазера, работающего в многомодовом режиме.

Кроме того, предпочтительно импульсы лазерного излучения подводить к сердцу в фазе диастолы.

Дополнительное улучшение показателей способа достигается при подводе импульсов лазерного излучения к сердцу с частотой 50 -200 Гц.

Выбор режима генерации излучения лазера, длины волны излучения и энергии излучаемых импульсов согласно заявляемому способу обеспечивают взрывной, а не тепловой характер образования канала (полости), и за счет этого минимальный некроз внутренней поверхности создаваемых в миокарде полостей. Как известно [14], воздействие излучения на мягкие ткани организма в основном определяется величиной коэффициента поглощения воды, составляющей основу тканей. Для исключения теплового характера воздействия необходимо так подобрать режим воздействия, чтобы температура тканей не поднималась выше 45^oС - температуры коагуляции белка, т.е. поглощение не должно быть сильным. В диапазоне 1-1,1 мкм коэффициент поглощения воды составляет около 0,4 см^-1, таким образом, на канале длиной 0,5 см (типичная величина зоны перетяжки при фокусировке излучения линзой с фокусным расстоянием порядка 10 см), поглощается примерно 20% подводимой энергии. При энергии импульса 0,1-0,2 Дж это составляет 0,02-0,04 Дж. Поглощение такой энергии в объеме ⊘0,5х5=1 мм³ даст увеличение температуры тканей на 4-8^oС и не приводит к необратимым изменениям. При этом оказывается возможным создание полостей в миокарде с зоной некроза их поверхностей, не превышающей 0,05 мм.

При характерной для режима модуляции добротности режима генерации коротких гигантских импульсов - высокой плотности мощности падающего излучения (энергии 0,1 Дж, длительности 10 нс и площади фокусировки 0,2 мм² соответствует плотность мощности 5•10¹⁰ Вт/см²) имеет место [15] объемное кипение, развивающееся в основном на примесных центрах и приводящее к взрыву. Такими центрами в рассматриваемом случае являются неоднородности структуры тканей.

Впервые взрывной характер воздействия на биологические ткани экспериментально был зарегистрирован нами (фиг. 2). Экспериментально также показано, что снижение энергии лазерного импульса ниже 0,1 Дж существенно ухудшает абляцию и приводит к непомерному увеличению числа импульсов, требуемых для создания полости желаемого размера в ткани миокарда. Толщина видоизмененного слоя ткани, подвергнутой лазерной обработке гигантскими импульсами, составляет в тканях миокарда не более 50 мкм (фиг. 3).

Использование излучения лазера, работающего в многомодовом режиме с изменением от импульса к импульсу поперечной структуры пучка лазерного излучения и направление его распространения, приводит к созданию в миокарде полости разветвленной формы, чем обеспечивается улучшение его кровоснабжения.

Подвод к сердцу импульсов лазерного излучения в фазе диастолы обусловливает исключение возможности неконтролируемого поражения излучением сердца, поскольку заявляемый способ реализуется без его остановки.

Экспериментально определено, что для создания полости удовлетворительного размера (5-10 мм в длину) необходимо затратить порядка 5-10 Дж лазерной энергии. Для обеспечения при работе лазера в режиме модуляции добротности, взрывного (нетеплового) характера воздействия на миокард энергия генерируемого им импульса должна составлять 0,1-0,2 Дж, т.е. полное число импульсов соответственно 25-100. Поскольку фаза диастолы длится не более 0,5 с, то необходимо лазерные импульсы посылать с частотой 50-200 Гц, чтобы провести создание полости за один цикл сердечного сокращения. При более высокой частоте следования импульсов возрастает риск перегрева ткани миокарда.

На фиг. 1 представлена блочная схема установки, служащей для реализации заявляемого способа. На фиг. 2 приведен фрагмент видеозаписи процедуры воздействия лазерного излучения (направление которого указано стрелкой) на образец миокарда, демонстрирующий плазменный сгусток, образовавшийся в результате микровзрыва ткани. Плоская поверхность среза образца была обращена в сторону видеокамеры, лазерное излучение направлялось параллельно поверхности среза на расстоянии 1,5-2 мм от нее. Микровзрыв, направленный в сторону наблюдения, имел возможность прорвать слой ткани, а его продукты к виде факела - выйти из образца, что и наблюдается на фиг. 2. Эта фигура наглядно демонстрирует, что длина боковых "отводов", образующих разветвленные каналы, составляет как минимум 1,5-2 мм. На фиг. 3 приведена микрофотография образованного в результате проведения описанной процедуры лазерной реваскуляризации миокарда и фрагмента стенки канала с большим увеличением.

Установка, реализующая заявляемый способ лазерной реваскуляризации миокарда, включает в свой состав источник 1 лазерного излучения, в качестве которого был использован выпускаемый промышленностью лазер типа ЛТИ - 403, блок 2 питания лазера ЛТИ - 403, блок 3 управления блоком 2 питания, зеркальный манипулятор 4, фокусирующую систему 5 и систему 6 отсоса продуктов испарения. Лазер ЛТИ - 403 работал в режиме модуляции добротности. Длина волны генерируемого лазером излучения равна 1,06 мкм, энергия излучения в импульсе 0,1 - 0,2 Дж, частота повторения импульсов - 55 Гц. Оптический блок лазера ЛТИ - 403 использовался без изменений и состоял из двух квантронов с кристаллами AИГ: Nd³⁺ (генератор-усилитель), электрооптического модулятора добротности и оптических элементов. Блок 2 питания был модернизирован по схеме управления. Режим работы оптического блока лазера ЛТИ - 403 задавался с помощью специально разработанного блока 3 управления. При частоте повторения импульсов 55 Гц этот блок позволял задавать требуемое число импульсов (от 1 до 50), генерируемых с регулируемой блоком 3 задержкой относительно момента сокращения миокарда. В свою очередь запуск блока 3 управления производился от кардиомонитора таким образом, чтобы пачка импульсов лазерного излучения направлялась на выбранный участок миокарда в фазе диастолы сердца.

Зеркальный манипулятор 4 служит для подвода лазерного излучения к выбранному участку миокарда 7 и его направления на этот участок под требуемым согласно процедуре лазерной реваскуляризации углом. На выходе зеркального манипулятора 4 была установлена фокусирующая система 5, обеспечивающая протяженность фокальной области до 4 мм, вблизи нее была смонтирована система 6 отсоса продуктов, образующихся в результате воздействия лазерного излучения на миокард (аэрозоль и газы).

Заявляемый способ лазерной реваскуляризации миокарда реализуется следующим образом. Лазер ЛТИ - 403 включается в режим дежурной дуги. В блок 3 управления вводится информация о требуемом числе импульсов лазерного излучения. Приводится в действие система 6 отсоса продуктов испарения. Производится позиционирование манипулятора относительно выбранного участка миокарда, затем включение блока 3 управления и выполнение с помощью импульсов лазерного излучения в миокарде канала в фазе диастолы сердца. После этого производится повторное позиционирование манипулятора относительно выбранного участка миокарда, включение блока 3 управления и выполнение с помощью импульсов лазерного излучения в миокарде второго канала в фазе диастолы сердца. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет получено требуемое число (40-50) каналов в миокарде. При этом возможно изменение глубины формируемых каналов путем ввода в блок 3 управления информации о требуемом числе импульсов лазерного излучения.

Список использованных источников
1. Бокерия Л. А., Беришвили И.И., Сигаев И.Ю. Новые методы и подходы к хирургическому лечению ИБС // Вторая ежегодная сессия Научного центра сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н.Бакулева с Всероссийской конференцией молодых ученых, Москва, 17-19 мая 1998 г. М.: 1998, с. 29.

2. Реваскуляризация миокарда импульсным лазером. / О.К. Скобелкин, Е.И. Брехов, В. И. Корепанов. Г.Д. Литвин // Применение физических методов диагностики и лечения в медицине. Свердловск, 1986, с. 33-37.

3. Mirhoseini M., Cayton М.М., Shelgikar S., Fisher.J.C. Laser myocardial revascularization // Lasers Surg. Med. 1986, # 6, p. 459-461.

4. Frazier O.H., Kadipasaoglu K. Transmyocardial laser revascularization // Curr. Opin. Cardiol. 1996, Nov., # 11(6), p. 564-567.

5. Horvath K.A., Smith W.J., Laurence R.G., Schoen F.J., Appleyard R.F., Cohn L. H. Recovery and viability of an acute myocardial infarct after transmyocardial laser revascularization // J. Am. Coil. Cardiol., 1995. Jan, # 25(1), p. 258-263.

6. US Patent 5655547. Method for laser surgery.

7. US Patent 5738680. Laser device with piercing tip for transmyocardial revascularization procedures.

8. Kanellopoulos G.K., Svindland A., Ilebekk A., Goverund I., Kvernebo K. Transventricular non-transmural laser treatment of hypoperfused porcine myocardium acutely reduces left ventricular contractile function // European J. of Cardio-Thoracic Surgery. 1999, v. 16, # 2 (August), p. 135-143.

9. US Patent 5885272. System and method for percutaneous myocardial revascularization.

10. Реваскуляризация миокарда лазерным излучением. Экспериментальные исследования. / О.К.Скобелкин, Ю.Ю.Бредикис, Е.И.Брехов и др. // Хирургия, 1984, 10, с. 99-102.

11. Hardy R.I. Method and apparatus for transmyocardial revascularization using laser. US Patent 4658817, Intern Class: A 61 B 017/36, PR.: April 1. 1985.

12. Mueller R.L. Laser device for transmyocardial revascularization procedures including means for enabling a formation of a pilot hole in the epicardium. US Patent 5782823, Intern'l Class: A 61 В 017/36, PR.: April 5, 1996.

13. Reuthebuch О., Podzuweit Т., Thomas S., Binz K., Roth M., Kloverkorn W. -P., Bauer E.P. Transmyocardial laser revascularization has on beneficial effect on nigh energy phosphates and lactate content during acute myocardial ischaemia in pigs // European J of Cardio-Thoracic Surgery. 1999, v 16, # 2 (August), p. 144-149.

14. Miller I.D. An introduction to medical lasers // Biophotonics International. 1997, September/October, p. 50-51.

15. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов //М., Энергоатомиздат, 1985, 208 с.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в лазерных хирургических приборах для улучшения кровоснабжения сердечной мышцы. Подводят импульсы лазерного излучения к сердцу пациента. Производят фокусировку указанного излучения на эпикардиальной поверхности миокарда. Формируют несквозной канал. При этом используют импульсное излучение лазера с длиной волн 1-1,1 мкм, работающего в многомодовом режиме и режиме модуляции добротности. Лазер генерирует импульсы с энергией 0,1-0,2 Дж и частотой 50-200 Гц. Импульсы лазерного излучения подводят к сердцу в фазе диастолы. Предлагаемый способ позволяет создать в миокарде полость разветвленной формы, что обеспечивает дополнительное улучшение его кровоснабжения, а также исключить возможность неконтролируемого поражения излучением сердца, поскольку заявляемый способ реализуется без его остановки. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ лазерной реваскуляризации миокарда, включающий подвод импульсов лазерного излучения к сердцу пациента, фокусировку указанного излучения на эпикардиальной поверхности миокарда и формирование канала в миокарде, отличающийся тем, что формируют не сквозной канал с использованием импульсного излучения лазера, работающего в режиме модуляции добротности и генерирующего в области длин волн 1-1,1 мкм импульсы с энергией 0,1-0,2 Дж. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют импульсное излучение лазера, работающего в многомодовом режиме. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что импульсы лазерного излучения подводят к сердцу в фазе диастолы. 4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что импульсы лазерного излучения подводят к сердцу с частотой 50-200 Гц.