Светорассеяние по теории Ми

ГЛАВА 4. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ СИСТЕМЫ.

ЛАЗЕРНОЕ ИСПАРЕНИЕ БИОТКАНЕЙ

• Поглощение энергии лазерного излучения, приводящие к нагреву ткани;

• Повышение температуры ткани до 100 °С, поверхностное испарение внутри-тканевой жидкости, диффузия тепла из нагретого объема;

• Перегрев тканевой воды выше 100 °С и создание избыточного подповерхност-ного давления, инициирующего разрушение ткани давлением паров воды;

• Выброс парокапельной смеси и частиц ткани;

• «Открывание» более холодного слоя ткани, его обезвоживание последующим облучением, что приводит к уменьшению значений плотности и теплопроводности ткани;

• Температура повышается, пока не происходит сгорание и обугливание этого слоя, в результате чего открываются более холодные слои ткани, приводя к перепаду температуры от 350 до 450 °С;

• Часть тепла, не расходуемого на испарение ткани, диффундирует в более холодные области, создавая зону теплового повреждения ткани.

 

Рис.1. Виды воздействия лазерного излучения на биоткань в зависимости от плотности мощности (энергии) и времени облучения.

 

 

 

Рис.2 Модификация продуктов разрушения биотканей в поле интенсивного лазерного излучения.

 

Однократное рассеяние

Независимые рассеиватели

Светорассеяние по теории Ми

(частицы сферической формы)

 

Рис.3. АВТОДИННОЕ ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ОБРАТНО РАССЕЯННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

 

Регистрация и обработка автодинного сигнала

Самоиндуцированная модификация спектра генерации CO2лазера обратно рассеянным излучением c доплеров- ким сдвигом частоты

ИК фотоприемник

Поле скоростей продуктов разрушения биоткани

 

1. Автодинное усиление имеет резонансный характер.

2. При накачке РПТ чувствительность автодинного приема выше, а полоса

приема уже по сравнению с ИП накачкой.

3. С увеличением мощности излучения (накачки) чувствительность автодинного

приема падает.

 

 

ЛАЗЕРНЫЙ СКАЛЬПЕЛЬ

· Малая травматичность,

· Прецизионность,

· Возможность регулирования скорости удаления ткани в широких пределах

· возможность управления гемостазом вплоть до бескровных операций

 

Рис. 4. Лазерный скальпель

 

 

ОСОБЕННОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРОВ В ХИРУРГИИ.

 

Лазерная операция - это переход (или совокупность переходов) от испарения одного типа ткани к другому.

ПРОБЛЕМЫ

Как обеспечить:

• безопасность операции?

• полное удаление больных тканей?

• минимальное повреждение здоровых тканей?

• органосохранное лечение?

Как объективно оценить качество выполнения лазерной операции?

 

СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ НА ОСНОВЕ АВТОДИННОГО ЭФФЕКТА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СО2 ЛАЗЕРНОЙ ХИРУРГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ.

- идентификация типа испаряемой ткани;

- определение момента перехода излучения от одного типа ткани к другому;

- звуковая индикация при изменении типа испаряемой ткани;

- выдача управляющих воздействий (прекращение, прерывание или продолжение испарения при достижении заданных условий) на систему управления лазером;

- протоколирование лазерного хирургического вмешательства в реальном масштабе времени.

 

Рис.5 Объективный контроль качества выполняемой лазерной операции проводится на основе разных уровней автодинного сигнала от здоровой и больной тканей.

 

 

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ

 

I. Стабильность основной моды условиях возмущающего воздействия обратно рассеянного излучения

II. Оптимальное соотношение «сигнал/шум» при построении оптико-информационного канала обратной связи

III. Обеспечение взаимодействия системы оперативной диагностики с системой управления лазерной хирургической установки

 

Рис.6. ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КАНАЛ

 

ТЕСТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ НА ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ

 

Рис.7. ИСПАРЕНИЕ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ И САРКОМЫ (крыса, in vivo)

ЗАПИСЬ АВТОДИННОГО СИГНАЛА В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ В ПРОЦЕССЕ ХИРУРГИЧЕСКОГО ВМЕШАТЕЛЬСТВА С ОДНОВРЕМЕННОЙ КИНОСЪЕМКОЙ ВСЕХ МАНИПУЛЯЦИЙ.