Лазери використовувалися у поєднанні з методами охолодження, що застосовуються, для збереження поверхневих шарів шкіри (100 мкм) під час косметичних операцій. Збереження товстішого поверхневого шару тканини (міліметри) також може дозволити розробити інші неінвазивні лазерні процедури. Ми вивчаємо неінвазивні терапевтичні лазерні застосування в урології (наприклад, лазерна вазектомія та лазерне лікування стресового нетримання сечі у жінок), які вимагають збереження поверхневих тканин у міліметровому масштабі. У цьому попередньому дослідженні порівнювалися чотири лазери для неінвазивного створення глибоких термічних підповерхневих пошкоджень. Енергія лазера від трьох діодних лазерів (650, 808 та 980 нм) та ітербієвого волоконного лазера (1075 нм) подавалась через спеціально виготовлений лазерний зонд бокового випромінювання з вбудованим охолодженням. Розчин на спиртовій основі при -5°C циркулював через проточний осередок, охолоджуючи сапфірове вікно, яке, у свою чергу, охолоджувало поверхню тканини. Зонд вводили в контакт із тканиною свинячої печінки ex vivo, підтримували гідратацію у фізіологічному розчині та підтримували температуру ~ 35°C. Потужність падаючого лазера становила 4, 2 Вт, діаметр плями – 5, 3 мм, час обробки – 60 с. Оптимальна довжина хвилі лазера, протестована для створення глибоких термічних підповерхневих пошкоджень при контактному охолодженні тканин, становила 1075 нм, при цьому зберігався поверхневий шар ~ 2 мм. Ітербієвий волоконний лазер є компактним, не вимагає обслуговування і високопотужним альтернативним джерелом лазера Nd:YAG для неінвазивної термотерапії.
Вступ
В даний час в дерматології використовуються методи активного охолодження для збереження поверхні шкіри під час косметичних лазерних процедур, включаючи шліфування шкіри, видалення волосся та лікування судинних родимок. Ці технології включають контактне охолодження (наприклад, холодна вода, сапфірове вікно), так і безконтактне охолодження (наприклад, холодне повітря, кріогенний спрей). У дерматології тканинні структури, що становлять інтерес для лазерної терапії, зазвичай є поверхневими, що вимагають збереження тільки тонкого шару тканини (наприклад, епідермісу та папілярної дерми) розміром близько 200-400 мкм.
Здатність зберігати поверхню тканини на глибину близько кількох міліметрів під час лазерної терапії може призвести до розвитку неінвазивних лазерних процедур, що виходять за межі косметичної хірургії. Наша лабораторія раніше демонструвала створення глибоких підповерхневих термічних уражень у різних тканинах з використанням безконтактних, так і контактних методів охолодження з кінцевою метою розробки нових неінвазивних лазерних методів лікування в урології. Деякі програми, що становлять потенційний інтерес в урології, для яких може бути корисний цей підхід, включають лікування жіночого стресового нетримання сечі та чоловічу стерилізацію. Метою цього дослідження було порівняння чотирьох лазерів, що охоплюють оптичне вікно в діапазоні від видимого до ближнього інфрачервоного діапазону для неінвазивного створення глибоких підповерхневих термічних пошкоджень.
Методи та матеріали
- Параметри лазера
Було проведено порівняння чотирьох лазерів, включаючи (1) діодний лазер 7 Вт, 650 нм, (2) 30 Вт, діодний лазер 808 нм, (3) 50 Вт, діодний лазер 980 нмта (4) ітербієвий волоконний лазер потужністю 50 Вт. Енергія лазера подавалась у виготовлений на замовлення лазерний зонд з використанням лінзи FL 100 мм та оптоволоконного патч-корду з числовою апертурою 0, 39 NA із сердечником 600 мкм. Зонд був зібраний з лінзових тубусів із внутрішнім діаметром 12, 7 мм, в яких розміщувалася оптика, включаючи лінзу для колімування лазерного променя та дзеркало для подачі під кутом 90o. Порівняльне дослідження довжин хвиль було обмежено вихідною потужністю через зонд лазера з довжиною хвилі 650 нм. Для всіх чотирьох лазерів використовувалася потужність падаючого лазера 4, 2 Вт та діаметр плями 5, 3 мм (19, 0 Вт/см2). Потужність лазера була калібрована за допомогою вимірювача потужності. Гаусов лазерний промінь був виміряний за допомогою аналізатора інфрачервоного променя та сканування лезом для гоління.
- Охолоднюючий зонд
Охолоджуючий елемент лазерного зонда складався з рециркуляційного охолоджувача. Охолоджувальна рідина (25% етиленового спирту/75% води за об’ємом) протікала зі швидкістю 12,7 мл/сек через проточний осередок і дозволяла чилеру працювати при -5°C. поверхні сапфіровою пластиною. Охолодна рідина протікала по круглому каналу по колу проточної кювети, а отвір діаметром 8 мм у центрі проточної кювети створювало вікно для передачі лазерної енергії через прозору сапфірову пластину. Температура сапфірової пластини становила -2°C та забезпечувала теплопровідне середовище для контактного охолодження поверхні тканини. Гаряча пластина підтримувала температуру тканини приблизно на рівні нормальної температури тіла (~35°C), що контролювалось мікротермопарою.
- Підготовка тканини
Тканина печінки була обрана для цих попередніх експериментів, тому що грубі термічні ушкодження печінки легко спостерігаються одразу після процедури. Свіжі зразки тканини свинячої печінки були отримані з бійні, охолоджувалися і потім використовувалися протягом 24 годин. Зразки тканини були розрізані на аналогічні циліндричні розміри (діаметр 5, 4 см на товщину 2, 5 см) з використанням форми для печива, а потім поміщені в алюмінієвий посуд на плиті. Тканину промивали фізіологічним розчином, щоб вона залишалася гідратованою під час процедури.
- Статистичний аналіз
Після процедури були використані макроскопічне та гістологічне дослідження для визначення ураження печінки. Були виміряні розміри ураження і товщина поверхневого тканинного шару, що зберігся, із записом середнього значення ± стандартне відхилення (S.D.).
- Отримані результати
Для довжини хвилі 650 нм не збереглася поверхнева тканина, тоді як для довжин хвиль 808 і 980 нм зберігся лише невеликий шар тканини ~ 300 мкм. На довжині хвилі 1075 нм при 4,2 Вт пошкоджень не спостерігалося, ймовірно, через значно більшу глибину оптичного проникнення на цій довжині хвилі. Тому було проведено невелике дослідження збільшення потужності до тих пір, поки оптимальний результат ~ 2 мм тканини не був збережений над термічним ураженням при потужності падаючого лазера 5, 2 Вт протягом 60 с. Подальші дослідження збільшення потужності з використанням 7, 2 Вт протягом 15 с дали аналогічні результати, тому можливо короткий час процедури.
Висновки
Оптимальна довжина хвилі лазера, протестована для створення глибоких термічних підповерхневих пошкоджень при контактному охолодженні тканин, становила 1075 нм, при цьому зберігався поверхневий шар ~ 2 мм. Ітербієвий волоконний лазер є компактним, не вимагає обслуговування і високопотужним альтернативним джерелом лазера в порівнянні зі звичайним неодимовим лазером для неінвазивної термотерапії.
