Альманах клинической медицины. 2016; 44: 172-178
«УМНЫЕ» ЛАЗЕРНЫЕ СКАЛЬПЕЛИ ДЛЯ РОБОТИЗИРОВАННОЙ ХИРУРГИИ
https://doi.org/10.18786/2072-0505-2016-44-2-172-178Аннотация
Актуальность. Создание автоматизированных и роботизированных систем для обеспечения прецизионности и малотравматичности операции – одно из главных направлений современной хирургии. Концепция так называемых умных лазерных скальпелей представляется перспективным техническим решением в этом направлении. Цель – разработка принципов организации обратной связи для интеллектуальных лазерных хирургических установок на основе CO₂- и волоконных лазеров. Материал и методы. В качестве лазерных источников использовали одномодовый волноводный CO₂-лазер мощностью до 25 Вт с высокочастотной накачкой активной среды, длиной волны излучения 10,6 мкм, а также одномодовый волоконный эрбиевый лазер мощностью до 5 Вт, длиной волны излучения 1,54 мкм. Методом организации обратной связи в хирургической лазерной установке послужил автодинный метод контроля лазерного выпаривания биотканей. Объектами воздействия «умного» лазерного скальпеля стали ткани свиньи in vitro. Осуществлено тестирование лазерных установок с обратной связью на здоровых и опухолевых тканях животных (белые крысы) in vitro и in vivo. Производилось тестирование возможности диагностики лазерного выпаривания опухолевых тканей человека. Результаты. На примере одномодового CO₂-лазера и одномодового волоконного эрбиевого лазера показа- но, что автодинный сигнал, возникающий при выпаривании разных биологических тканей, имеет разные спектральные характеристики. Это создает основу для организации обратной связи в хирургических установках, работающих по принципу «умного» скальпеля. Разработаны «интеллектуальная» хирургическая установка с обратной связью на основе CO₂-лазера и макет «интеллектуальной» хирургической установки на основе волоконного эрбиевого лазера. Выполнены исследования возможностей дифференциальной диагностики типа испаряемой биологической ткани in vitro с использованием данных лазерных скальпелей. Проведены доклинические испытания на биологических тканях in vivo «интеллектуальной» хирургической установки на основе CO₂-лазера. Испытания показали, что такой «умный» лазерный скальпель позволяет оперативно отличать здоровую ткань от опухолевой, благодаря чему можно реализовать принципы малотравматичной операции. Заключение. С помощью метода автодинной диагностики лазерного испарения биологических тканей можно создавать хирургические установки, работающие по принципу «умного» скальпеля, который в режиме реального времени позволяет дифференцировать разные типы ткани, а также отличать здоровую ткань от опухолевой.
Список литературы
1. Ota T, Degani A, Schwartzman D, Zubiate B, McGarvey J, Choset H, Zenati MA. A highly articulated robotic surgical system for minimally invasive surgery. Ann Thorac Surg. 2009;87(4):1253–6. doi: 10.1016/j. athoracsur.2008.10.026.
2. Rivera-Serrano CM, Johnson P, Zubiate B, Kuenzler R, Choset H, Zenati M, Tully S, Duvvuri U. A transoral highly flexible robot: Novel technology and application. Laryngoscope. 2012;122(5):1067–71. doi: 10.1002/lary.23237.
3. Краевский СВ, Рогаткин ДА. Медицинская робототехника: первые шаги медицинских роботов. Технологии живых систем. 2010;7(4):3–14.
4. Неворотин АИ. Введение в лазерную хирургию. СПб.: СпецЛит; 2000. 176 с.
5. Минаев ВП. Лазерные аппараты для хирургии и силовой терапии: вчера, сегодня, завтра. Лазерная медицина. 2012;16(3): 57–65.
6. Urich A, Maier RRJ, Fei Yu, Knight JC, Hand DP, Shephard JD. Silica hollow core microstructured fibres for mid-infrared surgical applications. Journal of Non-Crystalline Solids. 2013;377:236–9. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2013.01.055.
7. Минаев ВП, Жилин КМ. Современные лазерные аппараты для хирургии и силовой терапии на основе полупроводниковых и волоконных лазеров. М.: Издатель И.В. Балабанов; 2009. 48 с.
8. Кортунов ВН, Дмитриев АК, Коновалов АН, Ульянов ВА. Интеллектуальные СО₂ лазер- ные хирургические системы для прецизионного удаления новообразований. Онко-хирургия. 2010;2(1):187–8.
9. Дмитриев АК, Коновалов АН, Панченко ВЯ, Ульянов ВА, Варев ГА, Гейниц АВ, Маторин ОВ, Решетов ИВ, Самошенков ГС. Новые подходы к прецизионному и малотравматичному испарению биотканей на основе интеллектуальных лазерных хирургических систем. Лазерная медицина. 2013;17(1):4–10.
10. Гордиенко ВМ, Коновалов АН, Ульянов ВА. Самогетеродинирование обратно рассеянного излучения в одномодовых CO₂-лазерах. Квантовая электроника. 2011;41(5): 433–40.
11. Дмитриев АК, Коновалов AН, Ульянов ВА. Самогетеродинирование обратнорассеянного излучения в одномодовом волоконном эрбиевом лазере для задач доплеровской спектроскопии и измерения скоростей. Квантовая электроника. 2014;44(4):309–13.
Almanac of Clinical Medicine. 2016; 44: 172-178
“SMART” LASER SCALPELS FOR ROBOTIC SURGERY
https://doi.org/10.18786/2072-0505-2016-44-2-172-178Abstract
References
1. Ota T, Degani A, Schwartzman D, Zubiate B, McGarvey J, Choset H, Zenati MA. A highly articulated robotic surgical system for minimally invasive surgery. Ann Thorac Surg. 2009;87(4):1253–6. doi: 10.1016/j. athoracsur.2008.10.026.
2. Rivera-Serrano CM, Johnson P, Zubiate B, Kuenzler R, Choset H, Zenati M, Tully S, Duvvuri U. A transoral highly flexible robot: Novel technology and application. Laryngoscope. 2012;122(5):1067–71. doi: 10.1002/lary.23237.
3. Kraevskii SV, Rogatkin DA. Meditsinskaya robototekhnika: pervye shagi meditsinskikh robotov. Tekhnologii zhivykh sistem. 2010;7(4):3–14.
4. Nevorotin AI. Vvedenie v lazernuyu khirurgiyu. SPb.: SpetsLit; 2000. 176 s.
5. Minaev VP. Lazernye apparaty dlya khirurgii i silovoi terapii: vchera, segodnya, zavtra. Lazernaya meditsina. 2012;16(3): 57–65.
6. Urich A, Maier RRJ, Fei Yu, Knight JC, Hand DP, Shephard JD. Silica hollow core microstructured fibres for mid-infrared surgical applications. Journal of Non-Crystalline Solids. 2013;377:236–9. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2013.01.055.
7. Minaev VP, Zhilin KM. Sovremennye lazernye apparaty dlya khirurgii i silovoi terapii na osnove poluprovodnikovykh i volokonnykh lazerov. M.: Izdatel' I.V. Balabanov; 2009. 48 s.
8. Kortunov VN, Dmitriev AK, Konovalov AN, Ul'yanov VA. Intellektual'nye SO₂ lazer- nye khirurgicheskie sistemy dlya pretsizionnogo udaleniya novoobrazovanii. Onko-khirurgiya. 2010;2(1):187–8.
9. Dmitriev AK, Konovalov AN, Panchenko VYa, Ul'yanov VA, Varev GA, Geinits AV, Matorin OV, Reshetov IV, Samoshenkov GS. Novye podkhody k pretsizionnomu i malotravmatichnomu ispareniyu biotkanei na osnove intellektual'nykh lazernykh khirurgicheskikh sistem. Lazernaya meditsina. 2013;17(1):4–10.
10. Gordienko VM, Konovalov AN, Ul'yanov VA. Samogeterodinirovanie obratno rasseyannogo izlucheniya v odnomodovykh CO₂-lazerakh. Kvantovaya elektronika. 2011;41(5): 433–40.
11. Dmitriev AK, Konovalov AN, Ul'yanov VA. Samogeterodinirovanie obratnorasseyannogo izlucheniya v odnomodovom volokonnom erbievom lazere dlya zadach doplerovskoi spektroskopii i izmereniya skorostei. Kvantovaya elektronika. 2014;44(4):309–13.
