Длина волны имеет значение

НАУЧНЫЙ ВЗГЛЯД НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЛАЗЕРНОГО РАССЕЧЕНИЯ МЯГКИХ ТКАНЕЙ

• Научный обзор

Материал подготовлен по результатам исследования, опубликован­ного в международном научном журнале Lasers in Medical Science. Все приведенные в статье количественные данные, выводы и инфо­графика основаны на материалах этой публикации и адаптированы редакцией для практикующих стоматологов.

• Источник исследования

Quantitative determination of cut efficiency during soft tissue surgery using diode lasers in the wavelength range between 400 and 1500 nm.

Lasers in Medical Science, 2021. DOI: 10.1007/s10103-020-03243-4.

ОДИНАКОВАЯ МОЩНОСТЬ — РАЗНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ

Мощность лазера кажется наиболее очевидным параметром: чем больше ватт, тем выраженнее должно быть воздействие на ткань. Однако исследование, положенное в основу этого материала, показы­вает, что сама по себе мощность не позволяет однозначно предска­зать ни глубину разреза, ни размеры окружающей зоны термических изменений.

Авторы сравнили воздействие вось­ми длин волн — от 405 до 1470 нм — на образцы мягких тканей десны. Во всех сравниваемых эксперимен­тах сохранялись одинаковые усло­вия проведения исследования (тип образцов, скорость перемещения волокна, геометрия воздействия и другие параметры), а сравнение проводилось между различными длинами волн и уровнями мощности. После воздействия образцы подвер­гались гистологической обработке. Затем измеряли глубину разреза, размеры зоны термического воздей­ствия и рассчитывали коэффициент эффективности рассечения.

Результаты показали, что одинаковое количество подведенной энергии может приводить к различному характеру взаимодействия с тканью. При мощности около 1 Вт различия между многими исследованными длинами волн были менее выражены. Однако после увеличения мощности до 2 Вт и выше глубина разреза для длин волн видимого диапазона уве­личивалась заметно быстрее, чем для длин волн ближнего инфракрасного диапазона.

Наиболее выраженный эффект наблю­дался для длины волны 445 нм. В пре­делах исследованного диапазона мощ­ности максимальная глубина разреза достигала около 820 мкм, тогда как для 810 нм составляла около 344 мкм.

ОДИНАКОВЫЕ ВАТТЫ НЕ ОЗНАЧАЮТ ОДИНА­КОВЫЙ РЕЗУЛЬТАТ. ИМЕННО ДЛИНА ВОЛНЫ ОПРЕДЕЛЯЕТ, КАКИМ ОБРАЗОМ ЭНЕРГИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ С ТКАНЬЮ

Особенно показательным оказалось сравнение при мощности 2,5 Вт. При сопоставимых значениях коэф­фициента эффективности γyz и близких размерах зоны термического воздей­ствия глубина разреза для 445 нм со­ставляла около 530 мкм. Для 810, 980 и 1064 нм этот показатель последова­тельно уменьшался примерно до 330, 260 и 230 мкм соответственно.

Полученные результаты демонстри­руют главный вывод исследования: мощность определяет количество подведенной энергии, однако ха­рактер взаимодействия лазерного излучения с тканью в значительной степени зависит от длины волны.

АНАТОМИЯ ЛАЗЕРНОГО РАЗРЕЗА

Одной только глубины разреза недо­статочно, чтобы оценить эффектив­ность лазерного воздействия. Вместе с каналом рассечения формируется зона термически измененной ткани, поэтому авторы исследования оце­нивали не только абсолютную глу­бину разреза, но и ее соотношение с полной глубиной взаимодействия излучения с тканью.

Для этого использовался коэффициент эффективности γyz — отноше­ние глубины разреза (dcut) к полной глубине взаимодействия лазерного излучения с тканью.

Чем выше этот показатель, тем боль­шую долю общей глубины взаимодей­ствия составляет непосредственно сформированный разрез.

При мощности 2,5 Вт различия между длинами волн становятся особенно наглядными. Для 445 нм коэффициент эффективности составлял около 0,75, тогда как для 810 нм — около 0,60. При сопоставимой мощности канал разреза, сформированный при длине волны 445 нм, был более глубоким и узким, тогда как для 810 нм наблю­далась более широкая зона взаимо­действия.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ НЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ГЛУБИНОЙ РАЗРЕЗА, А СООТНОШЕНИЕМ ГЛУБИНЫ РАССЕЧЕНИЯ И ПОЛНОЙ ГЛУБИНЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ТКАНЬЮ

Интересно, что в диапазоне мощно­сти примерно от 1 до 2,5 Вт значения коэффициента эффективности для ряда стоматологически значимых длин волн постепенно сближались. Однако при дальнейшем увеличении мощности различия между длинами волн видимого и ближнего инфра­красного диапазонов становились более выраженными. Для длин волн видимого диапазона коэффициент эффективности достигал примерно 0,8, тогда как для ближнего инфракрасного диапазона оставался около 0,6.

Таким образом, исследование показывает, что эффективность определяется не только абсолютной глубиной разреза, но и соотноше­нием между глубиной рассечения и полной глубиной взаимодействия лазерного излучения с тканью.

ПОЧЕМУ 445 НМ ВЕДЕТ СЕБЯ ИНАЧЕ?

Среди исследованных длин волн видимого диапазона наиболее выра­женные результаты были получены для 445 нм. Именно поэтому данной длине волны авторы уделяют особое внимание при сравнении с традиционными диодными лазерами ближ­него инфракрасного диапазона.

При увеличении мощности выше 2 Вт различия между длинами волн становятся особенно заметными. В условиях данного исследования максимальная глубина рассечения для 445 нм достигала около 820 мкм, тогда как для широко применяемого в стоматологии лазера 810 нм она составляла около 344 мкм. При этом ширина разреза для всех исследо­ванных длин волн была сопостави­мой — около 125 мкм, что позволяет связывать выявленные различия не с геометрией разреза, а с особен­ностями взаимодействия лазерного излучения с тканью.

Авторы оценивали не один параметр, а целый комплекс характеристик: глубину рассечения, ширину раз­реза, размеры зоны термического воздействия и коэффициент эффек­тивности yz, отражающий соотно­шение между глубиной сформиро­ванного разреза и полной глубиной взаимодействия лазерного излучения с тканью. Именно совокупный анализ этих показателей позволил сравнить исследованные длины волн.

Объяснение выявленных различий авторы связывают прежде всего с оп­тическими свойствами ткани. Излуче­ние 445 нм значительно интенсивнее поглощается основными тканевыми хромофорами — гемоглобином и меланином, чем традиционные диодные лазеры ближнего инфракрас­ного диапазона. Именно эта особен­ность рассматривается как наиболее вероятная причина различий, на­блюдавшихся в эксперименте. Более эффективное поглощение энергии тканевыми хромофорами изменяет характер взаимодействия лазерного излучения с тканью, что проявляется в глубине рассечения и соотношении между разрезом и зоной термического воздействия.

При этом авторы обсуждают по­добные закономерности не только применительно к 445 нм. Полученные результаты рассматриваются в более широком контексте видимого диа­пазона длин волн, который в данном исследовании был представлен лазе­рами 405, 445, 514 и 532 нм. Вместе с тем именно 445 нм продемонстри­ровал наиболее выраженную глубину рассечения среди всех исследованных длин волн, что и обусловило его подробное обсуждение.

Настоящее исследование не ставило целью определить оптимальную длину волны для хирургии мягких тканей и не является прямым клиническим руководством. Все эксперименты выполнялись ex vivo на образцах свиной десны при строго стандарти­зированных условиях.

Тем не менее результаты убедительно показывают, что при одинаковой мощности измене­ние длины волны сопровождается существенными различиями в глубине рассечения и характере взаимодей­ствия лазерного излучения с тканью. Это означает, что при выборе хирур­гического лазера следует учитывать не только мощность устройства, но и длину волны, поскольку именно она в значительной степени определя­ет особенности передачи энергии тка­ням в условиях, аналогичных использо­ванным в данном исследовании.