автореферат диссертации по электронике, 05.27.03, диссертация на тему:Исследование взаимодействия субмиллисекундных импульсов излучения ИАГ: Nd3+ и ИАГ: Ho3+ лазеров с биотканью и лазер-индуцированного термооптического сигнала

Санкт-Петербургский Государственный Институт Точной Механики и Оптики (Технический Университет)

Г /

На правах, рукописи Приходько Константин Владимирович ГСц 04

т ] ' 1 7 Мт 2000

Исследование взаимодействия субмиллисекундных импульсов излучения ИАГ:№3* и ИАГ:Но3* лазеров с биотканью и лазер-индуцированного термооптического сигнала.

Специальность 05.27.03 - Квантовая электроника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург - 2000 -

Работа выполнена на кафедре квантовой электроники и биомедицинской оптики в Санкт-Петербургском Государственном институте точной механики и оптики (Техническом Университете)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор кандидат физико-математических наук, с.н.с.

Г.Б.Апьтшулер

В.В.Тучин Ю.В.Судьенков

Ведущая организация:

Институт Лазерной Физики (г. Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится " 70 " Ц. ЮМ^Х_ 2000

года в ]5_ часов ЛО минут на заседании диссертационного совета К.053.26.02 при Санкт-Петербургском Государственном Институте Точной Механики и Оптики (Техническом Университете) по адресу: 197101, Санкт-Петербург, ул.Саблинская 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного Санкт-Петербургского института точной механики и оптики.

Автореферат разослан " 13 " \MJS-2000 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета ;: ^

с.н.с., к.ф.-м.н. Солунин Анатолий Александрович

/? с ¿ГУ. ^ о

Актуальность работы

В последние годы широкое применение лазеров в медицине и биологии привело к созданию новых оптических технологий обработки биотканей лазерным излучением. Перспективы использования лазеров для этих целей основаны на привлекательных особенностях воздействия лазерного излучения на вещество, таких как локальность, селективность, высокая производительность разрушения биообъектов и т.д.

К моменту начала настоящей работы (1993 год) в литературе была представлена лишь фрагментарная информация эмпирического характера о физике взаимодействия импульсного лазерного излучения среднего ИК диапазона с биотканью, отсутствовали объективные физические методы и критерии оценки лазерного воздействия на живые объекты, вследствие чего многие экспериментальные данные требовали уточнения, а в ряде случаев и дополнительных исследований. Численные модели описывали лишь очень узкие и специфические задачи, а их результаты практически не использовались при создании новой лазерной медицинской техники. Кроме того, отсутствовали данные, позволяющие сформулировать основные закономерности разрушения биообъектов в поле субмиллисекундных лазерных импульсов, в частности, установить однозначную связь между геометрическими размерами формируемого излучением дефекта в биоткани и энергией лазерного импульса. Полностью отсутствовала информация теоретического и эмпирического плана о сценариях лазерного разрушения биотканей с коэффициентом поглощения 0.1см",<к1К)гп.<100см"1.

Отсутствие подобной информации существенно сдерживало разработку и создание новых лазерных медицинских технологий. Особенно ярко это проявлялось при разработке адаптивных лазерных систем, предусматривающих возможность изменения параметров излучения, воздействующего на облучаемую биоткань, при изменении ее свойств. Это необходимо, например, для оптимального выполнения определенного способа вмешательства, при необходимости селективного воздействия на определенный тип биоткани или при формировании в биоткани полости с заданной геометрией. Кроме того, актуальность применения адаптивных систем в лазерной медицине связана с необходимостью проведения локальных, эффективных, атравматичных вмешательств в живые биообъекты на микро- и макроуровнях с адаптацией в

режиме реального времени.

Актуальность диссертационной работы базируется на необходимости, изучив основные закономерности разрушения биотканей субмиллисекундными лазерными импульсами, найти физические методы и критерии оценки лазерного воздействия на биоткани в режиме реального времени и на их основе предложить и реализовать основные алгоритмы работы адаптивных лазерных медицинских систем с обратной связью.

Целью настоящей работы является:

исследование разрушения биотканей в поле субмиллисекундных импульсов ИАГ;Ыс13+ и ИАГ:Но3+ лазеров, включающее разработку методов диагностики состояния биообъектов и критериев экспресс-оценки результатов лазерного воздействия на объекты живой природы, изучение основных закономерностей разрушения биотканей, коэффициент поглощения которых лежит в пределах

0.1.м"1 <кпогп.< 100см"1 в поле субмиллисекундных лазеров, исследование характеристик лазер-индуцированного термооптического сигнала, анализ и оптимизация алгоритмов работы адаптивной лазерной медицинской аппаратуры.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. В работе экспериментально определены, оптимальные с точки зрения достижения максимальной эффективности деструкции биоткани при минимальной инвазивности воздействия, плотность энергии излучения ИАГ:№3+ и ИАГ:Но3+ субмиллисекундных лазеров, скорость перемещения рабочего торца волокна относительно биоткани и давление, оказываемое рабочим торцом волокна на биоткань в контактном режиме.

2. Сформулированы основные принципы построения лазерных систем на основе ИК лазерных источников для общей хирургии биотканей с адаптивной системой контроля параметров лазерного излучения на базе термооптической системы обратной связи.

3. Предложена классификация лазерных медицинских систем с обратными связями.

4. Разработаны и апробированы алгоритмы обратной связи, базирующиеся на анализе термооптического сигнала и предназначенные для адаптации параметров лазерного излучения под тип обрабатываемой биоткани, способ

лазерного вмешательства, параметры лазерной раны.

Основные научные положения, выдвигаемые на защиту

1. Впервые предложеные автором, параметры оценки лазерного воздействия на биоткань: эффективность деструкции и фактор инвазивности, позволяют установить соотношение между геометрическими размерами "лазерной раны" биоткани и энергией излучения субмиллисекундных лазеров ближнего и среднего ИК диапазонов.

2. Существует однозначная взаимосвязь эффективности деструкции и фактора инвазивности с амплитудой термооптического сигнала, сопровюедающего обработку костной ткани излучением субмиллисекундного ИАГ:Но3+ лазера.

3. Анализ фурье-спектра термооптического сигнала позволяет в течение лазерного импульса идентифицировать такие эффекты как коагуляция, карбонизация и удаление "мягкой" биоткани, сопровождающие ее облучение субмиллисекундными импульсами ИАГ:М3+ лазера в контактном режиме обработки.

4. Процесс разрушения костных биотканей субмиллисекундными импульсами НАГ:Но3 + лазера может быть разбит на четыре следующие друг за другом стадии.

Практическая ценность работы.

Впервые экспериментально реализован дистанционный метод контроля температуры биоткани, не предполагающий введение датчиков в операционное поле, основанный на регистрации лазер-индуцированного термооптического сигнала. Исследованы особенности построения канала регистрации лазер-индуцированного термооптического сигнала в лазерной медицинской аппаратуре. Разработаны унифицированные модули термооптической системы обратной связи. Разработана методика оценки энергии, необходимой для реализации каждой стадии разрушения биоткани с коэффициентом поглощения на длине волны излучения порядка 10см'1 в контактном режиме лазерной обработки. Разработан и клинически опробован макет системы термооптической обратной связи, оптимизирующей параметры лазерной обработки (эффективность деструкции и фактор инвазивности). Доклинические исследования, проведенные в НИЦ Государственном Медицинском Университете (С.-Петербург) показали, что использование системы термооптической обратной связи при хирургических

вмешательствах существенно снижает травматичность лазерной процедуры.

Рекомендации, изложенные в настоящей работе, использованы при создании опытных образцов лазерного медицинского оборудования на предприятиях: "УНП Лазерного Центра-ИТМО" (Россия), "LMS" (Австрия) и "Palomar Medical Inc." (США).

Личный вклад автора.

В диссертационной работе обсуждаются результаты исследований, инициатором и основным исполнителем которых был непосредственно автор работы.

Достоверность результатов.

Достоверность результатов, приводимых в настоящей работе, подтверждается тщательным анализом теоретических и экспериментальных методик, обеспечивается достоверными статистическими методами обработки экспериментальных данных.

Апробация работы.

Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на следующих конференциях: "Оптика лазеров '93", С.-Петербург, Россия, 1993г.; "Advanced Lasers in Dentistry '94", С.-Петербург, Россия, 1994г.; "BiOS Europe '94", France, 1994г.; "Прикладная оптика '96", С.-Петербург, Россия, 1996г.; "BiOS Europe '96 Austria, 1996г.; "VIII International Conference on Laser Application Engineering", С.Петербург, Россия, 1996г.; "Первая Городская Научно-практическая конференция по лазерной медицине в хирургии", С.-Петербург, Россия, 1996г.; "Semiconductor and solid state lasers in medicine '97", С.-Петербург, Россия, 1997г.; "BiOS Europe '97", Italy, 1997r.; "EUROPTO '96", Sweden, 199Sr.; "Третий международный симпозиум "Лазеры в медицине '99. Высокие медицинские и информационные технологии", С.-Петербург, Россия, 1999г.; "Прикладная оптика '99", С.-Петербург, Россия, 1999г.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 17 статей в отечественных и

зарубежных научных изданиях.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на 187 страницах, включая 6 таблиц, 56 рисунков и список литературы, содержащий 170 наименований.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и основные положения, выносимые на защиту, практическая ценность работы, личный вклад автора. Кратко рассмотрено содержание диссертации.

Первая глава содержит аналитический обзор ряда отечественных и зарубежных публикаций, посвященных лазерному разрушению биотканей. В первом параграфе рассмотрены основные на сегодняшний день подходы к описанию взаимодействия лазерного излучения с биообъектами, дана классификация механизмов лазерного разрушения, рассмотрены используемые в физике современные методики описания взаимодействия лазерного излучения с биообъектами. В результате анализа делается вывод о том, что при наличии корректной классификации существующие на сегодня теории взаимодействия лазерного излучения с биообъектами имеют ряд недостатков, к основным из которых можно отнести: отсутствие целостного подхода, позволяющего точно оценить результат лазерного разрушения биоткани с низким содержанием неорганической компоненты в рамках теплового механизма при кпвгл.<1см"'; отсутствие достоверно доказанного сценария лазерного разрушения биотканей с высоким содержанием неорганической компоненты при О^см'^кпогл^ЮОсм"1. Второй параграф содержит сводную информацию об особенностях использования лазерных источников в медицинской практике. В результате анализа литературных данных показано, что для деструкции "мягких" тканей наиболее широко используется HAHNd3* лазер, а "твердых" тканей - ИАГ:Но3+ и ИАГ:Ег3+ лазеры. Установлено, что при описании воздействия HAHNd3* лазера зачастую отсутствуют данные, позволяющие объяснить наблюдаемые в

эксперименте геометрические параметры удаленной и термически поврежденной зон. Отмечено, что при описании взаимодействия ИАГ:Но3+ лазера с "твердыми" биотканями отсутствует информация о базовых характеристиках воздействия (эффективность деструкции, температура в зоне обработки, зависимость эффективности деструкции от энергии лазерного излучения), позволяющая прогнозировать результат облучения. В третьем параграфе рассмотрены особенности медицинских лазерных комплексов с системой обратной связи. На основе проведенного обзора установлено, что в основном в медицинской технике используются обратные связи, предназначенные для контроля состояния непосредственно самой лазерной системы. Описание систем обратных связей, предназначенных для корректировки параметров лазерного излучения в зависимости от состояния обрабатываемой биоткани, в литературе практически отсутствует. На основании обзора публикаций и собственных экспериментальных исследований автора определены основные задачи, возникающие при построении адаптивных лазерных медицинских систем, к числу которых можно отнести: изучение физических аспектов взаимодействия лазерного излучения с данным видом биоткани (механизмов взаимодействия и эффектов, сопровождающих данное взаимодействие); определение природы сигнала и его параметров, наиболее полно характеризующих лазерное воздействие (температуру в зоне обработки, яркость факела продуктов разрушения, спектральную интенсивность свечения продуктов лазерного разрушения, амплитуду лазер-индуцированного акустического сигнала и т.д.); разработка принципов построения канала регистрации сигнала, определенного на предыдущей стадии; разработка алгоритма управления лазерной медицинской системой.

Во второй главе обсуждены наиболее существенные аспекты теории взаимодействия излучения лазерных источников среднего ИК диапазона с биотканями. В первом параграфе рассмотрены основные сценарии лазерного разрушения биоткани с клоп,.« 100см"1. Отмечены особенности лазерного разрушения "твердых" биотканей. Для объяснения наблюдаемого в эксперименте различия в значениях эффективности деструкции "твердой" и "мягкой" биотканей лазерными импульсами с идентичными пространственно-временными и спектральными характеристиками, предложена 4х стадийная модель лазерного разрушения. Разрушение "мягкой" биоткани можно описать в рамках 3х стадийной

модели. Существенное отличие в моделях начинает проявляться на 2й стадии, во время которой "твердая" биоткань плавится. Наличие фазового перехода и объясняет тот факт, что эффективность удаления "твердых" биотканей ниже эффективности удаления "мягких" биотканей субмиллисекундными лазерными импульсами с идентичными пространственно-временными и спектральными характеристиками. Во втором параграфе рассмотрены результаты теоретического моделирования разрушения печени в поле субмиллисекундных импульсов ИАГ:Ыс13+ и ИАГ.Но3* лазеров. Процесс моделирования лазерного разрушения биоткани разделен на три этапа: расчет пространственного распределения освещенности в биоткани (методом Монте-Карло); расчет пространственного распределения температуры в биоткани (на основе решения нестационарного уравнения теплопроводности) и расчет пространственного распределения степени термического повреждения в биоткани (на основе решения уравнения Аррениуса). Расчеты показали, что максимальное значение относительной освещенности для нативной и коагулированной биотканей на глубине ЮОмкм при облучении импульсами ИАГ:Но3+ лазера меньше, чем при облучении импульсами ИАГ:М3* лазера. Разность относительной освещенности на глубине ЮОмкм между коагулированной и нативной биоткани при ее облучении излучением ИАГ:Но3+ лазера практически отсутствует и существенно ниже, чем разность наблюдаемая для ИАГ:№с13+ лазера. В результате проведенного моделирования численно определен порог лазерного разрушения печени: при облучении субмиллисекундными импульсами ИАГ:Ыс13* лазера порог составил 200Дж/см2; при облучении субмиллисекундными импульсами ИАГ:Но3+ лазера - ЮДж/см2, что удовлетворительно совпадает с полученными в эксперименте величинами.

В третьей главе приводится описание экспериментальных методик и технических решений, используемых при разработке систем обратной связей, предназначенных для корректировки параметров лазерного излучения в зависимости от состояния обрабатываемой биоткани. В первом параграфе описываются лазеры и средства доставки лазерного излучения к полю операции, технические решения, принятые при создании экспериментальной установки, а также пояснена методика работы на ней. Второй параграф содержит описание используемых в работе биологических объектов, методики их подготовки и хранения. В третьем параграфе описаны впервые предложенные автором два

параметра оценки лазерного воздействия на биоткань: эффективность деструкции и фактор инвазивности, позволяющие установить соотношение между геометрическими размерами лазерной раны биоткани и энергией излучения субмиллисекундных лазеров ближнего и среднего ИК диапазона. Эффективность деструкции (К) - отношение объема удаленного материала (V,) к затраченной на его удаление энергии лазерного излучения (Е):

к=¥ • <1> Фактор инвазивности (Н) - отношение объема зоны термического повреждения

ткани (У2) к объему удаленного материала (V,):

Н=| • (2)

В четвертом параграфе описаны экспериментальные методы исследования порога и механизмов лазерного разрушения биотканей. Подробно рассмотрены особенности микроскопических, опто-акустических и термических методов исследования процессов, сопровождающих взаимодействие интенсивного лазерного излучения с биотканями. Изучены основные особенности построения канала регистрации лазер-индуцированного термооптического сигнала в медицинской лазерной аппаратуре.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований особенностей лазерного разрушения печени и костной ткани излучением НАГ:Но3* и ИАГ:№3+ лазеров. В первом параграфе приводятся данные о пороговой плотности энергии, необходимой для разрушения тканей печени, которые составили 200±20Дж/см2 и 10±2Дж/см2 для субмиллисекундного импульса ИАГ:Ыс*3+ и ИАГ:Но3+ лазеров соответственно. Максимальная эффективность деструкции в контактном режиме обработки для ИАГ:Ис13+ лазера наблюдается при плотности энергии излучения 600±50Дж/см2 и составляет 0.011±0.001мм3/Дж, в то время как для ИАГ:Но3+ лазера 0.065±0.001мм3/Дж при плотности энергии излучения 220+320Дж/см2. Показано, что при использовании излучения МАГМ3* и ИАГ:Но3+ лазеров с увеличением давления, оказываемого рабочим торцом оптического волокна на биоткань, значения эффективности деструкции и фактора инвазивности лазерной раны возрастают. Экспериментально доказано, что при постоянном давлении, оказываемом рабочим торцом оптического волокна на поверхность препарата печени, существует оптимальная скорость перемещения рабочего торца волокна ; 10

относительно биоткани, для которой эффективность деструкции наибольшая, а фактор инвазивности наименьший. Показано, что в контактном режиме обработки по сравнению с неконтактным, эффективность деструкции биоткани выше, а фактор инвазивности меньше как при использовании ИАГ:№3+, так и ИАПНо3* лазеров. Во втором параграфе представлены результаты исследования лазерного разрушения "твердых" биотканей (на примере костных тканей) субмиллисекундными импульсами НАГ: Но3* лазера. Показано, что максимальная эффективность деструкции таких тканей составляет 0.025+0.001 мм3/Дж. Обнаруженная в ходе экспериментов неоднозначная зависимость эффективности деструкции от энергии лазерного импульса потребовала подробного анализа сценария лазерного разрушения. В связи с этим, в работе представлены результаты экспериментов, в ходе которых одновременно регистрировались временные огибающие лазерного импульса, лазериндуцированной акустической волны и интенсивности свечения биоткани, сопровождающего ее лазерную обработку (термооптического сигнала) (рис.1). Результаты экспериментов позволили доказать предложенную автором четырехстадийную модель лазерного разрушения "твердых" тканей, а именно: нагрев и испарение воды (стадия I), термодеформация и плавление элементов каркаса, формирование пленки расплава (стадия И), взрывное удаление пленки расплава (стадия 111), остаточный нагрев биоткани (стадия iV). Экспериментальные данные позволили провести корректную оценку энергетических затрат на каждую стадию разрушения, которые, в частности, при энергии импульса 0.4Дж составили: ~0.06Дж (15%), ~0.25Дж (62%), -О.ОбДж (15%) и -О.ОЗДж (8%) на I, II, III, IV стадиях соответственно.

В пятой главе рассмотрены особенности построения медицинских лазерных адаптивных систем для деструкции биотканей. В первом параграфе рассмотрены физические характеристики термооптического сигнала, сопровождающего обработку "твердых" биотканей субмиллисекундными импульсами ИАГ:Но3+ лазера. Экспериментально установлена взаимосвязь энергии лазерного излучения, типа обрабатываемой биоткани и скорости перемещения рабочего торца волокна относительно биоткани с амплитудой термооптического сигнала, временным сдвигом между началом термооптического сигнала и началом лазерного импульса. Установлено, что при обработке "твердых" биотканей с увеличением энергии лазерного излучения амплитуда

термооптического сигнала увеличивается, а временной сдвиг между началом термооптического сигнала и началом лазерного импульса уменьшается. Впервые установлена однозначная взаимосвязь между эффективностью деструкции, фактором инвазивности и максимальной амплитудой термооптического сигнала. Показано, что анализ амплитудных и временных характеристик термооптического сигнала может дать информацию о результате лазерного воздействия (коагуляция, плавление, микровзрыв, карбонизация); эффективности лазерной деструкции биоткани и инвазивности лазерного вмешательства. Во втором параграфе описаны основные типы систем обратных связей, базирующихся на анализе параметров термооптического сигнала при контактной обработке биотканей субмиллисекундными импульсами лазеров с длинами волн, коэффициент поглощения которых лежит в пределах 0.1 см"1 «knom.* 100см"1. К числу основных отнесены системы обратной связи, адаптирующие характеристики лазерного излучения под тип обрабатываемой биоткани, способ лазерного вмешательства (разрез, "сварка", коагуляция сосудов) на стыках органов и тканей и под параметры лазерной раны при мануальных операциях в пределах однородных тканей. В третьем параграфе описаны результаты лазерного иссечения печени крысы ex vivo с применением обратной связи, базирующейся на анализе параметров термооптического сигнала, адаптирующей параметры лазерного излучения под параметры лазерной раны. Показано, что использование данной обратной связи приводит к уменьшению травматичное™ хирургического вмешательства.

В заключении изложены основные результаты и выводы диссертационной работы.

Заключение и выводы.

1. Впервые в лазерной медицинской технике экспериментально реализован дистанционный метод контроля температуры биоткани, не предполагающий введение дополнительных датчиков в операционное поле, основанный на регистрации лазер-индуцированного термооптического сигнала;

2. Рассчитаны и экспериментально определены пороги лазерного разрушения тканей печени излучением ИАГ:Ыс!3+ (200±20Дж/см2), ИАГ:Но3+ (10±2Дж/см2) лазера и костной ткани излучением ИАГ:Но3+ (30±5Дж/см2) лазера;

3. Исследовано влияние на параметры лазерной раны, сформированной в "мягких" тканях излучением HAI~:Nd3+ и ИАГ:Но3* лазеров: энергии лазерного излучения; давления, оказываемого на биоткань рабочим торцом оптического волокна; скорости перемещения рабочего торца волокна относительно биоткани и линейной экспозиции;

4. Исследовано влияние энергии излучения и пространственных характеристик излучения ИАГ:Но3+ лазера на параметры лазерной раны, сформированной в "твердых" тканях;

5. Впервые приведены результаты одновременной регистрации огибающей профиля лазерного импульса, лазер-индуцированного акустического сигнала и термооптического сигнала, сопровождающих разрушение "твердых" биотканей излучением ИАПНо3* лазера, анализ которых позволил: экспериментально обосновать предложенную четырехстадийную модель разрушения "твердых" биотканей; экспериментально определить затраты энергии лазерного излучения на каждую стадию разрушения;

6. Экспериментально изучено влияние параметров лазерного излучения, типа обрабатываемой биоткани и скорости перемещения рабочего торца волокна относительно биоткани на максимальную амплитуду термооптического сигнала и временной сдвиг между началом термооптического сигнала и началом лазерного импульса;

7. Впервые установлено, что амплитудные и временные характеристики термооптического сигнала содержат информацию о стадии лазерного разрушения биоткани (коагуляция, плавление, микровзрыв, карбонизация) и параметрах лазерной раны (эффективности деструкции и факторе инвззивности);

8. Исследованы основные алгоритмы работы систем обратных связей, базирующихся на анализе параметров термооптического сигнала при контактной обработке биотканей субмиллисекундными импульсами лазеров с длинами волн, коэффициент поглощения которых в биоткани лежит в пределах O.ICM'^knom^ ЮОсм"'.

9. Ex vivo показано, что использование термооптической обратной связи, адаптирующей параметры лазерного излучения под параметры лазерной раны, существенно снижает травматичносгь лазерной обработки печени.

1.0-1

а)

I > I

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Время, мс

I II III IV

щ

X

ё

1 о —*—4-—*

■—

о.о I——Ц—|—I—Ц—I

т-1-г

б)

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Время, мс

III IV

1—1—I—г—|—г—1

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Время, мс

в)

Рис.1. Осциллограммы лазерного импульса (а), лазер-индуцированного акустического сигнала (б) и лазер-индуцированного термооптического сигнала (в), сопровождающие лазерную обработку биоткани (ИАГ.Но3* лазер, энергия импульса лазерного излучения 0.40±0.05Дж, контактный одноимпульсный режим лазерной обработки биоткани, диаметр лазерного пятна на поверхности биоткани 450+1 Омкм, костная ткань, I IV - номер стадии процесса лазерного разрушения).

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

1. Г.Б.Альтшулер, А.В.Беликов, А.В.Ерофеее, И.К.Ильясов, К.В.Приходько. Нетравматичный лазерный скальпель с тепловой системой обратной связи. -Тезисы докладов международной конференции "Оптика лазеров '93", С.Петербург, 1993, с.647.

2. И.К.Ильясов, К.В.Приходько. Метод Монте-Карло для расчета температурного распределения в рассеивающей биологической среде, нагреваемой лазерным импульсом. - Письма в ЖТФ 1994, т.20, №4, с.75-80.

3. Г.Б.Альтшулер, А.В.Ерофеев, И.К.Ильясов, К.В.Приходько. Нетравматичный лазерный скальпель. - Письма в ЖТФ, 1994, т.20, №4, с.81-84.

4. Г.Б.Альтшулер, А.В.Ерофеев, И.К.Ильясов, К.В.Приходько. Принципы термооптической обратной связи в лазерном скальпеле. - Письма в ЖТФ 1994, т.20, №9, с.68-73.

5. Г.Б.Альтшулер, А.В.Ерофеев, И.К.Ильясов, К.В.Приходько. Исследование взаимодействия излучения Ho:YAG лазера с мягкими биотканями. - Письма в ЖТФ 1994, т.20, №15, с.50-57.

6. A.V.Erofeev, I.K.Ilyasov, KV.Prikhodko. Destruction of soft tissue under combined influence of Ho- and Nd- laser radiation. - Proceedings of SP1E, 1994, v. 1984, p. 118125.

7. G.B.AItshuler, A.V. Erofeev, l,K.llyasov, C.V.Prikhodko. Comparation of contact and non-contact modes of soft tissue destruction by Ho-laser. - Proceedings of SPIE, 1994, v.2323, p. 162-168.

8. G.B,Altshuler, A.V. Erofeev, I.K IIyasov, C.V.Prikhodko. Local fibre tip's temperature monitoring for the Ho:YAG contact laser scalpe. - Proceedings of SPIE, 1994, v.2327, p.181-187.

9. АВ.Ерофеев, И.К.Ильясов, К.В.Приходько. Термоолтаческая обратная связь в контактном Но-лазерном скальпеле. - Письма вЖТФ 1995, т.21, №1, с.80-81.

10. АВ.Ерофеев, К.В.Приходько, Г.О.Матыжев. Методы создания термооптической обратной связи в лазерной стоматологической аппаратуре. - Тезисы докладов конференции "Научно-практическая конференция по лазерной медицине в хирургии", С.-Петербург, 1996, с.74.

11. G.B.AItshuler, A.V.Erofeev, C.V.Prikhodko, G.O.Matyzhev. The prevention of thermal damage in scaling. - Тезисы докладов международной конференции "VIII

International Conference on Laser Application Engineering", С.-Петербург, 1996, c.40.

12. A.V.Erofeev, C.V.Prikhodko, G.O.Matyzhev. Changes of optical tissue propeties over laser processing.-Proceedings of SPiE, 199S, v.2922, p. 172-176.

13. G.B.AItshuler, A.V.Erofeev, C.V.Prikhodko, G.O.Matyzhev, R.V.Gerasimov. Temperature monitoring of tissue preparing process. - Proceedings of SPIE, 1995, v.2922, p.160-171.

14. А.В.Ерофеев, К.В.Приходько. Использование твердотельных импульсных лазеров в Хирургии мягких тканей. - Тезисы докладов конференции "Semiconductor and solid state lasers in medicine '97", С.-Петербург, 1997, c.28.

15. К.В.Приходько, А.В.Ерофеев. Использование термооптической обратной связи в лазерной хирургии. - Тезисы докладов конференции "Semiconductor and solid state lasers in medicine 'S7", С.-Петербург, 1997, p.29.

16. G.B.AItshuler, AV.Belicov, V.N.Baline, AS.Gook, S.P.Kropotov, V.L.Seiivanov, A.V.Skrypnik, C.V.Prikhodko. Result of clinical application of YAG:Er laser in dentistry. -Proceedings of SPIE 1998, v.3564, p.194-196.

17. ЛАЕрмолаева, Д.В.Федотов, О.В.Дулинец, Г.Б.Альтшулер, А.В.Беликов, А.В.Скрипник, К.В.Приходько, Ю.Л.Крецер. Физико-химические изменения в дентине при лазерном препарировании твердых тканей зуба. - Тезисы докладов третьего международного симпозиума "Лазеры в медицине '99. Высокие медицинские и информационные технологии", С.-Петербург, 1999, с.12-13.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Обзор литературных данных.

1.1 Экспериментальные и теоретические аспекты лазерного разрушения биоткани.

1.2 Лазерные источники в медицине.

1.3 Лазерные медицинские системы с обратной связью.

1.4 Выводы.

ГЛАВА 2. Теоретический анализ процессов лазерного разрушения биотканей. 4 й

2.1 Сценарии лазерного разрушения биоткани.

2.2 Моделирование лазерного разрушения биоткани.

2.3 Выводы.

ГЛАВА 3. Экспериментальные критерии и методики.

3.1 Лазеры, средства доставки излучения и фиксации биопрепаратов.

3.2 Биопрепараты.

3.3 Параметры оценки "лазерной раны".

3.4 Экспериментальные методы исследования порога и механизмов разрушения биоткани.

3.5 Выводы.

ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований особенностей лазерного разрушения биотканей.

4.1 Лазерное разрушение "мягких" биотканей.

4.2 Лазерное разрушение "твердых" биотканей.

4.3 Выводы.

Актуальность работы.

В последние годы широкое применение лазеров в медицине и биологии привело к созданию новых оптических технологий обработки биотканей лазерным излучением. Перспективы использования лазеров для этих целей основаны на привлекательных особенностях воздействия лазерного излучения на вещество, таких как локальность, селективность, высокая производительность разрушения биообъектов и т.д.

К моменту начала настоящей работы (1993 год) в литературе была представлена лишь фрагментарная информация эмпирического характера о физике взаимодействия импульсного лазерного излучения среднего И К диапазона с биотканью, отсутствовали объективные физические методы и критерии оценки лазерного воздействия на живые объекты, вследствие чего многие экспериментальные данные требовали уточнения, а в ряде случаев и дополнительных исследований. Численные модели описывали лишь очень узкие и специфические задачи, а их результаты практически не использовались при создании новой лазерной медицинской техники. Кроме того, отсутствовали данные, позволяющие сформулировать основные закономерности разрушения биообъектов в поле субмиллисекундных лазерных импульсов, в частности, установить однозначную связь между геометрическими размерами формируемого излучением дефекта в биоткани и энергией лазерного импульса. Полностью отсутствовала информация теоретического и эмпирического плана о сценариях лазерного разрушения биотканей с коэффициентом поглощения О^см'^кпогл^ЮОсм'1.

Отсутствие подобной информации существенно сдерживало разработку и создание новых лазерных медицинских технологий. Особенно ярко это проявлялось при разработке адаптивных лазерных систем, предусматривающих возможность изменения параметров излучения, воздействующего на облучаемую биоткань, при изменении ее свойств. Это необходимо, например, для оптимального выполнения определенного способа вмешательства, при необходимости селективного воздействия на определенный тип биоткани или при формировании в биоткани полости с заданной геометрией. Кроме того, актуальность применения адаптивных систем в лазерной медицине связана с необходимостью проведения локальных, эффективных, атравматичных вмешательств в живые биообъекты на микро- и макроуровнях с адаптацией в режиме реального времени.

Актуальность диссертационной работы базируется на необходимости, изучив основные закономерности разрушения биотканей субмиллисекундными лазерными импульсами, найти физические методы и критерии оценки лазерного воздействия на биоткани в режиме реального времени и на их основе предложить и реализовать основные алгоритмы работы адаптивных лазерных медицинских систем с обратной связью.

Целью настоящей работы является: исследование разрушения биотканей в поле субмиллисекундных импульсов ИАГ:Ыс13+ и ИАГ:Но лазеров, включающее разработку методов диагностики состояния биообъектов и критериев экспресс-оценки результатов лазерного воздействия на объекты живой природы, изучение основных закономерностей разрушения биотканей, коэффициент поглощения которых лежит в пределах

0.1.см"1 <кПОгл.< 100см"1 в поле субмиллисекундных лазеров, исследование характеристик лазер-индуцированного термооптического сигнала, анализ и оптимизация алгоритмов работы адаптивной лазерной медицинской аппаратуры.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. В работе экспериментально определены, оптимальные с точки зрения достижения максимальной эффективности деструкции биоткани при минимальной инвазивности воздействия, плотность энергии излучения ИАПЫс!3* и ИАГ:Но3+ субмиллисекундных лазеров, скорость перемещения рабочего торца волокна относительно биоткани и давление, оказываемое рабочим торцом волокна на биоткань в контактном режиме.

2. Сформулированы основные принципы построения лазерных систем на основе И К лазерных источников для общей хирургии биотканей с адаптивной системой контроля параметров лазерного излучения на базе термооптической системы обратной связи.

3. Предложена классификация лазерных медицинских систем с обратными связями.

4. Разработаны и апробированы алгоритмы обратной связи, базирующиеся на анализе термооптического сигнала и предназначенные для адаптации параметров лазерного излучения под тип обрабатываемой биоткани, способ лазерного вмешательства, параметры лазерной раны.

Основные научные положения, выдвигаемые на защиту

1. Впервые предложеные автором, параметры оценки лазерного воздействия на биоткань: эффективность деструкции и фактор инвазивности, позволяют установить соотношение между геометрическими размерами "лазерной раны" биоткани и энергией излучения субмиллисекундных лазеров ближнего и среднего ИК диапазонов.

2. Существует однозначная взаимосвязь эффективности деструкции и фактора инвазивности с амплитудой термооптического сигнала, сопровождающего обработку костной ткани излучением субмиллисекундного ИАГ:Но3+ лазера.

3. Анализ фурье-спектра термооптического сигнала позволяет в течение лазерного импульса идентифицировать такие эффекты как коагуляция, карбонизация и удаление "мягкой" биоткани, сопровождающие ее облучение субмиллисекундными импульсами ИАПЫс!3* лазера в контактном режиме обработки.

4. Процесс разрушения костных биотканей субмиллисекундными импульсами ИАГ:Но3+ лазера может быть разбит на четыре следующие друг за другом стадии.

Практическая ценность работы.

Впервые экспериментально реализован дистанционный метод контроля температуры биоткани, не предполагающий введение датчиков в операционное поле, основанный на регистрации лазер-индуцированного термооптического сигнала. Исследованы особенности построения канала регистрации лазер-индуцированного термооптического сигнала в лазерной медицинской аппаратуре. Разработаны унифицированные модули термооптической системы обратной связи. Разработана методика оценки энергии, необходимой для реализации каждой стадии разрушения биоткани с коэффициентом поглощения на длине волны излучения порядка 10см"1 в контактном режиме лазерной обработки. Разработан и клинически опробован макет системы термооптической обратной связи, оптимизирующей параметры лазерной обработки (эффективность деструкции и фактор инвазивности). Доклинические исследования, проведенные в НИЦ Государственного Медицинского Университета (С.-Петербург) показали, что использование системы термооптической обратной связи при хирургических вмешательствах существенно снижает травматичность лазерной процедуры.

Рекомендации, изложенные в настоящей работе, использованы при создании опытных образцов лазерного медицинского оборудования на предприятиях: "УНП Лазерного Центра-ИТМО" (Россия), "LMS" (Австрия) и "Palomar Medical Inc." (США).

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на 187 страницах, включая 6 таблиц, 56 рисунков и список литературы, содержащий 170 наименований.

5.4 Выводы.

В заключение, еще раз отмечу основные результаты данной главы:

1) термооптический сигнал является следствием процессов сопровождающих взаимодействие лазерного излучения с биотканью;

2) экспериментально проанализировано влияние параметров лазерного излучения, типа обрабатываемой биоткани и скорости перемещения рабочего торца волокна относительно биоткани на максимальную амплитуду термооптического сигнала, и временной сдвиг между началом термооптического сигнала и началом лазерного импульса;

3) впервые установлена однозначная взаимосвязь между параметрами "лазерной раны" и максимальной амплитудой термооптического сигнала;

4) впервые установлено, что амплитудные и временные характеристики термооптического сигнала несут информацию о стадии лазерного разрушения биоткани (коагуляция, плавления, микровзрыв, карбонизация) и параметрах лазерной раны (эффективности деструкции и факторе инвазивности);

5) рассмотрены основные алгоритмы работы систем обратных связей, базирующихся на анализе параметров термооптического сигнала при контактной обработке биотканей субмиллисекундными импульсами лазеров с длинами волн, имеющими коэффициент поглощения в биоткани на уровне 0.1. 100см"1;

6) ex vivo показано, что использование термооптической обратной связи, адаптирующей лазерные параметры под параметры лазерной раны, существенно снижает травматичность лазерной обработки печени.

В заключение отмечу основные результаты и выводы диссертационной работы:

- впервые в лазерной медицинской технике экспериментально реализован дистанционный метод контроля температуры биоткани, не предполагающий введение дополнительных датчиков в операционное поле, основанный на регистрации лазер-индуцированного термооптического сигнала;

- рассчитаны и экспериментально определены пороги лазерного разрушения тканей печени излучением ИАГ:Ыс13+ (200±20Дж/см2), ИАГ:Но3+ (10±2Дж/см2) лазера и костной ткани излучением ИАГ:Но3+ (30±5Дж/см2) лазера;

- исследовано влияние на параметры лазерной раны, сформированной в "мягких" тканях излучением УАС:Ыс13+ и УА6:Но3+ лазеров: энергии лазерного излучения; давления, оказываемого на биоткань рабочим торцом оптического волокна; скорости перемещения рабочего торца волокна относительно биоткани и линейной экспозиции;

- исследовано влияние энергии излучения и пространственных характеристик излучения ИАГ:Но3+ лазера на параметры лазерной раны, сформированной в "твердых" тканях;

- впервые приведены результаты одновременной регистрации огибающей профиля лазерного импульса, лазер-индуцированного акустического сигнала и термооптического сигнала, сопровождающих разрушение "твердых" биотканей излучением УАС:Но3+ лазера, анализ которых позволил: экспериментально обосновать предложенную четырехстадийную модель разрушения "твердых" биотканей; экспериментально определить затраты энергии лазерного излучения на каждую стадию разрушения "твердых" биотканей;

- экспериментально проанализировано влияние параметров лазерного излучения, типа обрабатываемой биоткани и скорости перемещения рабочего торца волокна относительно биоткани на максимальную амплитуду термооптического сигнала и временной сдвиг между началом термооптического сигнала и началом лазерного импульса;

- впервые установлено, что амплитудные и временные характеристики термооптического сигнала содержат информацию о стадии лазерного разрушения биоткани (коагуляция, плавление, микровзрыв, карбонизация) и параметрах лазерной раны (эффективности деструкции и факторе инвазивности);

- исследованы основные алгоритмы работы систем обратных связей, базирующихся на анализе параметров термооптического сигнала при контактной обработке биотканей субмиллисекундными импульсами лазеров с длинами волн, коэффициент поглощения которых в биоткани лежит в пределах СИсм'^кпогп^ЮОсм"1.

- ex vivo показано, что использование термооптической обратной связи, адаптирующей лазерные параметры под параметры лазерной раны, существенно снижает травматичность лазерной обработки печени.

1. H.J.Koort, M.Frentzen. Pulsed laser in dentistry sense or nonsense? - Proc. of SPIE, 1991, v. 1424, p.87-98.

2. U.Keller, R.Hibst. Lasers in oral surgery.- Proc. of SPIE, 1994, v.2327, p. 146-154.

3. H.J.Koort, M.Frentzen. YAG-lasers in restorative dentistry: A histological investigation. Proc. of SPIE, 1992, v.1643, p.403-411.

4. S.L.Jacques. Role of tissue optics and pulse duration on tissue effects during highpower laser irradiation. Appl Optics, 1993, v.32, p.2447-2454.

5. А.К.Дмитриев, Н.П.Фурзиков. Механизм лазерной абляции. Известия АН СССР, 1989, т.53 (№6), с. 1105-1107.

6. В.В. Тучин. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследования. -Саратов, "Саратовский университет", 1998, 383с.

7. V.V.Kutsch. Laser in dentistry: comparing wavelenghts. J Am Dent Assoc, 1993, v. 124 (№2), p.49-54.

8. О.К.Скобелкин. Лазеры в хирургии. Москва, "Медицина", 1989, 256с.

9. А.В.Приезжев, В.В.Тучин, Л.И.Шубочкин. Лазерная диагностика в биологии и медицине Москва, "Наука", 1989, 240с.

10. L.J.Miserendio, R.M.Pick. Laser in dentistry Quintessence publishing Co, 1995, 341 p.

11. Proposal for dosimetry of non-tonizing radiation. Advances in laser medicine. Safety and laser tissue interaction. Germany, 1989, 346p.

12. В.Г.Елисеев, Ю.И.Афанасьв, Ю.Н.Канаев, Н.А.Юрина. Гистология Москва, "Медицина", 1972.

13. L.M.Paterson, M.R.Dickinson, T.A.King. The investigation of pulsed alexandrite laser with hard and soft biological tissue. Proc. of SPIE, 1994, v. 2077, p.27-38.

14. R.Hibst, U.Keller. Er:YAG laser for dentristry: basics, actual questions, and perspectives Proc. of SPIE, 1994, v.2327, p.76-84.

15. K.Giering, I.Lamprecht, O.Minet. Specific heat capacities of human and animal tissues Proc. of SPIE, 1996, v.2624, p. 188-197.

16. E.Nava, L.Garifo, G.Valentini, A.Ferrario. Laser Sources at 2\xm and Здт. -Proc. of SPIE, 1995, 2647, c.246-252.

17. M.Frenz, V.Romano, A.D.Zweig, H.P.Weber, N.I.Chapliev, A.S.Silenok.1.stabilities in laser cutting of soft media. Appl Phis, 1989, v.66, p.4496-4503.

18. T.J.FIotte, M.Goetschkes. Pathological considerations of laser-tissue interactions: Light microscopic assessment of thermal damage of skin. Proc. of SPIE, 1992, v.1643, p.278-283.

19. G.E.Romanos, S.Pelekanos, J.-R.Strub. Effects of Nd:YAG laser on wound healing processes: Clinical and immunohistochemical findings in rat skin. Las Surg Med, 1995, v.16, p.368-379.

20. S.Thomsen, J.Austin. Pathology of laser tissue welding. Proc. of SPIE, 1994, v.2323, p. 103-109.

21. C.Beacco, S.Mordon, V.Mitchell, J.M.Brunetaud. In-vitro CW Nd:YAG volatization: quantification using surface temperature measurements and histology. -Proc. of SPIE, 1994, v.2671, p.92-102.

22. D.J.Maitland, D.C.Eder, R.A.London, M.E.GIinsky, B.A.Soltz. Dinamic simulations of tissue welding. Proc. of SPIE, 1996, v.2671, p.234-242.

23. D.J.Maitland, J.T.Walch. Thermally induced changes in tissue birefringence. -Proc. of SPIE, 1995, v.2391, p. 158-164.

24. R.A.London, M.E.GIinsky, G.B.Zimmerman, D.C.Eder, S.L.Jacques. Coupled light transport-heat diffusion model for laser dosimetry with dynamic optical properties. Proc. of SPIE, 1995, v.2391, p.434-442.

25. C.M.Beacco, S.R.Mordon, J.M.Brunetaud. Development and experimental in vivo validation of mathematical modeling of laser coagulation. Las Surg Med, 1994, v.14, p.362-373.

26. M.J.Murphy, I.D.Miller, A.R.Veitch, J.P.Paul, W.H.Reid. Calculation of the clinical parameters to effect removal of port wine stains. Proc. of SPIE, 1990, v. 1200, p.138-145.

27. J.T.Walch, T.J.FIotte, R.R.Anderson, T.F.Deutsch. Pulsed C02 laser tissue ablation: Effect of tissue type and pulse duration on thermal damage. Las Surg Med, 1998, v.8, p.108-118.

28. R.R.Anderson, J.A.Parrish. The optics of human skin. J Invest Dermatol, 1981, v.77, p.13-16.

29. A.J.Welch, G.Yoon, M.J.C.van Germet. Practical models for light distribution in laser-irradiated tissue. Las Surg Med, 1987, v.6, p.488-493.

30. R.J.Zdrojkowski, N.R.Pisharoty. Optical transmission and reflection by blood.

31. EE Trans Biomed Eng, 1970, v. 17, p.122-128.

32. S.L.Jacques, S.A.Prahl. Modeling optical and thermal distributions in tissue during laser irradiation. Las Surg Med, 1987, v.6, p.494-503.

33. L.Wang, X.Zhao, S.L.Jacques. Computation of the optical properties of tissues from light reflectance using a neural network. Proc. of SPIE, 1994, v.2134A, p.391-399.

34. T.G.Barton, M.Christ, H.-J. Foth, K.Hormann, N.Stasche. Ablation of hard tissue with the homium laser investigated by a surface profile measurement system and a confocal laserscanning microscope. Proc of SPIE, 1995, v.2323, p. 185-195.

35. P.Mudgett, L.Richards. Multiple scattering calculations for technology. Appl Optics, 1971, v.10 (№7), p. 1485-1502.

36. M.J.C.van Germet, S.L.Jacques, H.J.C.M.Stenborg, W.M.Star. Scin optics. -IEEE Trans Biomed Eng, 1989, v.36, p.1146-1154.

37. R.R.Meier, J.-S.Lee, D.E.Anderson. Atmospheric scattering of middle uv radiation from an internal source. Appl Optics, 1978, v. 17 (№20), p. 1230-1241.

38. M.De Belder, J.De Kerf, J.Jespers, R.Verbrugghe. Light diffusion in photographic layers: its influence on sensivity and modulation transfer. Journal of the optical society of america, 1965, v.35, p. 1261-1265.

39. A.N.Witt. Multiple s cattering in reflection nebulae. A monte carlo approach. -Astroph J Suppl., 1977, v.35, p. 1-6.

40. M.Keijzer W.M.Star. Optical diffusion in layered media. Appl Optics, 1988, v.27, p. 1820-1824.

41. M.Keijzer, J.W.Pickering, M.J.C.van Germet. Laser beam diameter for port wine stain treatment. Las Surg Med, 1991, v. 11, p.601 -605.

42. L.Wang, S.L.Jacques. Animated simulation of light transport in tissues. Proc. of SPIE, 1994, v.2134A, p.247-250.

43. M.Keijzer, S.L.Jacques, S.A.Prahl, A.J.Welch. Light distributions in artery tissue: monte carlo simulation for finite-diameter laser beams. - Las Surg Med, 1989, v.9, p. 148-154.

44. S.R.Farrar, D.C.Attrill, M.R.Dickinson, T.A.King, A.S.BIinkhorn, R.M.Davides. Dentine ablation dependency on incident Er:YAG (2.94|am) laser irradiation conditions. Proc. of SPIE, 1996, v.2922, p.209-219.

45. Z.Li, J.E.Code, W.P. Van de Merwe. Er:YAG laser ablation of enamel and dentinof human teeth: determenation of ablation rates and various fluences and pulse repetition rates. Las Surg Med, 1992, v. 12, p.625-630.

46. A.A.Serafetinides, M.I.Makropoulou, G.N.Tsikrikas, E.S.Helidonis, G.Kavvalos, E.Sobol. Infrared laser ablation of hard tissue. Proc. of SPIE, 1994, v.2077, p.62-70.

47. Y.Domankevitz, M.S.Lee, N.S.Nishioka. Pulsed holmium laser tissue ablation threshold studies. Proc of SPIE, 1992, v. 1646, p.42-55.

48. A.L.Mekenzie. Theoretical limit to soft-tissue damage be Er:YAG and Ho:YAG lasers. Advances in laser medicine, 1989, v. 12, p.34-39.

49. Geronemus R.G. Q-switched ruby laser therapy of nevus Ota. Archives of Dermatology, 1992, v. 128, p.1618-1622.

50. J.S.Nelson, J.Applebaum. Treatment of superficial cutaneous pigmented lesions by melanin-specific selective photothermolysis using the Q-switched ruby laser. -Annals of Plastic Surgery, 1992, v.29 (№3), p.231 -237.

51. J.S.Nelson, J.Applebaum. Q-switched ruby laser treatment of labial lentigines in Peutz-Jeghers syndrome. Journal of Dermatology Surgery and Oncology, 1994, v.20 (№12), p.830-832.

52. S.Watanabe, H.Takahashi. Treatment of nevus of Ota with the Q-switched ruby laser. New England Journal of Medicine, 1994, v.331 (№26), p. 1745-1750.

53. N.J.Lowe, J.M.Wieder, D.Sawcer, P.Burrows, M.Chalet. Nevus of Ota: treatment with high energy fluences of the Q-switched ruby laser. Journal of the American Academy of Dermatology, 1993, v.29 (№6), p.997-1001.

54. S.S.Milgraum, M.E.Cohen, M.J.Auletta. Treatment of blue nevi with the Q-switched ruby laser. Journal of the American Academy of Dermatology, 1995, v.32 (№2, pt.2), p.307-310.

55. S.L.Kilmer, M.S.Lee, J.M.Grevelink, T.J.FIotte, R.R.Anderson. The Q-switched Nd:YAG laser effectively treats tattoos. A controlled, dose-response study. -Archives of Dermatology, 1993, v. 129 (№8), p. 971-978.

56. B.D.Zelickson, D.A.Mehregan, A.A.Zarrin, C.Coles, P.Hartwig, S.Olson, J.Leaf-Davis. Clinical, histologic, and ultrastructural evaluation of tattoos treated with three laser syatem. Las Surg Med, 1994, v. 15 (№4), p.364-372.

57. B.M.Achauer, J.S.Nelson, V.M.Vander Kam, R.Applevbaum. Treatment of traumatic tattous by Q-switched ruby laser. Plastic and Reconstructive Surgery,1994, v.93 (№2), p.318-323.

58. R.R.Anderson, R.Geronemus, S.L.Kilmer, W.Farinelli, R.E.Fitzpatrick. Cosmetic tattoo ink darkening. A complication of Q-switched and pulsed-laser treatment. -Archives of Dermatology, 1993, v. 129 (№8), p. 1010-1014.

59. S.L.Jacques, S.Rastegar, M.Motamedi, S.L.Thommsen, J.A.Schwartz, J.H.Torres, I.Mannonen. Liver photocoagulation with diode laser (805 nm) versus Nd:YAG (1064 nm). Proc. of SPIE 1992, v. 1646, p. 107-117.

60. R.Splinter, R.H.Svenson, L.Littman, J.R.Tundler. Optical properties of normal, diseased and laser fotocoagulated myocardium at the Nd:YAG wavelenght. Las Surg Med, 1991, v.11, p. 117-124.

61. A.Sibille, T.Ponchon, F.Berger, R.Lambert. Pulsed versus continuos wave Nd:YAG laser-induced necrosis: comparison in the rat liver in vivo. Las Surg Med,1995, v.10, p.47-53.

62. H.Zhuo-Zheng. Histological observation on fresh isolated canine liver irradiated by Nd:YAG laser. Proc. of SPIE 1993, v. 1616, p.608-612.

63. J.M.White, H.E.Goodis, C.L.Rose. Use of the pulsed Nd:YAG Iser for intraoral soft tissue surgery. Las Surg Med, 1991, v. 11, p.455-461.

64. H.J.Koort, M.Frentzen. YAG-lasers in restorative dentistry a histologycal investigation. Proc. of SPIE 1992, v. 1643, p.403-407.

65. S.L.Kilmer, R.R.Anderson. Clinical use of the Q-switched ruby and Q-switched Nd:YAG (1064 nm and 532 nm). lasers for treatment of tattoos. Journal of Dermatology Surgery and Oncology, 1993, v. 19 (№4), p.330-338.

66. J.M.White, H.E.Goodis, G.W.Marshall. Identification of the phisical modification threshold of dentin induced by Nd- and Ho:YAG lasers using SEM Scanning Micros, 1993, v.7, p.239-246.

67. T.D.Myers. Effects of pulsed Nd:YAG laser on enamel and dentin. Proc. of SPIE, 1990, v.1200, p.425-436.

68. R.S.Cummings, J.A.Prodoehl, A.L.Rhodes, J.D.Black, H.H.Sherk. Nd:Yag 1.44 laser ablation of human cartilage. Proc. of SPIE, 1993, v.1880, p.34-36.

69. I.V.KIimov, I.A.Shcherbakov, V.B.Tsvetkov. Losses in 1.44um Nd:YAG laser form medical applications. Proc. of SPIE, 1999, v.3829, p. 165-179.

70. G.Levy. Interaction between silica and dentin during enlargement of a root canal with Nd-YAG laser beam during a fiber optic: an SEM evaluation. Proc. of SPIE, 1992, v.1643, p.398-402.

71. B.Ragot-Roy, C.Severin, M.Maquin. Pulsed Nd-YAG laser in endodontics. -Proc. of SPIE, 1994, v.2327, p. 135-144.

72. H.E.Goodis, J.M.White, S.J.Marshall, G.W.Marshall, E.Moskowitz. Root canal preparation in endodontics: conventation vs. Laser methods. Proc. of SPIE, 1992, v.1643, p.412-417.

73. A.Engelhardt, D.Bumberg. Osteotomie mit laser. Laser und Elektrooptik, 1972, v.3, p.54.

74. M.Pao-Chang, X.Xiou-Qui, L.Zheng, Z.Rui-Peng. Preliminary report on the application of CO2 laser for operations on the maxillo- facial bones. Las Surg Med, 1981, v.1, p.375-384.

75. M.L.Wolbarsch. Laser surgery CCb, or HF.- IEEE Journal of Qvantum Electronics, 1984, v.20 (№12), p. 1427-1432.

76. C.CIauser. Comparison of depth and profile of osteotomies performed by rapid superpulsed and continuous wave CO2 laser beams at higt power output. J Oral

77. Maxillofas Surg, 1986, v.44 (№6), p.425-430.

78. C.CIauser, L.CIayman. Effects of explosure time and pulsed paraeters on CO2 laser osteotoies. Las Surg Med, 1989, v.9, p.22-29.

79. J.A.Small, T.P.Osborne, T.Fuller, M.Hussain, S.Kobernick. Observation of carbon dioxide laser and bone burn in the osteotomy of the rabbit tibia. Journal Oral Surgery, 1979, v.37, p. 159-166.

80. G.E.Kopchok, R.A.White, M.Tabarra, V.Saadatmanesh, S.K.Pend. Holmium: YAG Laser Ublation of Vascular Tissue. Las Surg Med 1990, v. 10, p.405-413.

81. N.S.Nishioka, Y.Domankevitz. Reflectance during pulsed holmium laser irradiation of tissue. Las Surg Med, 1989, v.9, p.375-381.

82. E.D.Jansen, T.G.van Leeuwen, M.Motamedi, C.Borst, A.J.Welch. The effect of temperature on the absorption coefficient of water for Holmium:YAG laser light. -Proc. of SPIE, 1994, v.2077, p.195-201.

83. W.Seka, D.Fried. Laser energy deposition in dental hard tissue. J Dent Res,1994, v.73, p.340-349.

84. G.B.AItshuler, A.V.Belikov, A.V.Erofeev. Human tooth enamel and dentin damage by holmium laser radiation. Proc. of SPIE, 1992, v.1643, p.454-462.

85. H.A.Widgor, S.R.Visuri, R.Steven, J.T.Walsh. Effect of water on dental material ablation of the Er:YAG laser. Proc. of SPIE, 1994, v.2128, p. 267-272.

86. V.I.Konov, A.M.Prokhorov, A.S.Silenok, O.G.Tsarkova, V.B.Tsvetkov, I.A.Sherbakov. Experimental simulation of holmium laser action on biological tissues. Proc. of SPIE, 1991, v. 1427, p.220-231.

87. Matjaz Lukac. Optoacoustic effects during Er:YAG laser ablation in hard dental tissue. Proc. of SPIE, 1994, v.2327, p.93-100.

88. G.C.Willenborg. Dental laser applications: emerging to maturity. Las Surg Med, 1989, v.9, p.309-313.

89. G.B.AItshuler, A.V.Belikov, K.N.Boiko, A.V.Erofeev, I.V.Vitiaz. Acoustic response of hard dental tissues to pulsed laser action. Proc. of SPIE, 1993, v.2080, p.97-103.

90. R.Hibst, U.Keller. Dental Er:YAG laser application. Effect of water spray on ablation. Proc. of ISLD, 1992, p.229-230.

91. B.Majaron, D.Sustercic, M.Lukac. Debris screening and heat diffusion in Er:YAG drilling of hard dental tissues. Proc. of SPIE, 1997, v.2973, p. 11-22.

92. H.Wigdor, J.T.Walsh, J.P.Cummings. New method for determination of ablation of dental hard tissues with the Er:YAG laser. Proc. of SPIE, 1993, v. 1880, p. 142148.

93. H.H.Horch. Zum aktuellen Stand der Laser- Osteotomie. Der Ortopade, 1984, v.13, p.125-132.

94. R.C.Nuss, R.L.Fabian, R.Sarkar. Infrared laser bone ablation. Las Surg Med, 1988, v.8, p.381-391.

95. M.Grothues-Spork. Vergleich der knochenheilung nach sageosteotomie, CO2laserosteotomie und excimer-laserosteotomie am rohrenknochen des kaninchens. -Inaugural Dissetration an den Medizinischen Fachbereichen der Freien Universital Berlin 1990.

96. D.S.Andreev, A.V.Burkov, A.V.Erofeev, A.V.Karasev. Spectral analysis of emission plume under Nd-, Ho- and Er-laser destruction of hard tissues. Proc. of SPIE, 1994, v.1984, p.76-84.

97. D.R.Meyer, C.Sholtz, J.KIanke, A.Buchle, M.GrodhuesSpork, G.Muller et al. The short pulsed CO2 laser 9.6|j,m wavelength in comparison to the Er: YAG laser at the laser osteotomy. Las Surg Med, 1990, v.6, p. 150-155.

98. H.A.Wigdor, J.T.Walch, J.D.B.Featherstone, S.R.Visuri, D.Fried, J.Waldvogel. Laser in dentistry. Las Surg Med, 1995, v. 16, p. 103-113.

99. U.Keller, R.Hibs. Laser in dentristry clinical application today and tomorrow. -Proc. of SPIE, 1993, v.2080, p.2-9.

100. D.S.Andreev, A.V.Erofeev, V.B.Karasev. Optimum regimes of bone destruction by Ho laser radiation. Proc. of SPIE, 1994, v.2323, p.234-249.

101. J.Neev, B.J.F.Wong, J.P.Lee, V.Sung, M.W.Berns. The effect of water content on UV and IR hard tissue ablation. Proc. of SPIE, 1995, v.2323, p.292-299.

102. R.Hibst. Mechanical effects of Er:YAG laser bone ablation. Las Surg Med 1992, v.12, p. 125-130.

103. R.Cubeddu, C.Sozzi, P.Taroni, G.Valentini, G.Bottioli, A.C.Croce. Ablation of brain by Erbium laser: study of dinamic behavior and tissue damage. Proc. of SPIE, 1994, v.2077, p.13-20.

104. J.S.Nelson, A.Orenstein, L.-H.Liaw, M.W.Berns. Mid-infared erbium:YAG laser ablation of bone: the effect of laser osteotomy on bone healing. Las Surg Med,1989, v.9, p.362-374.

105. J.T.Walch, T.F.Deutsch. Er:YAG laser ablation of tissue: measurement of ablation rates. Las Surg Med, 1989, v.9, p.327-337.

106. R.Hibst, U.Keller. Heat effect of pulsed Er:YAG laser radiation. Proc. of SPIE,1990, v. 1200, p.379-386.

107. R.Hibst, U.Keller. Effects of water spray and repetition rate on the temperature elevation during Er:YAG laser ablation of dentine. Proc. of SPIE, 1996, v.2623, p. 139-144.

108. L.Grad, D.Sustercic, M.Lukac. Optoacoustic studies of Er:YAG laser ablation in hard dental tissue. Proc. of SPIE, 1994, v.2128, p.456-465.

109. L.J. Miserendino, E.Abt, H.Wigdor, C.A. Miserendino. Evaluation of thermal cooling mechanism for laser application to teeth. Las Surg Med, 1993, v. 13, p. 8388.

110. M.Spleib, L.Weber, T.Meier, B.Treffler. Identification and quantification of selected chemicals in laser pyrolysis products of mammalian tissues. Proc. of SPIE, 1994, v.2323, p.409-422.

111. S.Krishnamurthy, S.K. Powers. Laser in neurosurgery. Las Surg Med, 1994, v. 15, p. 126-167.

112. G.B.AItshuler, A.V.Erofeev, C.V.Prikhodko, G.O.Matyzhev, R.V.Gerasimov. Temperature monitoring of tissue preparing process. Proc. of SPIE, 1995, v.2922, p.160-171.

113. А.В.Беликов, А.В.Ерофеев, А.В.Скрипник, Ю.А.Синельник, Ю.В. Суденков. Новый волоконный акустический датчик лазерной энергии. Письма в ЖТФ, 1997, т.23 (№3), с.59-63.

114. Аппарат универсальный лазерный эндотерапевтический и хирургический "Радуга-1", г.Ульяновск, 1988.

115. B.Anvari, M.Motamedi, J.H.Torres, S.Rastegar, E.Orihuela. Effects of surface irrigation on the thermal response of tissue during laser irradiation. Las Surg Med, 1994, v.14, p.386-395.

116. A.Karabutov, N.Podymova, V.Letokhov. Acoustic wave monitoring during laser ablation of tissue. Proc. of SPIE, 1996, v.2625, p.93-102.

117. А.В.Ерофеев, И.К.Ильясов, К.В.Приходько. Термооптическая обратная связь в контактном Но-лазерном скальпеле.

118. G.B.AItshuler, A.V.Erofeev, I.KIIyasov, C.V.Prikhodko. Local fibre tip's temperature monitoring for the Ho:YAG contact laser scalpel. Proc. of SPIE, 1994, v.2327, p.181-187.

119. А.В.Ерофеев, К.В.Приходько, Г.О.Матыжев. Методы создания термооптической обратной связи в лазерной стоматологической аппаратуре. -Сборник тезисов конф. "Научно-практической конференции по лазерной медицине в хирургии", С-Петербург, 1996, с.74.

120. I.Cilesiz, S.Tomsen, A.J.Welch. Controlled temperature tissue fusion: argon laser welding of rate intestine in vivo. Las Surg Med, 1997, v.21, p.269-277.

121. I.Cilesiz, S.Tomsen, A.J.Welch, E.K.Chan. Controlled temperature tissuefusion: Ho:YAG laser welding of rate intestine in vivo. Las Surg Med, 1997, v.21, p.278-286.

122. Г.Б.Альтшулер, А.В.Беликов, А.В.Ерофеев, И.К.Ильясов, К.В.Приходько. Нетравмотичный лазерный скальпель с тепловой системой обратной связи. -Тез.докл.межд.конф. "Оптика лазеров", С.-Петербург, 1993, р.647.

123. К. Klier. Absorption and scattering in plane parallel turbied media. - J Opt Soc Am, 1972, v.62 (№7), p,882-885.

124. S. Rastegar, T.Glenn. An Analisys of kinetic rate modeling of thermal damage in laser-irradiated tissue. Proc. of SPIE, 1991, v. 1427, p.300-303.

125. T.G.Leeuwen, M.J. van der Veen, R.M. Verdaasdonk, C.Borst. Tissue ablation by Holmium-YSGG laser pulses through saline and blood. Proc. of SPIE, 1991, v.1427, p.214-219.

126. L.G.Fredin, M.J.Berry, G.L.Valderrama. Temperature distributions in laser-irradiated tissue. Proc. of SPIE, 1991, v.1427, p.200-213.

127. A.D.Zweig. Infrared tisue ablation: consequences of liquefaction. Proc. of SPIE, 1991, v.1427, p.2-8.

128. Kopchok G.E., White R.A., Tabarra M., Saadatmanesh V., Pend S.K. Holmium: YAG Laser Ublation of Vascular Tissue. Las Surg Med, 1990, v. 10, p.405-413.

129. W.J.Snyder at al. Comparative Study of Pulsed Ho:YAG Wersus Tm:YAG Impulse Induced Pressure in Poreine Aorta. Proc. of SPIE, 1993, v. 1882, p. 153157.

130. S.Zheng, K.J.AIker. Temperature Response During in-Vitro 2.1цт Ho:YAG Laser Irradiation of Myocardial Tissue: Single-Pulse Model and Multi-Pulse Model. -Proc. of SPIE, 1993, v.1882, p.366-372.

131. M.M.Pank ratov, D.F.Perrault, S.M.Shapspay. Comparative laser-tissue interaction effects at 1.96 and 2.01 цт of Cr; Tm:YAG laser. Proc. of SPIE, 1992, v.1646, p.30-41.

132. S.L.Jacques, G.Gofstein, R.S.Dingus. Laser-flash photography of laser-induced spallation in liquid media. Proc. of SPIE, 1992, v.1646, p.284-294.

133. C.Beacco, S.Mordon, J.M.Brunetaud. Development and experimental in-vitro evaluation of mathematical model of coagulation by laser. Proc. of SPIE, 1992, v.1646, p.138-149.

134. A.Roggan, G.Muller. 2D-computer simulations for real-time irradiation planningof laserinduced interstitial thermotherapy (LITT). Proc. of SPIE, 1994, v.2327, p.242-252.

135. J.H.Torres, A.J.Welch, I.Cilesiz, M.Motamedi. Tissue optical property measurements: overestimation of absorption coefficient with spectrophotometric techniques. Las Surg Med, 1994, v. 14, p.249-257.

136. S.L.Jacques, R.D.CIickman, J.A.Schwartz. Internal absorption coefficient and threshold for pulsed laser distribution of melanosomes isolated from retial pigment epithelium. Proc. of SPIE, 1996, v.2681, p.468-477.

137. I.A.Lubashevsky, A.V.Priezzev, V.V.Gafiychuk, M.G.Cadjan. Free boundary model for local thermal coagulation. Proc. of SPIE, 1996, v.2681, p.81-91.

138. А.М.Прохоров. Справочник по лазерам. Москва, "Советское радио", 1978.

139. L.Wang, D.Liu, N.He, S.L.Jacques, S.L.Tmomsen. Laser action in dye-infused biological tissue. - Proc. of SPIE, 1996, v.2624 p.2-9.

140. F.Frank, O.J.Beck, S.Hessel, E.Keidiitsch. Comparative investigations of the effects of the neodymium:YAG laser at 1.06 microns and 1.32 microns on tissue. -Las Surg Med, 1987v.6, p.546-551.

141. T.Dix, H.Barr. Phototermal abaltion of metaplastic columnar-lined (barrett's) oesophagus, experimental studies for safe endoscopic laser terapy. Proc. of SPIE, 1996, v.2922, p.275-280.

142. И.П.Добровольский, А.А.Углов. О нагреве твердых тел излучением лазера с учетом температурной зависимости поглощательной способности. -Квантовая электроника, 1974, №6, стр. 1423-1427.

143. F.Konz, M.Frenz, H.Pratisto, H.P.Webber. Thermal and mechanical damage of corneal tissue after free running and Q-switched mid-infrared laser ablation. Proc. of SPIE, 1994, v.2077, p.78-86.

144. N.M.Wannop, M.R.Dickinson, T.A.King. Erbium:YAG laser radiation interaction with dental tissue. Proc. of SPIE, 1993, v.2080, p.33-39.

145. M.Yoshikawa, M.Hasegawa, M.Yano, A.Nakajima, T.Arai, M.Kikuchi, M.Obara. Proc. of SPIE, 1994, v.2134, p.318-323.

146. Вейко В.П. Лазерная обработка пленочных элементов. Ленинград, "Машиностроение", 1986, 248с.

147. Ю.Б.Айзенберг. Справочная книга по светотехнике. Москва,

148. Энергоатомиздат", 1975, 526с.

149. S.L.Jacques. Finite-difference model for laser ablation with emphasis on the role of carbonization and explosive vaporization. Proc. of SPIE, 1994, v.2134, p.372-382.

150. S.L.Jacques. Finite-difference modeling of laser ablation of tissue. Proc. of SPIE, 1993, v.1882, p.442-431.

151. T.N.Glenn, S.Rastegar, S.L.Jacques, F.Tittel. Finite elements analysis of temperature-controlled laser coagulation of biological tissue. Proc. of SPIE, 1994, v.2134A, p.383-389.

152. И.В.Ярославский, В.В.Тучин. Распространение света в многослойных рассеивающих средах. Моделирование методом Монте-Карло. Оптика и Спектроскопия, 1992, т.72 (№4), с.934-939.

153. V.V.Tuchin. Laser light scattering in biomedical diagnostics and therapy. J Las Appl, 1993, v.5, p.43-60.

154. Д.А.Сурков, К.А.Сурков, А.Н.Вальвачев. Програмирование в среде "Borland pascal" для Windows. Минск, "Высшэйшая школа", 1996, 426с.

155. В.В.Фараонов. Практика Windows-программирования. Borland pascal with objects 7.0. Москва, "Информпечать", 1996, 247с.

156. Т.Миллер и Д.Пауэл. Использование Delphi 3. Киев, Москва "Диалектика", 1997,766с.

157. Г.Н.Дульнев. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. -Москва, "Высшая школа", 1984, 246с.

158. Л.И.Турчак. Основы численных методов. Москва, "Наука", 1987, 318с.

159. Optical fiber. CeramOptec Systems. USA, 1997.

160. J.R.Rhead, A.Kar, G.D.Boreman. Infared measurement of thermal constants in laser irradiated scleral tissue. Proc. of SPIE, 1996, v.2673, p.77-88.

161. I.S.Savinov, A.J.Nevorotin. Laser-induced thermotherapy as applied for treatment of malignancies. Тезисы конф. "Полупроводниковые и твердотельные лазеры в медицине 97", С.-Петербург, 1997, с. 10.

162. И.К.Ильясов, К.В. Приходько, А.И.Неворотин. К вопросу о связи между геометрией лазерного пучка (578нм лазер на парах меди) и распределением температуры в биологической ткани. Письма в ЖТФ, 1995, т.21 (№6), с.25-29.

163. Электронная аппаратура. Каталог Брюль и Къер 1985/86г. Дания, "Брюль и Къер", 1987.

164. Осциллограф цифровой запоминающий С9-8. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. -1988

165. Test and measurement. Process monitoring and control. USA, National Instruments, 1995.

166. К.Сурков, Д.Сурков, А.Вальвачев. Программирование в среде Delpi 2.0. -Минск, "Поппури", 1997, 639с.

167. М.А.Брамсон. Справочные таблицы по инфракрасному излучению нагретых тел. Москва, "Наука", 1964, 317с.

168. Бондаренко Е.А. Германиевые фотодиоды ближней ИК области спектра. -Москва, "Электронная промышленность", 1995, т.2, с14-15.

169. Г.Г.Ишанин, Э.Д. Панков, А.Л.Андреев, Г.В.Польщиков. Источники и приемники излучения. С-Петербург, "Политехника", 1991, 240с.

170. В.Э. Гусев, А.А.Карабутов. Лазерная оптоакустика. Москва, "Наука", 1991,304с.