ЛАЗЕРНАЯ РЕВАСКУЛЯРИЗАЦИЯ МИОКАРДА: ФИЗИЧЕСКИЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ И МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

ЛАЗЕРНАЯ РЕВАСКУЛЯРИЗАЦИЯ МИОКАРДА: ФИЗИЧЕСКИЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ И МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТОДА В.А.Ульянов, заместитель директора Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН

«Из 100 умерших в Российской Федерации: 54 – от сердечно - сосудистых заболеваний, из них 36 – от ишемической болезни сердца» (из интервью Л. Бокерии, директора Научного центра сердечно - сосудистой хирургии им. А.Н.Бакулева, 2013г.)

Строение сердца myocardium

Подходы к выполнению процедуры трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации операция на работающем сердце без использования аппарата искусственного кровообращения время «лазерной части» не превышает, как правило, 30 мин. лазерный импульс синхронизируется с ЭКГ пациента

Экскурс в историю, приоритеты P.Walter, H.Hundeshagen, H.Borst.Treatment of acute myocardial infarction by transmural blood supply from the left ventricular cavity. Europian Surg.Res.,1971, v. 3, p.130-138. Улучшение перфузии миокарда до 15% от нескольких часов до нескольких дней в результате пункционного прокола Скобелкин О.К., Бредикис Ю.Ю., Брехов Е.И. и др. Реваскуляризация миокарда лазерным излучением (экспериментальное исследование). Хирургия, 1984, № 10, с. 99-102. ГНЦ лазерной медицины (Москва), ФИАН, Республиканская клиническая больница (Каунас) Er:YAG лазер (2,94 мкм, до 5 Дж) Mirhoseini M., Cayton M.M., Shelgikar S. New concepts in revascularization of the myocardium. Ann. Thorac. Surg., 1988, v. 45, №4, p. 415-420. Heart and Lung Institute, Wisconsin, USA; СО2 лазер V.V.Vasiltsov, V.S.Golubev, V.D.Dubrov, E.N.Egorov, V.Ya.Panchenko, A.M.Zabelin, Ye.V. Zelenov, A.P.Kubyshkin, A.P.Roshin, V.A.Ul’yanov. High-power waveguide CO2 laser for formation of deep channels in biological tissue. Proc. SPIE “High-Power Lasers”,1998, v. 3264, p. 145-154. ИПЛИТ РАН (Шатура М.о.), Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н.Бакулева (Москва) СО2 лазер (10,6 мкм, до 20 Дж)

Теория проходимых каналов Лазеро-индуцированный ангиогенез Основные теории положительного эффекта ТМЛР

Госпитальная летальность в 1999 – 2000 г.г. НЦССХ USA 0,8% 9-10% Дискуссии с Mahmood Mirhoseini, M.D., D.Sc., Principal Investigator Heart and Lung Institute, Wisconsin, USA; май 2001 г.

А. Желатиновые модели Er :YAG лазер СО2 лазер После перфорации Через 6 часов Через 24 часа Динамика изменения канала в миокарде после лазерного воздействия

Лазероиндуцированный ангиогенез Ткани животных in vivo, СО2 лазер После перфорации Через 140 дней Через 24 часа Схематичное изображение роста микрокапилляров в области лазерного канала в миокарде микрокапилляры фиброзная ткань

Теория проходимых каналов На сегодняшний день теория проходимых каналов или «рептилизации» миокарда окончательно отвергнута

Коэффициенты поглощения  для различных длин волн лазерного излучения  Глубина поглощения лазерного излучения

CO2 лазер, 10 мс Ho:YAG, 500 мкс Поверхностное и объемное поглощение лазерного излучения в воде

Динамика формирования глубокого лазерного канала мощным импульсом ИАГ:Er лазера (> 5 Дж, 0.5 мс) (скоростная видеосъмка с разрешением 100000 кадров/сек) Перфорация желатина (■ – желатин/вода = 1/9, ● - желатин/вода = 2/8, ▲ - желатин/вода = 4/6) и миокарда (▬) импульсами ИАГ:Er лазера.

XeCl лазер Волоконный лазер СО2 лазерHigh-power CO2 laser Nd:YAG aser Nd:YAG лазер Ho:YAG лазер Лазеры, применяемые для ТМЛР

Управление геометрией лазерного канала при перфорации биоткани одиночным лазерным импульсом (численное моделирование: 10,6 мкм,  = 1 - 100 мс) Модель динамики канала: послойное испарение скорость испарения больше скорости отвода тепла из зоны кратера гауссов пучок . Глубина канала в миокарде в зависимости от длительности импульса.

Управление геометрией лазерного канала . Глубина канала в зависимости от заглубления фокальной плоскости пучка относительно поверхности ткани. Радиус канала в зависимости от заглубления фокальной плоскости пучка (фокус 100 мм) относительно поверхности ткани.

Управление геометрией лазерного канала Форма лазерного канала: Установка «Перфокор», ИПЛИТ РАН

Физические эффекты, сопровождающие формирование глубоких лазерных каналов в биотканях: Возможные механизмы положительного эффекта ТМЛР: воспалительная реакция ткани на лазерную рану приводит к стимуляции регенерации и развитию капилляров тепловое повреждение ткани в области канала активирует клеточные элементы (тромбоциты, фибробласты, макрофаги и др.) как источники комплекса факторов роста, в частности, фактора роста сосудистого эндотелия и фактора роста фибробластов образование микроразрывов в стенках канала устанавливает новый уровень потребления кислорода в области канала, инициируя рост и развитие капилляров Локальная лазерная рана Тепловое воздействие ( Т ) Ударно-волновое воздействие ( Р )

Визуальные проявления лазероиндуцированных тепловых эффектов в области канала СО2 лазер (10.6 мкм) Er:YAG лазер (2.94 мкм) поперечное сечение канала Ho:YAG лазер (2.08 мкм) Nd:YAG лазер (1.06 мкм)

Схема модели Трехзонная модель теплового повреждения биоткани КБ - карбонизация (полного обугливания); ВК - вакуолизация (взрывного кипения и испарения внутри и -межклеточной жидкости); КГ - коагуляция; Зона коагуляционного некроза (необратимые изменения ткани) Зона гипертермии (обратимые изменения (отек) ткани)

Реакции биоткани в зависимости от температуры L.O.Svaasand, T.Boerslid, M. Oeveraasen. Lasers in Surgery and Medicine, v.5, 1985, 589-602.

Визуальные проявления воздействия лазероиндуцированных давлений в области канала Er:YAG лазер, 2.94 мкм Микроразрывы стенок канала Nd: YAG, 1.06 мкм XeCl, 308 нм Продольное сечение канала Поперечное сечение канала

Амплитуда давления в области лазерного канала (на расстоянии 1 мм от стенки канала) Измерения лазероиндуцированных давлений в области канала

Характеристика степени воздействия на стенки канала в зависимости от типа лазера

Эффективность лазерной реваскуляризации миокарда

Эффективность технологии лазерной реваскуляризации миокарда Все лазеры могут перфорировать миокард, но в разной степени стимулируют ангиогенез Улучшение клинических показателей после применения кардиолазера «Перфокор» имеет место в течение не менее 4 лет (периода наблюдений) Для других лазеров все клинические показатели имеют тенденцию к ухудшению через 1 год или менее (Ho:YAG) Динамика функционального класса Качество жизни по SF-36 Всемирной стенокардии организации здравоохранения «Перфокор» другие лазеры «Перфокор» другие лазеры

Параметры перфорации миокарда импульсом СО2 лазера Лазерный импульс (синий) Кардиограмма пациента (красный)

ПЭТ-диагностика жизнеспособности миокарда

Кардиохирургические СО2 лазеры серии «Перфокор» разработки ИПЛИТ РАН поперечное сечение канала

Кардиохирургические СО2 лазеры серии «Heart Laser» фирмы PLC Medical system, США

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ !