Применение кавитации на лазерном нагревательном элементе в хирургии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В статье рассматривается явление лазерной кавитации, инициированной на кончике погружённого в жидкость оптоволокна под действием непрерывного лазерного излучения. Исследуются свойства затопленных кумулятивных струй, возникающих при схлопывании кавитационных пузырьков. Показано, что в свободном пространстве струи переносят тепло через жидкость, а в случае кавитации внутри заполненной жидкостью трубки приводят к инверсионному движению жидкости. Практическое использование установленных эффектов в медицине позволяет более успешно проводить хирургическое лечение сосудистых заболеваний, кист, острых и хронических инфицированных ран.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Михаил Александрович Гузев

Институт прикладной математики ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: guzev@iam.dvo.ru

академик РАН, директор

Россия, Владивосток

Владимир Михайлович Чудновский

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичёва ДВО РАН

Email: vm53@mail.ru

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник

Россия, Владивосток

Иван Алексеевич Абушкин

Южно-Уральский государственный медицинский университет

Email: ivanabushkin@mail.ru

доктор медицинских наук, профессор кафедры общей и детской хирургии

Россия, Челябинск

Список литературы

  1. Sinibaldi G., Occhicone A., Alves Pereira F. et al. Laser induced cavitation: Plasma generation and breakdown shockwave // Phys. Fluids. 2019, vol. 31 (10), 103302.
  2. Koch M., Rosselló J.M., Lechner C. et al. Dynamics of a Laser-Induced Bubble above the Flat Top of a Solid Cylinder – Mushroom-Shaped Bubbles and the Fast Jet // Fluids. 2022, vol. 7 (1), 2.
  3. Ohl C.D., Arora M., Dijkink R. et al. Surface cleaning from laser-induced cavitation bubbles // Applied physics letters. 2006, vol. 89, 074102.
  4. Dular M., Požar T., Zevnik J., Petkovšek R. High speed observation of damage created by a collapse of a single cavitation bubble // Wear. 2019, vol. 418–419, pp. 13–23.
  5. Hu J., Dirie N.I., Yang J. et al. Percutaneous Ureteroscopy Laser Unroofing – A Minimally Invasive Approach for Renal Cyst Treatment // Sci. Rep. 2017, vol. 7, 14445.
  6. Dowlatshahi K., Francescatti D.S., Bloom K.J. Laser Therapy for Small Breast Cancers // Am. J. Surg. 2002, vol. 184, pp. 359–363.
  7. Tontini G.E., Neumann H., Pastorelli L. et al. Thulium Laser in Interventional Endoscopy: Animal and Human Studies // Endoscopy. 2017, vol. 49, pp. 365–370.
  8. Беликов А.В. Оптотермические волоконные конвертеры для лазерной медицины. СПб: Университет ИТМО, 2020. Belikov A.V. Optothermal fiber converters for laser medicine. St. Petersburg: ITMO University, 2020. (In Russ.)
  9. Yusupov V.I., Chudnovskii V.M., Bagratashvili V.N. Laser-induced hydrodynamics in water and biotissues nearby optical fiber tip // INTECH Open Access Publisher. 2011, pp. 95−118. doi: 10.13140/2.1.4838.9122.
  10. Yusupov V.I., Chudnovskii V.M., Bagratashvili V.N. Laser-induced hydrodynamics in water-saturated biotissues. 1. Generation of bubbles in liquid // Laser Physics. 2010, vol. 20, no. 7, pp. 1641–1646.
  11. Kulik A.V., Mokrin S.N., Kraevskii A.M. et al. Features of dynamics of a jet flow generated on a laser heater by surface boiling of liquid // Technical Physics Letters. 2022, vol. 48, no. 1, pp. 60–63.
  12. Mokrin S.N., Tereshko D.A., Kulik A.V. et al. Selective Laser Heating of Closed Cavity Shells Filled with Liquid // Doklady Physics. 2022, vol. 67, no. 12, pp. 491–494.
  13. Mokrin S.N., Tereshko D.A., Kulik A.V. et al. Physical mechanisms of laser thermotherapy of cysts // Heat Transfer Research. 2023, vol. 54 (4), pp. 11–24.
  14. Чудновский В.М., Гузев М.А., Дац Е.П., Кулик А.В. Эффект ускоренного всасывания жидкости в трубке при лазерной кавитации на лазерном нагревательном элементе // Доклады РАН. Физика, технические науки. 2023. Т. 513. С. 41–47. Chudnovskii V.M., Guzev M.A., Dats E.P., Kulik A.V. The effect of accelerated absorption of liquid in a tube during laser cavitation on a laser heating element // Reports of the Russian Academy of Sciences. Physics, Technical Sciences. 2023, vol. 513, pp. 41–47. (In Russ.)
  15. Гузев М.А., Василевский Ю.В., Дац Е.П. и др. Лазерная кавитация в трубке, погружённой в ограниченный объём, заполненный жидкостью // Доклады РАН. Физика, технические науки. 2024. Т. 519. С. 19–25. Guzev M.A., Vassilevski Yu.V., Dats E.P. et al. Laser cavitation in a tube immersed in a confined volume filled with liquid // Reports of the Russian Academy of Sciences. Physics, Technical Sciences. 2023, vol. 519, pp. 19–25. (In Russ.)
  16. Abushkin I.A., Privalov V.A., Lappa A.V., Minaev V.P. Fiber 1.56–1.9 μm lasers in treatment of vascular malformations in children and adults Progress in Biomedical Optics and Imaging // Proceedings of SPIE. 2013, vol. 8565, 85650V.
  17. Meire M., De Moor R.J.G. Principle and antimicrobial efficacy of laser-activated irrigation: A narrative review // International Endodontic Journal. 2024, no. 7 (57), pp. 841–860.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Затопленная струя нагретой жидкости, распространяющаяся от торца оптоволокна с диаметром по кварцу 0.6 мм, на который нанесён слой углерода, поглощающий лазерное излучение с длиной волны 0.97 мкм (подсветка зелёным излучением пилотного лазера)

Скачать (150KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Теневое фото затопленных струй горячей жидкости внутри кюветы при мощности лазера 7, 5, 3 и 1.5 Вт (вверху) и положение горячей струи в разные моменты времени при мощности 3 Вт (внизу)

Скачать (166KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кадры роста и схлопывания парового пузырька в окрестности кончика оптоволокна, размещённого в стеклянной трубке

Скачать (104KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Динамика паровой фазы кавитационного пузырька и потоков жидкости

Скачать (654KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Внешний вид венозной мальформации правой стопы пациента 16 лет

Скачать (178KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Эхограмма исходной венозной мальформации правой стопы (вверху) и во время внутритканевой лазерной термотерапии (внизу)

Скачать (296KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Внешний вид стопы после внутритканевой лазерной коагуляции и фрагмент эхограммы патологического участка

Скачать (328KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Рентгенограммы ребёнка 10 лет с аневризмальной кистой проксимальной части левой малоберцовой кости

Скачать (255KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Рентгенограмма костей левой голени (а) и её внешний вид через два года после лазерной термотерапии (б)

Скачать (372KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Некроз кожного лоскута на передней поверхности правой голени ребёнка 12 лет после иссечения обширного меланоцитарного невуса (а) и рана на 6-е сутки после некрэтомии (б)

Скачать (251KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Рана спустя 14 суток после некрэтомии (а), после 9-ти сеансов лазерной кавитации в день пластики свободным дерматомным перфорированным кожным лоскутом (б) и на 6-е сутки после кожной пластики (в)

Скачать (340KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Язва левой голени пациентки возрастом 77 лет в момент поступления (а), через 20 дней и после 14 сеансов лазерной кавитации (б), с нанесёнными дерматомными лоскутами в день кожной пластики (в) и спустя 5 месяцев после выписки из стационара (г)

Скачать (533KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Очистка гнойной раны с использованием лазерной кавитации в трубке, помещённой в заполненную физиологическим раствором полость. 1 – медицинский лазер; 2 – оптоволокно; 3 – трубка с вставленным оптоволокном

Скачать (114KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025