Moderní chirurgické přístroje Vladan Bernard Biofyzikální ústav • Lasery v chirurgii • Harmonický skalpel • Plasmový skalpel • Elektrokauter • Radiofrekvenční ablace • Irreverzibilní elektroporace Lasery v chirurgii • Koherentní monochromatické elektromagnetické záření • Velká hustota energie (intenzita) • Interakce laseru s tkání: Fotochemická (10-1 - 100 W·cm-2) Fototermální (101 - 106 W·cm-2) Fotoablativní (107 - 1010 W·cm-2) Fotoplazmatická (> 1011 W·cm-2) • Veličinami charakterizujícími lasery jsou: 1. Vlnová délka emitovaného záření (nm). Ta rozhoduje o hloubce průniku záření do oka a do kůže. 2. Výkon laserů (W) a hustota výkonu záření (hustota zářivého toku t.j. výkon přepočítaný na jednotku plochy (W.m-2). U laserů pracujících v impulsním režimu množství energie obsažené v jednom záblesku přepočtené na jednotku plochy (J.m-2) a - doba trvání jednoho záblesku. Tyto veličiny rozhodují o energii absorbované ve tkáni při jejím zásahu a rychlosti její přeměny na teplo a tím i o velikosti účinku. 3. Rozbíhavost svazku, tj. nárůst průměru svazku záření se vzdáleností od výstupní části optiky laseru. Rozbíhavost svazku podstatně ovlivňuje v závislosti na vzdálenosti hustotu výkonu resp. energie záření, a tím i míru nebezpečnosti nahodilého zásahu zejména oka. Záření laserů po dopadu na určitou plochu může být podle charakteru jejího povrchu absorbováno nebo odraženo. Odraz záření je na hladkých lesklých plochách zrcadlový, na plochách, jako je např. povrch omítky, difúzní. Základním parametrem pro rozdělení laserů do bezpečnostních tříd je limit přístupné energie AEL (Accessible Emision Limit), který vyjadřuje maximální úroveň emise povolené v dané třídě. Pro rozdělení laserů do tříd z hlediska bezpečnosti obsluhy je rozhodující maximální přípustná dávka ozáření MPE (Maximum Permissible Exposure), která udává úroveň laserového záření, jemuž mohou být za normálních okolností vystaveny osoby, aniž by se u nich projevily nepříznivé vlivy ozáření. Hladiny MPE jsou maximální úrovně záření, při kterých mohou být oči nebo kůže ozářeny bez okamžitého nebo po dlouhém čase následujícího výsledného poškození. Hladiny MPE jsou závislé na vlnové délce, délce trvání impulzu nebo době ozáření, druhu ozářené tkáně a pro vlnové délky 400 nm až 1400 nm i na velikosti obrazu na sítnici. Třídy laserů (staré) • Třída 1 - lasery o malém výkonu, které jsou bezpečné za všech podmínek. U těchto laserů není riziko překročení MPE při přímém pohledu do svazku jak holým okem, tak i s pomocí optických pomůcek ( např. mikroskopu, dalekohledu apod.) Třída 2 - lasery o nízkém výkonu vyzařující viditelné záření (světlo) a bezpečnost je zajištěna fyziologickými reakcemi oka včetně mrkacího reflexu. Nebezpečné mohou být při přímém pohledu do svazku po dobu delší než 0,25 s - 1 mW Třída 3A - bezpečné lasery při sledování nechráněným zrakem; přímý pohled do svazku pomocí optických pomůcek může být nebezpečný - 5 mW Třída 3B - přímý pohled do svazku je vždy nebezpečný; nebezpečný může být i zrcadlový odraz - 500 mW Třída 4 - lasery o velkých výkonech, nebezpečné nejen pro oko, ale i pokožku, jsou nebezpečné zrcadlové, ale i difuzní odrazy. Opatření k ochraně zdraví před zářením laserů Na každém laseru musí být vyznačena třída a jí odpovídající varovný nápis. Opatření dále zahrnují zejména požadavky na postupy při event. úpravách laserů, které mohou měnit parametry jejich záření, požadavky a ochranu před nevhodnou manipulací s laserem a jejich spuštění nepovolanou osobou, opatření k zamezení přístupu lidí do dráhy svazku aj. Tato opatření se uplatňují diferencovaně podle třídy laseru. Pro každé pracoviště používající laserů 2. a vyšší třídy musí být vypracovány provozní pokyny a projednány s orgánem hyg. služby. Třídy laserů (nové) 1, 1M, 2, 2M, 3R, 3B, 4 Tyto třídy lze ve velké míře ztotožnit s předešlým členěním. Označení M určuje nebezpečí při expozici oka při použití optických pomůcek, optických soustav (lupa, dalekohled) Výkonové hodnoty: 2. třída – méně než 1 mW 3R třída – max 5 mW 3B třída – max 0,5 W 4. třída – větší než 0,5 W Lasery v chirurgii • Využití fotochemických účinků Fotodynamická terapie Biostimulace (±) • Využití fototermálních účinků Koagulace (argonová k.) až vaporizace (řezání) • Využití vysokých intenzit Vaporizace Drcení konkrementů Lasery v chirurgii • Použití (příklady): Oftalmologie – retinopatie, glaukom Urologie – konkrementy, nádory močového měchýře (PDT), BHP Gynekologie – dysplazie cervixu, endometrióza Cévní chirurgie – hemangiomy, varixy Neurochirurgie Endoskopická chirurgie Harmonický skalpel • Přenosem mechanické energie (vibrace 104 Hz) dochází k rozrušení a současné koagulaci tkáně • Současně řeže i staví krvácení (ne samostatně) • Menší tepelný účinek než elektrokauter, neprochází elektrický proud Neurochirurgie Endoskopická chirurgie ORL .... Harmonický skalpel Elektrokauter • Koagulace tkáně tepelnými účinky el. proudu o frekvenci stovek kHz a výkonu desítek W • Použití Řezání – vyšší frekvence Koagulace – zástava krvácení – nižší frekvence • Realizace Bipolární – mezi dvěmi akt. elektrodami Monopolární – pomocí aktivní elektrody a plošné elektrody Klička bateriový elektrokuter klasický elektrokauter Kryokauter Ablace tkáně pomocí proudu chlazeného media či pomocí koncovky nástroje chlazeného např. tekutým dusíkem, CO2, N2O, speciální plyny -70°C, nádor cervixu Chemický kauter • Určený pro povrchovou ablaci tkáně • Často dusičnan stříbrný • K zastavení akutního krvácení, kožních lézí (bradavice, kožní výrůstky) Radiofrekvenční ablace • Destrukce tkáně průchodem el. proudu • Nejčastější použití: Primární i sekundární nádory jater Antiarytmická chirurgie – MAZE Nádory ledvin Varixy Monopolární x bipolární modifikace RFA • Monopolar x bipolar – termografická studie ex vivo IRE – irreverzibilní elektroporace (nanoknife) • Destrukce tkání pomocí netepelných účinků elektrického proudu (např 100μs) • Vysoce krátké pulsy o velkých proudových hodnotách (desítky A, až 100A) • Účinek v podobě funkční změny porozity buněčných membrán • Bez účinku na kolagenní a vazovité struktury, šetrné např. pro cévy • Aplikace pomocí vpichových elektrod • Poškozená tkáň Nanoknife elektrody Balonový katetr s elektrodami IRE – MU + VUT Plasmový skalpel Plasmový skalpel je moderní chirurgický nástroj, využívající vytvoření proudu plasmy z inertního plynu (argonu) za pomoci průchodu přes výboj stejnosměrného elektrického pole. Tento proud plasmy (ionizovaného plynu) vystupuje z konce nástavce a díky jeho vysoké teplotě dochází ke koagulaci a řezu tkáně v blízkém okolí nástavce.