RU2170066C2 - Device for exposing myocardium to laser radiation - Google Patents

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has multichannel laser unit and focusing unit having two parts arranged in series. One part is multi-segment lens or mirror system and the other one brings the whole beam system into focus. EFFECT: accelerated surgical operation. 4 dwg

Description

Устройство для лазерного воздействия на миокард относится к области лазерной медицинской техники и может быть применено при лечении ишемической болезни сердца, а именно при операции трансмиокардиальной реваскуляризации. A device for laser exposure to the myocardium belongs to the field of laser medical technology and can be used in the treatment of coronary heart disease, namely, in the operation of transmyocardial revascularization.

Известное устройство - установка для трансмиокардиальной реваскуляризации [1] включает мощный CO₂ лазер, который синхронизируется с биениями сердца пациента с помощью ЭКГ. Импульс излучения генерируется лазером сразу же после достижения зубца R и перед началом зубца T. Луч CO₂ лазера, который подается к сердцу через длинный шарнирный манипулятор, заканчивающийся линзовым объективом и подвижным наконечником, выпаривает в миокарде отверстие диаметром около 1 мм практически без омертвления ткани. Таким образом, в объеме миокарда последовательно пробивается 30-40 сквозных отверстий (каналов). Входное отверстие канала, лежащее на эпикардинальной поверхности миокарда, во время операции находится в контакте с воздухом и герметизируется свернувшейся кровью. Остальная часть отверстия под давлением заполняется кровью из желудочков сердца. Тем самым обеспечивается частичное питание кровью и питательными веществами мышцы миокарда.A known device - a device for transmyocardial revascularization [1] includes a powerful CO ₂ laser, which is synchronized with the heartbeat of the patient using an ECG. A radiation pulse is generated by the laser immediately after reaching the R wave and before the start of the T wave. The CO ₂ laser beam, which is delivered to the heart through a long articulated arm ending with a lens and a movable tip, evaporates a hole with a diameter of about 1 mm in the myocardium almost without tissue necrosis. Thus, 30-40 through holes (channels) are sequentially pierced in the volume of the myocardium. The channel inlet on the epicardial surface of the myocardium is in contact with air during surgery and is sealed with clotted blood. The rest of the hole is filled with blood from the ventricles of the heart under pressure. This provides partial nutrition of the blood and nutrients of the myocardial muscle.

Данное устройство, необходимое для операции трансмиокардиальной реваскуляризации [1, 2,], наиболее близко по выполнению к предлагаемому изобретению и принято нами за прототип. This device, necessary for the operation of transmyocardial revascularization [1, 2,], is the closest to the implementation of the invention and is taken by us as a prototype.

К недостаткам данного устройства необходимо отнести относительно большую продолжительность проводимой операции. Это связано с тем, что отверстия в миокарде пробиваются последовательно, одно за другим. Для пробивки канала в миокарде требуется время на подвод длинного шарнирного механизма к месту пробивки, обязательная синхронизация импульса лазера с прохождением R и T зубцов ЭКГ пациента, контроль ультразвуком каждого пробиваемого канала. Кроме этого после каждого лазерного импульса необходимо выждать время, необходимое для контроля реакции миокарда на лазерный импульс, для того, чтобы исключить возможную аритмию работы мышцы сердца, вызванную выпариванием в его объеме отверстия. The disadvantages of this device must include a relatively long duration of the operation. This is due to the fact that the holes in the myocardium make their way sequentially, one after another. Punching a channel in the myocardium requires time to supply a long articulated mechanism to the punching site, mandatory synchronization of the laser pulse with the passage of R and T teeth of the patient's ECG, and ultrasound control of each punched channel. In addition, after each laser pulse, it is necessary to wait for the time necessary to control the reaction of the myocardium to the laser pulse in order to exclude possible arrhythmia of the heart muscle caused by evaporation of the hole in its volume.

Задачами, решаемыми предлагаемым изобретением, является расширение эксплуатационных возможностей устройства для операции воздействия на миокард с помощью лазерного излучения, сокращение времени проведения операции на сердце, а также снижение степени риска проведения операции. The problems solved by the invention are the expansion of the operational capabilities of the device for the operation of exposure to the myocardium using laser radiation, reducing the time of heart surgery, as well as reducing the risk of surgery.

Вышеуказанные задачи решаются тем (фиг. 1), что воздействие лазерным излучением на миокард ведут мощным многоканальным лазером, в одной точке схождения лучей 4 с дальнейшим расхождением лучей 5 в толще миокарда 6, при этом энергия импульса излучения и его длительность зависят от необходимой длины канала в миокарде. Длина каналов различна из-за того, что пучки лазерного излучения падают на миокард под разными углами. Чем больше угол падения пучка на эпикардиальную поверхность, т.е. чем длиннее канал, тем большая энергия должна содержаться в пучке для сквозной пробивки миокарда. The above problems are solved by the fact (Fig. 1) that the laser radiation is applied to the myocardium by a powerful multi-channel laser, at one point of convergence of rays 4 with further divergence of rays 5 in the thickness of the myocardium 6, while the energy of the radiation pulse and its duration depend on the required channel length in the myocardium. The length of the channels is different due to the fact that laser beams fall on the myocardium at different angles. The larger the angle of incidence of the beam on the epicardial surface, i.e. the longer the channel, the greater the energy must be contained in the beam for through piercing of the myocardium.

Использование многоканального воздействия лазерного излучения на мышцу миокарда позволит резко сократить время на проведение вышеупомянутой операции, что существенно может сказаться на снижении степени риска проводимой операции. The use of the multi-channel effect of laser radiation on the myocardial muscle will dramatically reduce the time required to perform the aforementioned surgery, which can significantly affect the risk reduction of the operation.

Схождение лучей на эпикардинальной поверхности миокарда с дальнейшим их расхождением внутри миокарда (фиг. 1) дает существенные преимущества в случаях с низкой сворачиваемостью крови (количество внешних отверстий резко уменьшается по сравнению с прототипом и, следовательно, уменьшается потеря крови при операции). The convergence of the rays on the epicardial surface of the myocardium with their further divergence inside the myocardium (Fig. 1) gives significant advantages in cases with low blood coagulation (the number of external holes sharply decreases compared to the prototype and, consequently, the loss of blood during surgery).

Схождение лучей на эндокардинальной поверхности миокарда (фиг. 3) дает существенные преимущества в тех случаях, когда, наоборот, у больного повышенная сворачиваемость крови и существует опасность образования сгустков крови (тромбов) в момент полной пробивки миокарда и выхода излучения внутрь сердца, в этом случае количество отверстий на эндокардиальной (внутренней) поверхности миокарда резко уменьшается по сравнению с прототипом. The convergence of the rays on the endocardial surface of the myocardium (Fig. 3) gives significant advantages in cases where, on the contrary, the patient has increased blood coagulation and there is a risk of blood clots (blood clots) at the time of complete piercing of the myocardium and radiation exit inside the heart, in this case the number of holes on the endocardial (inner) surface of the myocardium is sharply reduced compared to the prototype.

При нормальной сворачиваемости крови сочетание точек схождения лучей на эпикардинальной поверхности и на эндокардинальной поверхности мышцы миокарда позволяет значительнее наполнить объем миокарда кровью и тем самым обеспечить максимально возможный эффект от проведенной операции (фиг. 3). With normal blood coagulation, the combination of the points of convergence of the rays on the epicardial surface and on the endocardial surface of the myocardial muscle allows to fill the volume of the myocardium with blood more significantly and thereby provide the maximum possible effect from the operation (Fig. 3).

Возможен также вариант, когда насквозь пробивается только один канал большего диаметра и имеется множество более тонких каналов, образованных за один импульс с точкой схождения внутри миокарда, причем расположенной на оси канала большого диаметра. Поскольку сеть тонких каналов несквозная, при этом центральный и тонкие периферийные каналы герметизируются на эпикардинальной поверхности, то кровь от желудочка будет поступать через центральный канал в периферийные, реализуя тем самым кровеносную систему, аналогичную существующей природной (см. фиг. 4). It is also possible that only one channel of larger diameter is pierced through and there are many thinner channels formed in one pulse with a point of convergence inside the myocardium, and located on the axis of the channel of large diameter. Since the network of thin channels is not through, and the central and thin peripheral channels are sealed on the epicardial surface, blood from the ventricle will enter the peripheral channels through the central channel, thereby realizing the circulatory system similar to the existing natural system (see Fig. 4).

Отметим, что реализация пересекающихся каналов в миокарде согласно предложенному устройству для лазерного воздействия на миокард достаточно проста. Для этого необходимо одновременно с помощью линзы или зеркального объектива сфокусировать световой пучок из нескольких или даже десятков параллельных пучков, излучаемых многоканальным лазером. Такие лазеры хорошо известны, например многоканальный мощный CO₂ лазер МТЛ-2, имеющий 61 канал.Note that the implementation of intersecting channels in the myocardium according to the proposed device for laser exposure to the myocardium is quite simple. For this, it is necessary to simultaneously focus a light beam from several or even tens of parallel beams emitted by a multi-channel laser using a lens or a mirror lens. Such lasers are well known, for example, MTL-2 multi-channel high-power CO ₂ laser, which has 61 channels.

Однако в этом, самом простом случае (фиг. 1), каждый составляющий пучок 1 фокусируется в той же плоскости, что и весь пучок 4 в целом. Однако для того чтобы обеспечить пробивание канала максимальной глубины, необходимо фокусировать каждый составляющий пучок на внешней эпикардиальной поверхности миокарда, даже если общая точка схождения всех пучков лежит в толще миокарда (фиг. 2) или на эндокардиальной поверхности (фиг. 3). Поэтому необходимо осуществить раздельную фокусировку каждого составного пучка и, кроме того, суммарного пучка. However, in this simplest case (Fig. 1), each component beam 1 is focused in the same plane as the entire beam 4 as a whole. However, in order to ensure penetration of the channel of maximum depth, it is necessary to focus each component bundle on the external epicardial surface of the myocardium, even if the common point of convergence of all bundles lies in the thickness of the myocardium (Fig. 2) or on the endocardial surface (Fig. 3). Therefore, it is necessary to carry out separate focusing of each composite beam and, in addition, the total beam.

Устройство для воздействия на миокард с помощью лазерного излучения выглядит следующим образом (фиг. 2). A device for influencing the myocardium using laser radiation is as follows (Fig. 2).

Многоканальная, лазерная установка, генерирующая систему параллельных пучков 1, имеет фокусирующую систему, состоящую из двух последовательно расположенных частей 2 и 3 с возможностью изменения расстояния между ними, причем часть 2 является съемной многосегментной линзовой или зеркальной системой, каждый сегмент которой фокусирует каждый пучок света в отдельности, а другая часть 3 фокусирует всю систему пучков в целом. A multi-channel laser system generating a system of parallel beams 1 has a focusing system consisting of two successive parts 2 and 3 with the ability to change the distance between them, and part 2 is a removable multi-segment lens or mirror system, each segment of which focuses each light beam in separately, and the other part 3 focuses the entire system of beams as a whole.

Устройство для воздействия на миокард с помощью лазерного излучения работает следующим образом. A device for influencing the myocardium using laser radiation works as follows.

Каждый пучок 1 многоканального лазера фокусируется последовательно многосегментной линзовой системой 2 и общей линзой 3. При изменении расстояния между многосегментной линзовой системой 2 и общей линзой 3 изменяется также и расстояние между точкой пересечения всех пучков 4 и точками фокусировки каждого пучка 7. Для того чтобы формировались прямые узкие отверстия - каналы необходимо плоскость фокусировки каждого пучка совместить с эпикардиальной поверхностью миокарда. Each beam 1 of a multi-channel laser is focused sequentially by a multi-segment lens system 2 and a common lens 3. When the distance between the multi-segment lens system 2 and the common lens 3 changes, the distance between the intersection point of all beams 4 and the focus points of each beam 7 also changes. narrow holes - channels, it is necessary to combine the focusing plane of each beam with the epicardial surface of the myocardium.

Литература
1. G. Rudco, Lee Hibbs. Fundamentals of TMR and the Heart Laser, TMR Clinical Reports, PLC Medical Systems Inc, Milford, Ma.Literature
1. G. Rudco, Lee Hibbs. Fundamentals of TMR and the Heart Laser, TMR Clinical Reports, PLC Medical Systems Inc, Milford, Ma.

2. О.К.Скобелкин и др. Применение лазеров при реваскуляризации миокарда, в сб. Лазеры в хирургии, под ред. О.К.Скобелкина. - М.: Медицина, 1989, с. 230-238. 2. O. K. Skobelkin and others. The use of lasers for myocardial revascularization, in Sat. Lasers in Surgery, ed. O.K.Skobelkina. - M .: Medicine, 1989, p. 230-238.

Claims (1)

Устройство для воздействия на миокард с помощью лазерного излучения, включающее лазерную установку, шарнирный манипулятор, фокусирующее устройство, отличающееся тем, что лазерная установка является многоканальной, генерирующей систему параллельных пучков света, а фокусирующая система состоит из двух последовательно расположенных частей с возможностью изменения расстояния между ними, одна из этих частей является съемной многосегментной линзовой или зеркальной системой, каждый сегмент которой, фокусирует пучки света в отдельности, а другая часть фокусирует всю систему пучков в целом. A device for influencing the myocardium using laser radiation, including a laser system, articulated manipulator, focusing device, characterized in that the laser system is a multi-channel, generating a system of parallel light beams, and the focusing system consists of two parts arranged in series with the possibility of changing the distance between them , one of these parts is a removable multi-segment lens or mirror system, each segment of which focuses the light beams separately, and the other part focuses the entire beam system as a whole.

Images