НОВЫЕ ПОДХОДЫ К РЕАЛИЗАЦИИ И МОДЕЛИРОВАНИЮ ЭНДОВЕНОЗНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ОБЛИТЕРАЦИИ

К.мед.н. АНДРИЕНКО В.В., акад. ИАНУ,  д.тех.н., проф. АЛИЕВ Н.А.

Донецкое Клиническое Территориальное Медицинское Объединение

_____________________________________________________________________________

Одной из концептуальных неразрешённых проблем после проведения эндовенозной лазерной облитерации является реканализация, составляющая при использовании радиального световода 5-7% в отдалённом периоде наблюдения. Отрицательный результат обусловлен неаутентичностью лазерного излучения, связанного как с материалом насадки радиального световода, так и с механизмом «доставки» излучения к венозной стенке – рассеиванием и/или отражением. В этой связи авторами предложена новая оригинальная насадка из природного материала, в корпусе которой сформирована пустотелая торообразная камера, фокусирующая и спрямляющая электромагнитные колебания в единый радиальный кольцевой поток. Для испытания моделей насадок, световодов нового типа, моделирования и изучения процессов эндовенозной лазерной облитерации исследователями разработан, спроектирован и изготовлен комбинированный стенд. Проведена серия экспериментов с моделями насадок, выполненными из оптико-прозрачного высокопрочного органического стекла, путём афинного моделирования при коэффициенте масштабирования М 16:1,  с торообразными камерами различной формы, внутренняя поверхность которых образована по поверхностям Каталана. Исследования показали, что поверхность, сформированная по параболоиду, обладает наибольшей излучающей, спрямляющей и фокусирующей способностью. Созданы предпосылки для более эффективного энергетического воздействия на венозную стенку в процессе эндовенозной лазерной облитерации.        

Ключевые слова: эндовенозная лазерная облитерация, насадка на световод, моделирование.

__________________________________________________________________

Несмотря на то, что эндовенозная лазерная облитерация (ЭВЛО), как миниинвазивный  термооблитерационный метод устранения патологического вертикального венозного рефлюкса, эволюционирует в клинических условиях более 15 лет, на сегодняшний день все ещё остаётся ряд неразрешённых её прикладных аспектов [1].

Один из них – реканализация. Если при системном анализе способа воздействия известных лазерных хирургических методов считать, что два фактора: «лазерное оборудование» и «параметры реализации метода» не определяют итоговый результат как отрицательный, то за неблагополучный исход отвечает третий. Это связь между двумя вышеприведенными  факторами – оптический световод, а также насадка (в случае радиального) на его дистальном конце. Многочисленные исследования продемонстрировали неоспоримые преимущества радиальных световодов перед торцевыми. Однако до сих пор в литературе нет упоминаний о 100%-ной абляции подкожных вен в отдалённом периоде, а частота реканализаций составляет 5-7% [2,3]. Во всех известных радиальных световодах используется принцип рассеивания и/или отражения лазерного излучения, что, безусловно, связано с определёнными потерями энергии, обуславливая его неаутентичность и неравномерный прогрев венозной стенки [4,5,6].

Дополняет вышеуказанный негативный аспект материал, из которого выполнена насадка на дистальный конец световода – кварц. Кварцевое стекло – это синтетически полученное химическое соединение, дважды подвергшееся технологической переплавке. Двойная переплавка дважды нарушает природную кристаллическую решётку минерала. К тому же, в синтетических соединениях всегда изначально есть микротрещины, включения и дислокации, наличие которых объясняет прочность вещества. То есть, чем их больше, тем химическое соединение менее прочное. Кроме того, после переплавки твёрдость кварца по шкале МООСА снижается с 7 до 5, а плотность с 2,65 до 2,2 г/см³. В заключении, кварц, как правило, поглощает 15-20% светового излучения. При проведении ЭВЛО и нагревании кварцевого стекла происходит увеличение количества микротрещин насадки и абсолютной величины микрошероховатости её наружной поверхности. Всё это в совокупности является определяющим моментом в объяснении механизмов карбонизации и залипания радиального световода при ЭВЛО, зачастую, делая невозможным его повторное использование.

Другой существенной нерешённой проблемой данной методики, согласно мнению авторов [7], является её низкая воспроизводимость, особенно в переходных периодах, после выпаривания воды и термического воздействия на стенку вены. В клинических условиях определение оптимальных параметров и механизма функционирования ЭВЛО сопряжено с определёнными трудностями, связанными, прежде всего, с биоэтической составляющей.

Для устранения негативных последствий неаутентичного рассеянного лазерного излучения авторами предложена новая оригинальная насадка на дистальный отдел кварцевого световода цилиндрической формы, в корпусе которой сформирована пустотелая торообразная камера, фокусирующая и спрямляющая электромагнитные колебания в единый радиальный кольцевой поток (заявка на изобретение РФ 2017120963).

Чтобы определить, какая форма торообразной камеры лучше всего фокусирует световой поток, на первом этапе экспериментальной работы путём использования аффинного моделирования, при коэффициенте масштабирования М 16:1, были выполнены пять моделей насадок из оптико-прозрачного высокопрочного органического стекла с торообразными камерами различной формы, выполненными по одной из кривых второго порядка: окружности, гиперболы, трёх видов парабол (рис.1).

Рис.1. Модели насадок с торообразными камерами различной формы.

К тому же, насадка должна обладать следующими свойствами:

• быть выполнена из природного минерала, который образовался путём кристаллизации из магматических пород в естественной среде под большим давлением в течение длительного времени, в котором отсутствуют микротрещины, без переплавки;
• обладать высокой твёрдостью по шкале МООСА (от 7 и выше);
• обладать 100%-ной оптико-механической прозрачностью.

Профиля моделей насадок сформированы специальными резцами, изготовленными на оптико-шлифовальном координатном станке, то есть профиля у одноимённых моделей идентичны.

Для испытания насадок, а, в последующем, и световодов нового типа, авторами разработан, спроектирован и изготовлен комбинированный стенд, предусматривающий контроль и проверку инструментов любого термооблитерационного эндовазального воздействия, причём и для повторного использования, а также моделирования собственно процесса ЭВЛО (рис.2).

Комбинированный стенд скомпонован из двух агрегатов. Первый осуществляет контроль и проверку интенсивности передачи теплового воздействия на венозную ткань рабочих параметров как известных типов световодов, так и предложенных новых. В том числе и с дифференциальным видом термического воздействия на венозную ткань, содержащего две и более различные торообразные камеры. Агрегат представляет собой смонтированный на раме двухопорный кессон, изолированный от окружающей среды воротниковыми манжетами. Кессон выполнен из прозрачного оргстекла или акрила с, сформированной по центру, дифракционной щелью, через которую снимается освещённость люксометром LX1330B. В кессон встраивается на подвижном винте насадка с требуемой исследуемой поверхностью предложенных насадок (рис.1). В центральную камеру насадки вмонтирован излучатель электромагнитных колебаний, закреплённый неподвижно, относительно стенок камеры.

Рис.2. Комбинированный стенд. 1 – первый агрегат; 2 – второй агрегат.

Съём параметров излучения через дифракционную щель осуществлялся в четырёх положениях с углом поворота на 90, 180, 270 и 360⁰. Измерения проводились для насадок, у которых внутренняя поверхность торообразной камеры являлась частью поверхности, сформированной по окружности, гиперболе и трём видам парабол.

Второй агрегат имитирует функциональный динамический процесс движения крови по венозному руслу конечности и представляет собой спаренную с первым агрегатом раму, на которой установлены монтажные кронштейны с четырьмя кессонами, вращающимися посредством барабана. К особенностям агрегата, в первую очередь, нужно отнести мобильность перестройки его рабочего органа на любую длину и диаметр исследуемой вены. С этой целью на опорные кронштейны введён ходовой винт, подшипники скольжения и стопорные гайки, используя которые можно изменять расстояние между щеками рабочего барабана. Собственно барабан состоит из двух дисков, в пазы которых вставлены четыре прозрачных акриловых кессона, изолированных от внешней среды манжетами и имеющие монтажные отверстия для установки исследуемой вены, подвода крови и анестетика. Кессоны индивидуально монтируются на дисках специальными стопорными скобами и запорными заглушками. Все отверстия, как и центральные, запираются от внешней среды пробками с конической резьбой, что создаёт возможность использовать в каждом кессоне рабочую жидкую среду: кровь, гепаринсодержащую жидкость, анестетик и т.п. Через центральное отверстие заглушки пропускается исследуемая вена, концы которой заворачиваются на специальную контрящую втулку и закрепляются хомутами. Через вену из внешней среды вводится световод, который протягивается до стенки следующей заглушки. При необходимости, любая из конических пробок изымается, в неё вставляется втулка, несущая канюлю, перфорирующую вену, для заполнения последней кровью при помощи эксцентрикового насоса с производительностью Q=200 мл/мин. Отток крови из вены осуществляется с той же стороны, что и подвод, при помощи другой канюли. Анестетик может быть закачан в пространство вокруг вены с использованием аналогичных отверстий на противоположной стороне. Каждый кессон выполняет определённую функцию для решения различного рода задач. При этом, остальные кессоны могут быть задействованы для других видов исследований. Такая конструкция комбинированного стенда позволяет ставить многокомпонентные исследовательские задачи не только для ЭВЛО, но и иных малоинвазивных эндовазальных исследований. При необходимости исследования силы тяжести кровотока в эксперименте барабан с кессонами имеет возможность поворачиваться на различные углы с фиксацией относительно центральной оси стенда.

Механизм тракции световода выполнен в виде одновальной двухбарабанной лебёдки по схеме брашпиль. Конические барабаны секционированы на участки с навитыми на них фалами, несущими карабины, посредством которых перемещается световод с заданной скоростью. Один из барабанов несёт ведомый шкив, соединённый со шкивом приводного планетарного редуктора, с возможностью дополнительного изменения (при смене шкивов) диапазонов скоростей. Вариация скоростей в механизме тракции находится в диапазоне 0,1…1,6 мм/с, при дискретном шаге 0,2…0,25 мм.

Как показали исследования, поверхность, сформированная из части поверхности параболоида, обладает наибольшей излучающей способностью, по сравнению со всеми вышеперечисленными, в том числе и окружности, при прочих равных условиях: наружном диаметре и глубине полости фигуры (рис.3).

Рис.3. Тренды характеристик освещённости в зависимости от мощности излучателя

При этом, в позиции поворота на 180 градусов, только параболическая поверхность не даёт излучению проникать в обратном направлении. То есть, параболоид-вращение обладает наибольшей  способностью к спрямлению лучей, формированию радиальной кольцевой диаграммы, что говорит о высокой эффективности применения таких насадок при ЭВЛО. Данный аспект открывает большие перспективы в создании световодов с параболическими насадками и их комбинациями (при необходимости с менее интенсивными поверхностями излучения, основанными на том же принципе).

Комбинированный модельный стенд, созданный и предложенный авторами, как уникальное, не имеющее в своём роде аналогов, изобретение, позволяет значительно увеличить поле экспериментальной деятельности, варьируя неограниченным диапазоном физических переменных. К тому же, разработка насадки, которая позволит увеличить ресурс использования радиального световода в разы, а может и на несколько порядков, существенно снизит экономическую составляющую собственно эксперимента.

Построенный комбинированный стенд для испытания ЭВЛО позволяет осуществлять визуализацию процесса, как в целом, так и его отдельных составляющих с их фото- и видеофиксацией. Например, на стенде имеется возможность измерения температурных полей и изотерм по сечению кессона  и вдоль вены. Созданы условия для выполнения количественной и качественной оценки элиминации газов при термическом воздействии на кровь и стенку вены. Конструкция стенда позволяет отслеживать в процессе эксперимента начало коагуляции и денатурации белков, а также ее скорость;  определять давление в вене при начальной стадии процесса облитерации с фиксацией его изменений по длине. В совокупности, предложенное решение по созданию такого стенда позволяет не только проводить экспериментальную проверку и изучение механизма процесса облитерации, но и исследовать также другие минивазивные эндовазальные методы (радиочастотная абляция, механохимическая облитерация и пр.).

ЛИТЕРАТУРА

1. Шевченко Ю.Л., Стойко Ю.М. //Клиническая флебология. М.:ДПК Пресс, 2016. – 256 с., ил.
2. Lawaetz M., Serup J., Lawaetz B., et al. Comparison of endovenous ablation techniques, foam sclerotherapy and surgical stripping for great saphenous varicose veins. Extended 5-year follow-up of a RCT // Int. Angiol. — 2017. – Vol.36, № 3. – P.281 — 288.
3. Guangzhi He,^,Chenhong Zheng, Ming-An Yu. Comparison of ultrasound-guided endovenous laser ablation and radiofrequency for the varicose veins treatment: An updated meta-analysis // Int. J. Surg. — 2017. – Vol.39. – P.267-275.
4. Патент № 2571322, класс МПК A61N5/067, группа С1, «Устройство для облучения сосудов и полых органов» Андрюшенко В.Г., Даниелян Г.Л., Мазайшвили К.В., Меерович Г.А., дата подачи заявки 13.11.2014 г., дата опубликования 20.12.2015 г.
5. Патент №2557888, класс МПК A61N5/067, A61B18/24, группа С2, «Устройство для эндолюминального лечения кровеносного сосуда» Луковкин А.В., Тюрин Д.С., Михайличенко М.В., Калитко И.М., дата подачи заявки 27.06.2014 г., дата опубликования 27.07.2015 г.
6. Патент № 2506921, класс МПК А61В18/22, А61N5/06, группа С2, «Устройство для эндолюминальной лазерной абляции и способ лечения вен» Нойберг Вольфганг, дата подачи заявки 02.03.2009 г., дата опубликования 20.02.2014 г.
7. Шевченко Ю.Л., Стойко Ю.М., Мазайшвили К.В., Максимов С.В. Выбор оптимальных параметров излучения 1470 нм для эндовенозной лазерной облитерации // Флебология. – 2013. – Том 7, № 4. – С. 18-24.