Поговорим о световодах…и не только.

С.В.: Торец изначально был универсальным волокном на все случаи жизни. Скажите, откуда стали появляться все остальные типы волокон?

• Какие цели ставились разработчиками при создании новых типов волокон? (для чего разрабатывались слимы, двухкольцевые и т.д.)
• Это были разработки по запросам врачей, или больше как маркетинговый ход для расширения линейки продукции?

Действительно, торцевой световод исторически был первым массовым средством доставки лазерного излучения к тканям. Вся дальнейшая эволюция волокон была обусловлена эволюцией самой методики, а также появлением новых типов лазеров.

Оптические волокна – это самый распространенный канал передачи энергии света на расстояния, они широко применяются в телекоммуникационных и технологических лазерах. Их ключевое свойство – способность пропускать свет в очень широком диапазоне длин волн. Хотя, исключения есть, например, излучение СО2 лазера. Свет этой длины волны по обычному оптоволокну распространяться не может, т.к. кварц активно поглощает энергию излучения углекислотного лазера. В отраслевых масштабах это, по сути, единственное рациональное техническое решение, позволяющее передавать лазерное излучение к объекту воздействия с минимальными потерями энергии.

На заре лазерной хирургии были опробованы разные инструменты доставки излучения к тканям, но, вполне естественно, что использование «торца» в качестве хирургического инструмента довольно быстро вошло в практику. Кварцевое волокно позволяет доставить лазерное излучение практически в любой орган — оно удобно, совместимо с большинством хирургических инструментов (иглы, катетеры, эндоскопы и т. п.), оно несравненно дешевле других сложных оптических инструментов доставки излучения. Все эти факторы превратили кварцевое волокно в самый распространенный инструмент для лазерных вмешательств. Очевидно, что вскоре после этого, световод нашел свое место и во флебологической практике.

Однако, с накоплением опыта выполнения ЭВЛО, у «торца» выявился ряд особенностей, которые влияли на клиническую эффективность операции.

Так, наиболее значимой особенностью торцевого световода является направление выхода излучения – диаграмма направленности. В зависимости от типа волокна (числовая апертура), свет распространяется из плоскости торца волокна в виде конуса вперед. Угол конуса определяется значением числовой апертуры световода. Наиболее распространены световоды с углом в 22°, реже 37°. При такой диаграмме направленности большая часть энергии поглощается не стенкой вены, а рассеивается перед световодом, в результате чего для достижения эффекта хирурги были вынуждены работать на относительно больших мощностях. Здесь стоит отметить, что исторически флебологи применяли лазеры с длинами волн 970 или 810 нм, где эта особенность имела чуть меньшее значение, но об этом мы поговорим ниже. Узкая площадка торца волокна и большая мощность приводят к тому, что на кончике световода существенно растет плотность энергии, торец оптоволокна буквально раскаляется. При экстракции световода перегретый торец волокна может прожигать стенку вены, оставляя карбонизированные борозды. В докладах на эту тему не раз звучали описания пациентов, ощущавших привкус гари во рту во время операции. В результате стенка вены повреждается неравномерно.

К неравномерному повреждению стенки вены также приводит тот факт, что наружный диаметр торцевого световода (обычно это 0,9 мм) не позволяет равномерно обжать световод «тумесцентом» и зафиксировать его положение в просвете сосуда – световод, образно выражаясь, «болтается» в вене.

В итоге, первой задачей, ставшей перед разработчиками, было правильное позиционирование световода в просвете вены. Техническим решением этой задачи стала металлическая «голова», которая накручивалась на торец световода. «Голова» действительно неплохо обжималась «тумецсентом», позволяла лучше спозиционировать световод в вене и добиться более-менее равномерного повреждения эндотелия. Однако металл «головы» в ходе операции нагревался отраженным излучением и мог пригорать к стенке вены. Для предотвращения излишнего перегрева разработчики применяли различные рассеивающие напыления на металл головки, чаще всего золото. «Голова» все равно грелась, но уже до приемлемых температур, что отчасти было даже полезно, так как этот эффект вносил свою лепту в повреждение стенки. Наибольшее распространение такие световоды получили в Северной Америке, они вполне успешно используются до сих пор.

Второй задачей разработчиков стало снижение локальной плотности энергии на торце световода, так как проблема излишнего перегрева торца, описанной выше конструкцией световода, до конца решена не была. Кроме того, появились аквафильные («полуторамикронные») лазеры, и на первый план выступили особенности поглощения тканями энергии излучения этих длин волн. Более подробно мы осветим эти особенности ниже, здесь же отметим, что при применении аквафильных лазеров торец нагревался еще сильнее.

Наиболее разумным решением этой задачи было увеличение площади выхода излучения из световода, другими словами, нужно было увеличить площадь торца волокна. Таким решением стала заточка кончика световода (торец волокна обтачивался как карандаш) в виде конуса с углом 60°. В итоге световод стал излучать свет не вперед, а в виде кольца. Такая конфигурация существенно снизила плотность энергии на выходе, да и к тому же позволила спроецировать излучение непосредственно на стенку вены. Однако, если на воздухе заточенный таким образом световод светит красивым кольцом, то при помещении его в жидкость излучение снова выходит в виде конуса, как у обычного «торца». Чтобы этого избежать, между кончиком волокна и стенкой вены должно было оставаться воздушное пространство. Эту проблему решили с помощью наклейки на заточенный кончик волокна внешней кварцевой колбы. Т.к. внутри колбы оставалось пространство, световод сохранял кольцевую диаграмму направленности. Появился знакомый нам «радиал».

Первый опыт применения радиального световода в сочетании с аквафильным лазером показал существенные клинические преимущества такой комбинации инструментов. В частности, достаточный термический эффект достигался без лишнего перегрева, а необходимая мощность лазера была ниже.

Дальнейшая эволюция световода шла уже по мере накопления опыта ЭВЛО. Так, появление двухкольцевых световодов было связано, в первую очередь, с необходимостью дополнительного снижения плотности энергии на длине волны 1470 нм в области контакта излучения со стенкой вены для более плавного развития термического эффекта. А появление световодов с широким кольцом выполняет ту же задачу для 1940 нм.

Остановившись так подробно на истории развития волокон для ЭВЛО, я хотел показать, что процесс создания любого продукта – это всегда результат хорошего взаимодействия между разработчиком и пользователем. Продуктовые менеджеры, не маркетологи, придумывают продукты вместе с пользователями. И если продукт получился, то тогда да, подключаются маркетологи. Конечно, «торцы» используют и сейчас, но «радиал» получил более широкое распространение прежде всего из-за своих неоспоримых преимуществ, а не активности рекламщиков.

С.С.: С точки зрения производителя, поделитесь информацией, какие волокна лучше использовать для: посттромботических вен, перфорантных, эпифасциальных, тонких извитых притоков, тотал-эвлк?

Попробую перефразировать мое любимое изречение про лучший метод: «Лучший инструмент в руках хирурга – это тот, которым он лучше всего владеет».

Наиболее значимый фактор здесь качество инструмента и то, насколько Вы доверяете производителю.

Можно конечно углубиться в особенности исполнения световодов от различных производителей, например, параметр гибкости волокна, но это скорее тема индивидуальных предпочтений. Мы, помнится, проводили на эту тему опрос, а результаты освещали в одном из эфиров. Для производителя было познавательно.

А так, я полагаю, существенных особенностей нет. Все значимые моменты применения производитель отразит в инструкции.

С.В.: Почему ушли от гемоглобиновых лазеров к водным и как это повлияло на производство волокон?

Хороший вопрос!

Прежде всего, ушли не полностью. Повторюсь, что, например, в Северной Америке лазеры 970, 940 нм для ЭВЛО продолжают использовать до сих пор. Никто не доказывал, что они вредны. Другое дело, что между аквафобными («гемоглобиновыми») и аквафильными («водными») лазерами есть существенные отличия в механизме повреждения стенки вены, так как энергия этих волн по-разному поглощается водой.

В случае использования аквафобных лазеров, эффект термической деструкции стенки вены вторичен. Насыщенная водой ткань вены поглощает незначительное количество тепла, бόльшая часть энергии излучения рассеивается в объеме, проникая за пределы венозной стенки. Эффект повреждения достигается за счет вторичной теплопередачи – поглотивший энергию гемоглобин перегревает венозную стенку. Именно роль гемоглобина превалирует в механизмах тепловой деструкции эндотелия. Такой механизм отчасти может объяснять свойственную для этого типа лазеров неравномерность повреждения стенки сосуда, с участками интактного эндотелия и очагов карбонизации. Описанное в предыдущем предложении особенно характерно при применении торцевых световодов. Кроме того, при использовании «гемоглобинового» лазера для достижения необходимого уровня повреждения устанавливаемая мощность генерации должна быть в 2 – 3 раза выше, чем при использовании «водного». Здесь же отметим, что туменисцентная анестезия в этом случае не так эффективно защищает окружающие ткани от перегрева, так как, повторим, вода крайне слабо задерживает излучение Hb-лазеров, а, следовательно, риски нежелательного термического повреждения окружающих вену тканей выше.

Аквафильный лазер работает иначе. Основным субстратом, который нагревается в данном случае, является вода. А так как вода в большом количестве содержится в эндотелии и ниже лежащих слоях стенки вены, то и утилизация энергии излучения будет полнее, но при этом более локальна. Другими словами, при небольших (7-10 Вт для «полуторамикронного» и 3-5 Вт для «двухмикронного» диапазона) значениях мощности генерации венозная стенка будет нагреваться быстрее, но равномернее и на меньшую глубину. Туменисцентная подушка хорошо поглощает избыточное тепло, а само излучение не проникает за пределы венозной стенки. Риски перегрева рядом лежащих тканей ниже. Здесь же отметим, что при использовании торцевого световода необходимо использовать мощность генерации на 25-30% более высокую от рекомендованной, что несколько ослабляет все вышеперечисленные преимущества аквафильных лазеров.

Справедливости ради отмечу, что перечисленные выше отличия приведены в несколько дистиллированном виде, однако сделано это скорее для простоты изложения. Тенденции последних лет убедительно показали, что аквафильные лазеры являются сегодня инструментом выбора для ЭВЛО. Соответственно, существенно вырос спрос на радиальные волокна.

С.С.: Длинна волны действительно влияет на качество обработки вены?

В принципе, в общем виде ответ на этот вопрос приведен выше. Здесь же можно слегка углубиться в различия между полутора и двухмикронными лазерами.  В одном из эфиров мы обсуждали очень похожий вопрос, потому не буду вдаваться в скучные подробности, отвечу вкратце.

«Двухмикронники», типичный представитель 1940 нм, является высоко аквафильным лазером. Степень поглощения в воде в 9 раз выше, чем у 1470. Из-за такого высокого сродства к воде, термический эффект этого излучения развивается весьма стремительно, что нужно учитывать оператору, так как риск локального перегрева инструмента или стенки вены довольно велик. Из положительных моментов стоит отметить, что энергия данного излучения практически не проникает через стенку вены.

Умеренно аквафильные «полуторамикронники» уступают двухмикронным лазерам в скорости развития теплового повреждения вены, но позволяют лучше контролировать ход операции. Повреждение венозной стенки носит более равномерный характер. Это особенно важно для молодых специалистов.

В целом, на сегодняшний день убедительных данных в пользу того или иного типа лазеров нет. Полагаю, что их биоэффекты будут равнозначны. В экономическом же плане пока преимущество не в пользу двухмикронных лазеров.

С.В.: Можете популярно объяснить смысл параметров определения энергии лазерного излучения —  LEED и EFE?

LEED – линейная плотность энергии Дж/см. Показывает количество энергии, передаваемое стенке сосуда при продвижении на каждый 1 см. Показатель рассчитывается эмпирически и позволяет достаточно легко рассчитать необходимые параметры мощности и скорости экстракции световода для безопасной и эффективной облитерации.

Интересным аспектом данного показателя является то, что одно и то же значение LEED можно получить, используя разные значения скорости тракции и мощности генерации. Пропорция здесь прямая – чем выше скорость тракции, тем выше мощность генерации.

Для более простого понимания взаимосвязи между скоростью тракции и мощностью представим себе, что Вам нужно наполнить емкость 1 литром воды. Для этого у Вас на выбор есть два стакана –  100 мл или 200 мл. Если выбрать стакан объемом 100 мл, то Вам понадобится совершить 10 движений, чтобы заполнить емкость, если 200 мл, то пять движений. Очевидно, что в первом случае времени понадобится в два раза больше, чем во втором, однако конечный результат будет один 1 л. В этом примере 1 л – это показатель LEED – необходимое количество энергии, объем стакана – мощность генерации, а время, которое тратится на заполнение емкости – скорость тракции.

Частый вопрос, отличаются ли рекомендованные показатели LEED у разных длин волн? Ответ – да, отличаются. Эта разница определяется описанным выше коэффициентом поглощения в воде для разных длин волн. Энергия высокоаквафильных лазеров поглощается в очень маленьком объеме воды, что вызывает стремительный локальный нагрев ткани, тогда как умеренно аквафильные лазеры нагревают ткани в несколько бόльшем объеме, чуть медленнее.

Для 1470 нм рекомендованный показатель LEED составляет 60-70 Дж/см. Для 1560 нм необходимо увеличить его на 10%, а для 1940 нм уменьшить до 40-45 Дж/см.

EFE – удельная плотность энергии Дж/см² поверхности венозной стенки. Суммирующий показатель, который весьма хорош для статистики. Однако использовать его в повседневной практике затруднительно – вена не трубка постоянного сечения, и в расчете площади венозной стенки возникают трудности и очевидные неточности.

На мой взгляд хорошим практическим ориентиром для безопасного и эффективного проведения процедуры ЭВЛО является все же LEED. Повторюсь, это особенно важно для молодых специалистов.

С.С.: Есть ли ограничения по этим показателям для разных типов волокон?

Для радиальных – нет. Количество колец, или его ширина, в радиальном световоде определяет площадь пятна контакта ткани с лазерным излучением — чем площадь пятна больше, тем меньше плотность мощности в пятне контакта и, следовательно, тем более плавно развивается термический эффект. Генерируемая аппаратом энергия просто распределяется по более широкому пятну, но количество этой энергии неизменно. Другими словами, доставили мы 60 Дж/см через одно кольцо, либо через два, значения не имеет, так как суммарно мы все равно передали стенке вены 60 Дж энергии.

Ситуация со «слимами» выглядит чуть интереснее. Из-за меньшего диаметра волокна (400 мкм) площадь пятна контакта у него в 2,25 раз меньше, а плотность мощности пропорционально больше. Потому, во избежание локального перегрева ткани, бытует мнение, что на тонких венах допустимо снижать LEED до 30-40%, соглашусь с этим. Я встречался в практике с таким мнением, что постоперационная гиперпигментация при использовании «слима» чаще возникает тогда, когда не корректируется LEED. С точки зрения физики процесса — это может быть логично, так как скорость тепловой релаксации ткани при использовании «слима» будет существенно ниже.

Что касается торцевых волокон, то параметр LEED, по моему мнению, применим слабо, в виду описанных выше особенностей поведения «торца» в вене. Здесь лучше ориентироваться на мощность.

Часто задают вопрос о максимальных значениях LEED для разных типов волокон. Отвечу просто. Предел устойчивости к высоким значениям LEED радиальных, а тем более торцевых, волокон лежит далеко за пределами тех значений, которые здравомыслящий хирург решит установить своему пациенту… Разумеется допуская, что волокно используется в соответствии с рекомендацией производителя.

С.В.: Расскажите про термолабильность оплетки световода.

Термолабильность оплетки световода – это такой наукообразный термин, придуманный в свое время, чтобы описать один из механизмов передачи инфекции при многократном использовании одноразового световода. Большинство материалов при росте температуры увеличиваются в объеме, а при снижении – уменьшаются. В зависимости от типа материала эти изменения объема могут быть весьма значительными. Количественно это выражается через коэффициент объемного теплового расширения – чем он выше, тем более выражены изменения объема.

Полимер TEFZEL, которым в основном покрыты волокна, в диапазоне 20-100°С имеет коэффициент объемного теплового расширения 1,6*10⁻⁴ 1/К. В ходе эксплуатации перепад температуры между просветом вены и дезраствором может достигать 20°. Это означает, что полимер изменится в объеме (сожмется) в 3,2*10⁻³ раза. Учитывая объем световода –  это значимое расширение. При наличии дефекта (трещины или сообщающейся вакуоли) оболочки размером с десяток микрон такого сжатия достаточно, чтобы полностью перекрыть сообщение со внешней средой. В результате, со всем, что осталось внутри полости, ни дезраствор, ни последующий стерилизующий агент попросту не соприкасаются. А далее, в ходе повторного применения, световод, помещенный в просвет сосуда нагревается до температуры тела, его объем расширяется, и замкнутые поры раскрываются, их содержимое попадает в системный кровоток.

Эта гипотеза в свое время была проверена. Риск передачи парентеральных вирусных инфекций, прежде всего гепатита В и С весьма высок.

Потому, да, фактор термолабильности полимерной оболочки световода – важный фактор пути инфицирования пациента при повторном применении световода.

С.С.: Каким способом стерилизуют световоды на производстве? Какие возможны способы (теоретически) при повторном использовании?

С Вашего позволения, вначале отвечу на первую часть Вашего вопроса.

Наиболее распространенный способ стерилизации инструментов такого типа, как световоды – это стерилизация этиленоксидом. В моей практике использовался именно этот метод. У ЕО стерилизации есть множество преимуществ. С точки зрения и производителей, и организаций по надзору за безопасностью, метод оптимален. Обязательным требованием является соответствие техпроцесса стерилизации международному стандарту ISO 11135:2014. Соблюдение этого стандарта гарантирует стерильность и безопасность обработанного инструмента. Я не буду вдаваться в подробности процесса, он скучно стандартизирован, но желающие могут легко его найти его в Сети.

Что же касается второй части Вашего вопроса, то моя позиция принципиальна – повторного использования быть не должно, даже теоретически. При наличии потенциальных рисков инфицирования пациента ставить вопрос о возможности повторного применения одноразового инструмента противоречит профессиональной этике. Стоит также отметить, что бывший в употреблении световод уже технически не может обеспечить адекватную передачу энергии излучения стенке вены. Что и как можно делать «реюзом» при наличии таких факторов – вопрос риторический.

В основе практики повторного применения лежит банальная экономика, а экономика не должна быть приоритетней этики, ни при каких условиях. ЭВЛО – это не про piriculum in mora, это про плановое вмешательство по улучшению качества жизни. Не вижу никаких препятствий обосновать пациенту стоимость световода и нормально считать экономику своего медцентра. 

С.В.: Экстрактор световода – это необходимый инструмент в операционной, или элемент удобства для хирурга?

Не могу однозначно ответить на данный вопрос.

«Трактор» — это устройство, несомненно облегчающее работу хирурга. И правда. Вам не нужно медленно и нудно тянуть неудобный световод, постоянно слушая сигналы аппарата и оглядываясь на дисплей – это все моменты вызывают усталость, особенно где-нибудь к третьей-четвертой операции. Есть прекрасный аппарат, синхронизированный с лазером, который тянет волокно, не замедляясь и не ускоряясь, а Вам, установив правильный параметр LEED, можно сосредоточиться на УЗ-картинке и пациенте… Конечно, немного утрированно, но смысл ясен – удобно и хоть как-то стандартизировано по LEED.

С другой стороны, есть у этого девайса и проблемные аспекты. Прежде всего это отсутствие непосредственного контакта между врачом и пациентом – хирург, что называется, не чувствует тактильно «ход световода в вене». Возможно ли пропустить в этом случае залипание? Вопрос дискутабельный. Еще один проблемный момент применения экстрактора – асептика и антисептика. Помещая стерильный световод в ролики, нужно очень хорошо контролировать его положение. Всегда ли это удается – еще одна тема для полемики. Ну и момент эксплуатационный. Кто из практиков хотя бы ежегодно проводит ТО «трактора» и проверяет корректность скорости роликов? Опираясь на свой опыт отмечу, что у нас и лазеры-то не обслуживают, пока те не сломались.

Если подвести итог, то я скорее отнесусь к той группе, которая считает, что «трактор» не нужен, назовем их «сноубордистами» 😀

Большое спасибо за интересные вопросы!

С.В.,С.С.: Юрий Юрьевич, больше спасибо за такое потрясающее интервью.  Всегда интересно узнать столько нового о том, что ежедневно используешь в своей профессиональной деятельности. Будем рады Вас видеть в новых проектах. Уважаемые коллеги, мы уверены, что ваш интерес к первым лицам будет только расти, а они обещали отвечать честно и без купюр. До встречи.