https://electroinfo.net

girniy.ru 1 ... 12 13 14 15 16

Таблица 16. Применения лазерной сварки

Область применения


Тип лазера

Сшивание артерий и вен

Ar , , диодный,

Nd:YAG (1,32 мкм, 1,9 мкм)

Nd:YAG с удв.част.(532 нм)

Соединение отрезков кишки

Nd:YAG (1,06 мкм)



Соединение отрезков общего желчного

протока



Герметизация отрезка бронха при операции на легком



Кожный шов

Ar

В операциях уретопластики

диодный

Соединение рассеченных краев

семявыводящего протока

Nd:YAG (1,06 мкм)

Сшивание «конец в конец» пересеченного нервного ствола

Nd:YAG (1,32мкм)

Предпочтительный выбор лазера определяется тем, в какой части шва (по его глубине) соединение должно быть наиболее прочным. Для большинства тканей целесообразно, чтобы нагрев, оплавление и последующая сварка происходили лишь в наружном слое, в котором располагается большинство силовых структур. В этом случае наиболее пригодным считают Nd:YAG лазер с длиной волны 1,32 мкм, что вполне достаточно для поверхностного плавления стенки, в том числе сосудистой.


При сварке стенок кишечника большинство силовых структур (коллагеновых волокон) располагается на большой глубине, поэтому прогрев шва должен быть глубоким. В этом случае предпочтительно использовать аргоновый лазер или обычный Nd:YAG (1,06 мкм).

В последнее время предпочитают использовать диодные лазеры: они миниатюрные, работают от батареек, которые размещаются в рукоятке манипулятора.

Для предотвращения глубокого нагревания тканей используют нанесение на поверхность будущего шва специального припоя – вещества, интенсивно поглощающего излучение в области длины волны используемого лазера. Это может быть кровь оперируемого пациента, тушь или другие красители и химические соединения.

Функции припоя:

– уменьшение глубины проникновения излучения,

– повышение прочности (белковый),

– предотвращение высыхания.

Было показано, что если материал припоя имеет белковую основу, то он усиливает прочность сварного шва. Возможно, что такой же эффект дают белки свариваемой ткани, подвергающиеся плавлению и затем застывающие, подобно клею, в месте стыка.

Механизм лазерной сварки еще до конца не выяснен. При нагревании происходит денатурация коллагеновых волокон сопоставленных краев ткани, а затем их достаточно прочное соединение по месту стыка. Обеспечение прочного контакта может происходить вследствие

– формирования новых ковалентных связей,

– переплетения пересеченных концов пучков коллагена друг с другом,

– сплавления отдельных коллагеновых волкон между собой.

Температуры лазерной сварки составляют 60 – 80оС. В этих условиях коллаген подвергается необратимой денатурации. Но антигенных свойств он не приобретает и поэтому не провоцирует иммунного ответа или реакции отторжения. Как и любой денатурированный биоматериал, термически обработанный коллаген на месте шва постепенно ликвидируется и замещается новыми коллагеновыми волокнами, которые синтезируются фибробластами, мигрирующими на место стыка из соседних участков ткани.


Прочность сварного шва зависит от температуры, при которой проводилась сварка. В экспериментах на животных было установлено, что при более высоких температурах прочность сварного шва сразу же после процедуры выше. Однако через несколько дней картина меняется на противоположную: чем выше была температура в момент операции, тем слабее становился сварной шов. Поэтому наиболее оптимальными являются значения температуры сварки 60 – 80оС. Перегрев выше 90оС является нежелательным.

Проведение операции сварки происходит следующим образом.

1). Производят сопоставление краев сосуда (или иного полого органа).

2). Производят фиксацию краев друг к другу двумя-тремя обычными швами (так называемые наметочные швы). В случае кишки или семявыводящего протока для лучшей стыковки краев в просвет будущего анастамоза вводят плотный вкладыш из материала, который впоследствии довольно быстро растворится в жидкой среде.

3). После этого приступают к лазерной сварке. Лазерная сварка длится от нескольких секунд до нескольких десятков секунд, в зависимости от длины сварного шва. Это существенно быстрее, чем при обычных способах соединения тканей.

Подобранные экспериментально плотности мощности излучения составляют, в зависимости от типа ткани и используемого лазера, от 4 Вт/см2 (артерия, Ar лазер, с припоем) до 700 Вт/см2 (диодный лазер, 830 нм).

Основные требования к сварным швам:

– прочность шва, как сразу после процедуры, так и в более позднем периоде,

– герметичность шва,

– шов должен быть антитромбогенным, то есть не вызывать формирования тромбов на внутренней (просветной) поверхности сварного шва.

Несоблюдение этих требований может вызвать очень тяжелые последствия в послеоперационном периоде, в частности, послеоперационное кровотечение по месту сосудистого анастомоза или острый перитонит при работе на кишечнике.


Для обеспечения достаточной прочности сварного шва сразу после процедуры необходимо использовать режимы облучения, обеспечивающие достаточную температуру материала – не менее 60оC. Для обеспечения прочности сварного шва в более позднем периоде необходимо избегать перегрева сварного шва при облучении. Выполнение этих двух условий требует правильного выбора лазера, режима облучения и припоя. Своевременное добавление припоя позволяет избежать высушивания ткани в ходе облучения, что тоже повышает прочность сварного шва.

Для герметичности шва необходимо, чтобы он был непрерывным.

Исследования показали, что причиной послеоперационного тромбообразования является перегрев (выше 50оC) в ходе лазерной сварки внутренних слоев артерии или вены. Для предотвращения тромбообразования рекомендуется

– снижение мощности излучения,

– обильное орошение места облучения во время процедуры сварки физиологическим раствором,

– использование специальных припоев,

– адекватный контроль температуры.

Контроль температуры может проводиться с использованием автоматической системы с обратной связью на излучатель.

Достоинства лазерной сварки:

– при грамотном выполнении операции прочность сварного шва не ниже, а в ряде случаев выше обычного,

– воспалительная реакция более короткая, то есть протекает быстрее, чем при обычном соединении,

– рубцевание менее выражено,

– при работе на артериях реже возникают аневризмы,

– сама операция намного проще и короче.



а) б)



в)

Рисунок 19. Способы формирования анастомозов при лазерной сварке: а) обычный способ (1 шов),


б) путем натяжения одного конца на другой (2 шва),

в) при размещении широкого циркулярного лоскута из аутофасции (3 шва).

Возможно осуществить различные варианты (А.И.Неворотин) предварительного соединения свариваемых отрезков ткани, позволяющих повысить прочность и герметичность сварного шва (см. рисунок 19).

Помимо обычного соединения встык (рисунок 19а) возможно осуществить натяжение одного из краев будущего анастомоза на другой, с последующей сваркой с припоем по краю, оказавшемуся снаружи (рисунок 19б). При этом помимо припоя на месте шва необходимо разместить круговую прокладку из аутоткани, богатой коллагеном, например, из сухожилия или фасции. Еще один возможный способ формирования анастомозов при лазерной сварке заключается в формировании муфты из аутоткани вокруг места стыковки с циркулярной сваркой по обеим краям муфты и по стыку (рисунок 19в). В этом случае наметочные швы могут оказаться вообще не нужными.

Был апробирован экспериментально и исследован анастомоз «конец–в–конец» между отрезками нервного ствола. На место стыка накладывали несколько слоев фибриновой пленки, а затем обрабатывали по кругу пучком лазерного излучения (СО2 лазер) при пониженной плотности мощности излучения (расфокусировка). Оказалось, что сварной шов превосходил обычный по прочности, электрофизиологическим параметрам и ультраструктурной сохранности нервных волокон.

Рекомендуемая литература


  1. А.И.Неворотин. Введение в лазерную хирургию. СПб.: Спецлит, 2000.

  2. Прикладная лазерная медицина. Учебное и справочное пособие. Под ред. Х.–П.Берлиена, Г.Й.Мюллера. Интерэксперт, М., 1997.

  3. Лазеры в клинической медицине. Под ред. С.Д.Плетнева. М.:Медицина, 1996.

  4. В.Е.Илларионов. Основы лазерной терапии. М., 1992.

  5. А.В.Приезжаев и др. Лазерная диагностика в биологии и медицине. М.: Наука, 1989.
  6. Лазеры в биологии и медицине. Сост. А.В.Кириленко. СПб, 1994.


  7. В.А.Серебряков. Лазерные технологии в медицине. Издание СПбГИТМО (ТУ), 2009.

  8. И.А.Михайлова, Г.В.Папаян, Н.Б.Золотова, Т.Г.Гришачева. Основные принципы применения лазерных систем в медицине. Под ред. акад.Н.Н.Петрищева. СПб, 2007, 44с.

  9. А.Ф.Цыб, М.А.Каплан и др. Клинические аспекты фотодинамической терапии. Калуга, изд-во научной литературы Н.Ф.Бочкаревой, 2009, 204с.

  10. М.С.Плужников, А.И.Лопотко, М.А.Рябова. Лазерная хирургия в оториноларингологии. Минск, 2000.

  11. Лазеры в хирургии. Под ред. О.К.Скобелкина. М.: Медицина, 1989.

  12. Лазеры в медицине. Теоретические и практические основы. Рекомендации к практическим занятиям по изучению и использованию. СПб: СПбГМУ, 1998.

  13. Е.А.Шахно. Аналитические методы расчета лазерных микро- и нанотехнологий. Учебное пособие. Издание СПбГИТМО (ТУ), 2009.






В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет». Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена программа его развития на 2009–2018 годы. В 2011 году Университет получил наименование «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»


КАФЕДРА ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

И ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

Лазерные технологии не случайно называют технологиями XXI века. Открытые при нашей жизни лазеры уже сегодня широко проникли в промышленность, строительство, транспорт, связь, медицину, биологию, экологию, шоу–бизнес и другие сферы жизни. Лазерные принтеры, лазерные CD–диски, лазерные торговые сканеры и лазерные шоу сегодня известны всем. Менее известны широкой публике, но не менее важны лазерные технологии в микроэлектронике для нанесения и структурирования тонких пленок, для резки и сварки брони, закалки инструментальных сталей, декоративной обработки дерева, камня и кожи, при лечении болезней глаз, сосудов, опухолей, и т.д., а в ближайшей перспективе — для избавления человечества от очков и морщин (да, да — сотни операций по лазерной полировке роговицы глаза и кожи уже проведены), разработка реакций лазерного управляемого термоядерного синтеза и лазерных реактивных двигателей, создание трехмерных объектов за счет прямой трансформации виртуального (компьютерного) образа в материальный объект при взаимодействии лазерного излучения с веществом и многое, многое другое.



История кафедры ЛТ и ЭП делится на

4 разных периода:


Период I — с момента появления лаборатории лазерной технологии в ЛИТМО в 1965 г. до момента организации кафедры охраны труда и окружающей среды (ОТ и ОС) с отраслевой лабораторией лазерных технологий (ОЛЛТ) в 1982 г.

Период II — период развития кафедры ОТ и ОС и ОЛЛТ — 1982–1988 гг.

Период III — с момента создания на базе кафедры ОТ и ОС и ОЛЛТ кафедры лазерных технологий — 1988 г., в дальнейшем преобразованной в кафедру лазерных технологий и экологического приборостроения и по настоящее время.

Охарактеризуем периоды 1, 2 и 3 фактами.

1976 г. — научные работы ОЛЛТ по физическим основам лазерной обработки тонких пленок удостоены Премии Президиума АН СССР за лучшую научную работу в области «Фундаментальных проблем микроэлектроники».

1983, 1984 гг. — работы кафедры удостоены Премий

Минвуза СССР за лучшую научную работу.

1986 г. — работы кафедры совместно с рядом других

организаций удостоены Государственной Премии СССР.

1988 г. — кафедра ОТОС с лабораторией ЛТ по инициативе

ректора ЛИТМО преобразована в выпускающую кафедру

«Лазерных технологий» и начинается систематический

выпуск специалистов по специальности 07.23 «лазерная

техника и лазерные технологии».

1996 г. — кафедра ЛТ переименована в кафедру ЛТ и ЭП и осуществляет выпуск специалистов как лазерным технологиям, так и по специальности «инженер–педагог» со специализацией «экология».

С 2000 г. — лаборатория и кафедра ЛТ признаны Ведущей научной школой Российской Федерации по «Фундаментальным основам лазерных микротехнологий».

2001 – 2007 г. — этот статус ежегодно подтверждается.

2010 г –присуждение Премии Правительства Российской Федерации в области образования за «Создание системы


подготовки специалистов высшей квалификации по

лазерным технологиям»


  • За период времени с 1988 по 2010 г. кафедра выпустила более 400 специалистов в области лазерных технологий;

  • За тот же период времени сотрудниками и аспирантами кафедры защищены 2 докторские и более 20 кандидатских диссертаций;

  • По результатам работ кафедры издано 9 монографий;

  • Результаты исследований сотрудников кафедры изложены более чем в 500 научных статьях и 50 патентах и авторских свидетельствах;

Период IV с 2008 г. и по настоящее время характеризуется тем, что университет явился победителем конкурса Правительства РФ 2006-2008г.г., проводимого в рамках приоритетного национального проекта «Образование» по отбору образовательных учреждений высшего профессионального образования, внедряющих инновационные образовательные программы.

При этом одним из направлений научно-образовательной деятельности Университета в рамках конкурса было выбрано направление «Лазерные технологии и системы», которое соответствует приоритетным направлениям развития науки, техники и технологий в РФ и критическим технологиям РФ.

По результатам маркетинговых исследований ожидаемый рынок труда специалистов по данному направлению в Санкт-Петербурге составляет 300 чел. в год, по России — порядка 1500 человек.

Важнейшей составной частью проекта явилось создание новых научно-образовательных структур, центров и лабораторий, для оснащения которых были проведены закупки необходимого оборудования и приборов. Приведем информацию по данному разделу программы более подробно:



<< предыдущая страница   следующая страница >>