ỨNG DỤNG LASER CÔNG SUẤT CAO TRONG PHẪU THUẬT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
NGÀNH VẬT LÝ KỸ THUẬT

ỨNG DỤNG LASER CÔNG SUẤT CAO TRONG PHẪU THUẬT
Giảng viên: PGS.TS Trần Minh Thái


Mở đầu
Nội Dung
 !!"#$%&'!()
*+%,!  !!"%&'!()
/01
/0/233)4
5 !!"#$%&*6/'!()
701*(!8)%&*6/
3.2 > Các mô hình của laser ở chế độ liên tục
3.3 > Tương tác của laser CO
2
với mô sống
3.4 > Ứng dụng laser CO
2
trong phẫu thuật
9
5 !!"#$%&#: '!()
;01*(!8)%&#: 
;0/*.#%&#: 
<+=!
* Laser là một thiết bị tạo ra nguồn sáng đơn sắc nhân tạo với tính chất đặc biệt mà những nguồn
sáng tự nhiên cũng như nhân tạo trước đó không thể nào có được. Ðó là độ đơn sắc cao,độ định
hướng lý tưởng , tính kết hợp cao , khả năng tập trung năng lượng lớn

* Nhiều nhà khoa học nổi tiếng
trên thế giới đã đánh giá cao
vai trò của Laser trong khoa
học và kỹ thuật hiện đại,
ví sự ra đời của Laser giống như
sự ra đời của transistor trước kia
hay mạch tích hợp IC sau này.
I >Lịch sử của phương pháp phẫu thuật bằng laser công suất cao
-

Phẫu thuật (ngoại khoa) có lịch sử lâu đời và đóng vai trò rất lớn trong y học.
-
Với quá trình phát triển lâu dài , rất nhiều phương pháp phẫu thuật được sử dụng nhằm đạt kết quả trong
phẫu thuật và giảm thời gian phục hồi cho bệnh nhân .
-
Bên cạnh những ưu điểm cũng đã nhận thấy một số nhược điểm của dao mổ truyền thống :
+Gây chảy máu trong quá trình phẫu thuật , vết mổ lâu lành.
+Dễ bị nhiễm trùng vết mổ.
+Tổn thương vùng mô lành bao quanh vùng cần xử lý.
+Gặp nhiều hạn chế trong phẫu thuật nội soi và những vùng không gian hẹp
-Nhằm khắc phục những nhược điểm trên , có những loại “dao mổ khác” được phát triển và sử dụng như dao mổ
điện , dao mổ siêu âm , laser công suất cao .
-Tuy nhiên dao mổ điện vẫn gây ảnh hưởng lớn đến mô xung quanh , dao mổ siêu âm đòi hỏi kỹ thuật phức tạp và
ứng dụng còn hạn chế nên sử dụng laser công suất cao như một phương pháp thay thế tối ưu .
-Với sự phát triển của kỹ thuật laser ngày nay , ngày càng có nhiều loại laser phẫu thuật được sử dụng và
ngày càng chứng minh được vai trò thay thế dao mổ truyền thống và phát triển những ứng dụng mới .
II > Cơ sở lý thuyết của phẫu thuật laser công suất cao
Cho tới nay người ta vẫn chưa tìm hiểu được thấu đáo các quá trình tương tác của laser lên các tổ chức trên
cơ thể người và động vật do sự khó khăn khi xem xét các chuyển hóa phức tạp xảy ra trong tổ chức sống
dưới tác dụng của tia laser.

Quá trình bắt đầu từ sự hấp thụ
laser. Khi chiếu laser lên bề mặt
các tổ chức sống thì 1 phần năng
lượng sẽ bị hấp thụ và 1 phần phản
xạ trở lại
- Mức hấp thụ , độ xuyên sâu của tia laser phụ thuộc vào bước sóng của laser và tính chất của bản
thân tổ chức sống.
-Tia laser có nhiều loại bước sóng khác nhau nên đáp ứng đầy đủ các yêu cầu khác nhau trong
phẫu thuật. Đối với những phẫu thuật trên bề mặt mô, yêu cầu độ xuyên sâu thấp thường hay
sử dụng laser CO2 , trong khi đối với những mô cần can thiệp sâu dưới bề mặt thường sử dụng
các loại laser có độ xuyên sâu như laser bán dẫn , laser Nd-YAG , laser Ar…
+Laser CO2 bước sóng 10,6μm bị hấp thụ rất mạnh bởi nước vốn chiếm 70-90% các tổ chức
ở cơ thể người. Gần như tất cả năng lượng của laser CO2 sẽ được hấp thụ bởi lớp tế bào bề
mặt, không phụ thuộc màu sắc tế bào .
-Laser bán dẫn ,laser Nd-YAG và laser Ar ít bị nước hấp thu, vì vậy xuyên sâu vào dưới mô hơn. Nhưng
trong tế bào có nhiều chất khác nhau có thể hấp thụ các loại laser này, điển hình là Hb hấp thụ mạnh laser
Ar blue-green. Laser Nd-YAG 1.06 nm bị Hb hấp thụ ít hơn, vì vậy dễ xuyên sâu qua các mô. Nhiều tác giả
đánh giá cao triển vọng của nó đối với các vết loét chảy máu ở bộ máy tiêu hóa và các khối u hắc tố
(melanoma) trong đường hô hấp
Tóm Lại :
Năng lượng laser tương tác trên bề mặt hay vào sâu trong mô phụ thuộc vào bước sóng của chùm tia laser
và bản thân thành phần tổ chức mô . Khi được các tổ chức sống hấp thụ năng lượng chùm tia sẽ chuyển
thành nhiệt năng cung cấp cho các phản ứng quang hóa, rồi chuyển sang bức xạ huỳnh quang, cuối cùng là
dẫn tới tổn thương mô.
2.1 > Hiệu ứng Nhiệt :
Hiệu ứng nhiệt là thành phần quan trọng nhất trong các tương tác của laser lên tổ chức sống. Phần lớn năng
lượng laser trong vùng nhìn thấy và vùng hồng ngoại được chuyển hóa thành nhiệt, gây ra bỏng và đốt cháy
các mô. Tuy nhiên sự tổn thương được giới hạn rất chặt chẽ chỉ trong vùng tia laser chiếu tới vì các xung
cực ngắn của laser cung cấp nhiệt năng tức thời ko đủ để lan truyền ra xung quanh vùng bị chiếu.

Ví dụ
Laser CO2 chiếu vào tế bào sẽ làm cho chất lỏng đạt tới điểm sôi. Hơi tạo ra trong tế bào sẽ làm nổ tung nó
(gọi là hóa hơi, hay bốc bay tế bào). Hiệu ứng nhiệt tiếp theo đó là sự than hóa. Tuy nhiên thì kích thước
vùng tổn thương chỉ có 0.03mm.
H. Richter, W. Schuchardt (1981) so sánh tác dụng của laser CO2 và laser Nd-YAG trên các loại mô động
vật khác nhau đi tới kết luận: với tính dẫn nhiệt ở mô tương đương nhau, nhiệt độ lớn nhất ở mô bị chiếu
bởi laser CO2 nhỏ hơn hẳn so với laser Nd-YAG, nhiệt độ ở vùng xung quanh khu vực chiếu laser CO2
cũng nhỏ hơn hẳn so với laser :>?@A
* Hiệu ứng bóc bay tổ chức
Khi mật độ công suất :
Thời gian chiếu :1/1000 (s) đến 1s
Dựa vào độ định hướng lý tưởng và độ đơn sắc cao =>hình thành nên cơ sở của phẫu thuật laser ->tạo vết
cắt nhỏ trong phẫu thuật
2
64
1010
cm
W
S
P
÷=
Thực nghiệm bằng laser CO
2
cho thấy : laser CO
2
tương tác với mô với độ chính xác khá cao và đồng thời
việc tác động đến các mô xung quanh là rất ít
Tương tác chính giữa tia laser công suất cao và mô là tương tác nhiệt. Kết quả là nhiệt độ tại mô bị chiếu
tăng lên
- Độ nóng lên của mô cũng phụ thuộc vào màu sắc của nó. các mô có sắc tố hấp thụ nhiều năng lượng laser

hơn.
- Năm 1969, P.E. Кавецский và các cộng sự đã rút ra: gan và vùng da sẫm màu, khi chiếu laser vào, nóng
mạnh hơn hẳn so với các mô không chứa sắc tố.
* Chỉ sử dụng các hiệu ứng nhiệt để giải thích về tổn thương do tia laser thì không đủ. Khi nhiệt độ vùng bị
chiếu tăng cao 1 cách tức thời, sẽ xuất hiện cả các hiệu ứng cơ học.
Н. Ф. Гамалея (1981) chỉ ra sự xuất hiện hiệu ứng áp lực ngược: khi xảy ra sự hóa hơi (bốc bay) trên bề
mặt của tổ chức sinh học dưới tác dụng của laser, các hạt vật chất bay lên từ bề mặt bị chiếu sẽ làm xuất
hiện 1 xung cơ học hay 1 áp lực ngược lại với chiều bay lên của nó, tức là trùng với hướng tới của tia laser.
Một hiệu ứng cơ học khác cũng được Гамалея nhắc tới là sự tăng vọt thể tích cục bộ của tổ chức do nhiệt
độ tại đó tăng nhanh tức thời không kịp lan tỏa ra xung quanh. Điều này kéo theo sự xuất hiện các dao động
dàn hồi tại ranh giới của vùng chiếu, gây ra các tổn thương khác hẳn so với tổn thương nhiệt của tia laser
0
Các hiệu ứng cơ học tương tự sẽ không xảy ra nếu sử dụng laser dạng liên tục
2.2 > Hàng rào sinh học :
Hàng rào sinh học ta chú ý đến 3 hiệu ứng sau:
- Sự đông đặc (Coagulation): tế bào cô đặc lại, và bắt đầu bị hoại tử, nhiệt độ ít nhất để xảy ra hiện tượng là
60
o
C.
- Sự bốc hơi (Vaporization): khi bị đốt nóng đến nhiệt độ cao (khoảng 100
o
C) một số thành phần của tế bào
bị bốc hơi.
- Sự Carbon hóa (Cabonization): khi bị đốt nóng trên 100
o
C các phân tử hữu cơ bị phân hủy.
* Bản chất của hàng rào sinh học trong phẫu thuật laser
Khi chiếu tia laser công suất cao lên mô, nhiệt độ của mô sẽ tăng lên và phân bố thành
nhiều lớp tiên tiếp nhau:
Vùng (1) là vùng có nhiệt độ cao nhất (lớn hơn 100

o
C ) do tia laser chiếu trực tiếp vào, đây
là vùng tế bào bị đốt cháy.
Vùng (2) là vùng có nhiệt độ thấp hơn (khoảng 100
o
C), hiệu ứng chủ yếu là sự bốc hơi,
phần lớn nước trong tế bào thoát ra ngoài, mật độ vật chất tại vùng này tăng cao, hình thành
một lớp tế bào bị hoại tử bao bọc lấy vết cắt.
Vùng (3) là vùng có nhiệt độ vào khoảng 60
o
C, hiệu ứng chủ yếu là sự đông đặc của tế
bào, nước mô, máu không thấm ra ngoài được.
Vùng (2) và (3) chính là hàng rào sinh học bảo vệ vết cắt. Hai hiệu ứng quan trọng nhất
chính là sự bốc hơi và đông đặc của tế bào.
Như vậy bản chất của hàng rào sinh học trong phẫu thuật laser là lớp màng của các tế bào bị hoại tử và bị đông lại do tác
dụng của tia laser.
Bề dày của hàng rào sinh học này vào khoảng micromet nhưng có tác dụng rất lớn trong việc bảo vệ vết thương tránh
nhiễm trùng, ngăn chặn sự phát tán của các tổ chức gây bệnh, điều này có ý nghĩa rất quan trọng trong phẫu thuật đặc
biệt là phẫu thuật các tế bào ung thư.
Ngoài ra khi sử dụng tia laser trong phẫu thuật cần chú ý đến mật độ công suất và thời gian chiếu tia để phát huy những
đặc tính tối ưu của hàng rào sinh học.
III> Phẫu thuật bằng laser CO2 công suất cao
3.1 > Cấu tạo laser CO2
Với tên gọi là laser CO
2
bởi vì sự bức xa cưỡng bức phát ra tia laser được thực hiện bởi các phân tử CO
2
.
Đây là một loại laser phân tử có công suất rất cao. Sự chuyển mức tạo ra laser có bước sóng 9.4 hoặc
10.6nm thuộc vùng hồng ngoại xa.

Hệ thống khớp quang cơ gồm nhiều đoạn khác nhau liên thông quang học qua một dãy các thấu kính được
chế tạo thật chính xác.Vì thế dao mổ laser CO
2
hiện nay vẫn đảm bảo được tính cơ động cao do cấu tạo đặc
biệt này. Bước sóng của laser CO
2
nằm trong vùng không nhìn thấy nên người ta ghép vào hệ thống khớp
quang cơ một laser khí He-Ne có ánh sáng đỏ đồng trục làm tia dẫn đường.