2) лазеры в биомедицине

Проведен широкий цикл исследований и разработок нового поколения интеллектуальных лазерных медицинских систем и технологий для наиболее социально значимых разделов медицины (кардио и нейрохирургия, онкология).

(1) В рамках концепции лазерно-информационных технологий дистанционного создания трехмерных объектов и биомоделирования разработана и реализована уникальная технология создания копий фрагментов человеческого скелета, индивидуальных моделей имплантов и оснастки для их изготовления методом компьютерной лазерной стереолитографии по входным данным, полученным с рентгеновских и ЯМР томографов, передаваемых из различных клиник по сетям Интернет. Разработанная технология уже реализована для изготовления имплантов и планирования операций в области челюстно-лицевой хирургии, нейрохирургии и онкологии для более чем 200 пациентов в 10 клиниках России.

(2) На основе разработанного подхода к локальной модификации нано-пористых и полимерных материалов были разработаны основы создания 3-хмерных матриц биополимеров методами лазерного спекания и сверхкритической обработки.

(3) Были исследованы процессы лазерной перфорации различных биотканей и кровенаполненных органов на базе специально созданного мощного (1кВт) волноводного СО²-лазера. На основе этих исследований создана и внедрена в клиническую практику интеллектуальная лазерная медицинская система "Перфокор" для проведения операций на сердце по процедуре трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации. Система не имеет аналогов в России и Европе. Проведено более 350 успешных операций за период 1997-2004г.г. Система сертифицирована Минздравом России.

(4) Разработаны физико-химические и медико-биологические основы нового метода неинвазивной медицины - лазерной термопластики хрящевых тканей. Данный метод основан на открытом в ИПЛИТ РАН явлении тепловой лазерно-индуцированной релаксации напряжений в хрящевой ткани. Новый метод успешно внедряется в клиническую практику.

(5) Разработан новый метод лечения дегенеративных заболеваний межпозвонковых дисков под действием ИК лазерного излучения умеренной интенсивности, основанный на лазеро-индуцированной тепловой локальной регенерации хрящей гиалинового типа. Новый метод успешно проходит стадию клинических испытаний.

(6) Для диагностики лазерного испарения биотканей впервые предложен и разработан новый метод лазерной доплеровской спектроскопии, основанный на автодинном детектировании (прием на резонатор СО₂-лазера) обратно рассеянного из зоны воздействия излучения. С использованием одномодовых СО₂ лазеров мощностью до 30 Вт исследованы основные закономерности формирования доплеровских спектров для широкого круга биотканей in vitro различной структуры и состава и биологических жидкостей. Установлено, что такая диагностика позволяет:
а) получать в реальном масштабе времени информацию о типе биоткани, с которой взаимодействуют лазерное излучение (идентифицировать ее относительно других);
б) определять момент перехода излучения от одного типа ткани к другому и управлять процессом испарения тканей при достижении определенных условий;
в) исследовать механизмы взаимодействия высокоинтенсивного лазерного излучения с реальными биотканями как неоднородными многокомпонентными средами. Полученные результаты не имеют отечественных и зарубежных аналогов.

(7) Создан экспериментальный образец лазерной хирургической установки класса интеллектуальных медицинских систем с оперативным контролем процесса испарения биотканей методом автодинного детектирования обратно рассеянного излучения (на базе СО₂ лазерного хирургического аппарата "Ланцет" производства ГУП "Конструкторское бюро приборостроения", г.Тула). Система оперативного контроля детектирует скачкообразное изменение автодинного сигнала при прохождении лазерного излучения через границы раздела слоев различных типов тканей с последующей выдачей управляющих воздействий на систему управления хирургической установки.

(8) Проведено экспериментальное исследование механизмов передачи фотосигнала в клетке. На модели межклеточной адгезии изучены механизмы передачи и усиления фотосигнала с l =820нм в клетке. Показано участие ферментов дыхательной цепи на начальных этапах каскады передачи фотосигнала от фотоакцептора, цитохром с оксидазы. Обнаружено, что усиление и передача фотосигнала внутри клетки зависит от суммарного окислительно-восстановительного потенциала клетки.

(9) Исследованы возможные генетические эффекты излучения He-Ne лазера. При помощи электронной микроскопии изучены ультраструктурные изменения в митохондриях и ядрах дрожжевой клетки Torulopsis sphaerica, предшественники которых были облучены He-Ne лазером. Сделан вывод, что генетические эффекты излучения He-Ne лазера связаны с митохондриальной ДНК.

(10) Разработана уникальная технология, позволяющая исследовать сетчатку глаза методом активной коррекции аберраций глаза. Эта технология дает возможность добиться практически полного устранения искажений и получать изображения сетчатки с угловым размером до 15-20° и пространственным разрешением 3-4 микрона. Изображения регистрируются цифровой фундус-камерой сверхвысокого разрешения. Полученные данные могут быть использованы для назначения и планирования операций лазерной коррекции зрения, точного подбора контактных линз, изучения патологий.

Следующие важные результаты института по применению лазеров в биомедицине отражены в "Отчете о деятельности РАН в 2003 году":

Разработаны новые методы модификации пористых материалов с применением сверхкритических сред и формирования и очистки пористых минерал-полимерных композитов с целью создания материалов для направленной регенерации костных тканей и имплантантов нового поколения. (ИПЛИТ РАН)

Разработаны методики построения по результатам томографических исследований компьютерных биомоделей в SТF формате для различных областей медицины и создана минерал-полимерная композиция для изготовления методом лазерной стереолитографии биосовместимых и биоактивных имплантантов со структурой, подобной структуре костной ткани. (ИПЛИТ РАН).