Ученые Томского политехнического университета с участием Саратовского государственного университета вместе с коллегами из Тайваня предложили, как создать лазерное «лезвие» для медицинского скальпеля с заданной кривой формой с помощью фотонного «крючка». Сейчас существуют лазерные скальпели только с осесимметричной формой области фокусировки, то есть лезвие у них цилиндрическое. По мнению ученых, изменение формы лезвия расширит возможности применения лазера в медицине, при этом оно примерно в два раза тоньше цилиндрического варианта. Концепция и ее обоснование опубликованы в журнале Journal of Biophotonics (IF: 3,032; Q1).

Лазерный скальпель — хирургический инструмент, с помощью которого разрезают или удаляют биологические ткани за счет энергии лазерного излучения. Луч резко повышает температуру на ограниченном участке ткани — она может достигать 400 °С. При такой температуре облучаемый участок мгновенно сгорает. При этом лазер сразу «запаивает» мелкие кровеносные сосуды по краям разреза. Лазерный скальпель делает очень тонкие разрезы, уменьшает кровотечение, а само излучение абсолютно стерильно.

У обычного хирургического скальпеля есть самые разные формы лезвия под специфические задачи. У лазерных скальпелей такого многообразия нет, точнее, пока есть только одна форма локализации излучения — осесимметричная. Поэтому мы предложили простой способ, как сделать форму наконечника изогнутой с помощью фотонного «крючка» — это новый тип искривленного самоускоряющегося светового луча, по форме напоминающий крючок. Ранее мы теоретически предсказали и подтвердили экспериментально существование такого «крючка»,— говорит руководитель проекта и один из авторов статьи, профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин.

Обязательный элемент лазерного скальпеля — световод для передачи энергии лазера. На его конце формируется лазерный сфокусированный пучок длиной несколько длин волн. С его помощью хирург производит необходимые манипуляции. Стандартный материал для световода — оптоволокно.

Чтобы искривить лазерный луч, мы предложили одно из возможных простых решений: на конце оптоволокна разместить амплитудную или фазовую маску. Это тонкая пластинка из металла или диэлектрического материала, вроде стекла. Маска перераспределяет поток энергии внутри волокна и формирует криволинейную область локализации излучения на конце оптоволокна, то есть фотонный «крючок». Моделирование показало, что такое изогнутое лезвие имеет длину до 3 миллиметров, его толщина порядка 500 микрон (100 микрон — толщина человеческого волоса – ред.) при длине волны 1550 нанометров. То есть мы добавляем один маленький элемент, никак не затрагивая общую конструкцию устройства и принцип его работы, и получаем изменения только в области окончания оптоволокна (на наконечнике). Меняется форма и толщина лезвия: оно тоньше осесимметричного варианта примерно в два раза,— поясняет Игорь Минин.

В опубликованной статье исследователи представили теоретическое обоснование концепции, и сейчас они готовятся подтвердить ее экспериментально. Пройдут эксперименты на базе Национального университета Ян-Мин (Тайвань).

Работы выполняются при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований.

Пресс-служба Томского политехнического университета