Обоснование последовательности использования двух длин волн (1,5 и 0,97 мкм) при интерстициальной гипертермии биологических объектов

Введение. В лазерной методике LITT (Laser Interstitial Thermotherapy) используется излучение одной длины волны либо 0,98 мкм, либо 1,06 мкм, спектрально находящихся рядом. По спектру поглощения эти излучения относятся преимущественно к гемоглобинпоглощаемым и схожи по взаимодействию с биологической тканью.
Цель – определить возможности использования в лазерной гипертермии опухолей волн, отличающихся по хромофорам.
Методы и материалы. Проведено исследование эффективности воздействия разных длин волн, как в варианте последовательного, так и одномоментного облучения фантома суррогата живой ткани (СЖТ) и белковой модели гемоглобинпоглощаемым и водопоглощаемым излучением. Использовано оптоволокно с торцевым концом и радиарным типом наконечника.
Результаты. Водопоглощаемые излучения с длинами волн 1,56 мкм и 1,94 мкм позволили быстро достигать объемной коагуляции яичного белка. Напротив, излучение 0,97 мкм плохо коагулировало яичный белок при схожих мощностях излучения ввиду отсутствия в белке гемоглобина. В СЖТ, содержащем гемоглобин, объем коагулята зависел от длины используемой волны, концентрации гемоглобина и типа наконечника оптоволокна. Наибольший объем коагулированного фантома СЖТ достигался применением излучения 1,56 мкм с радиарным концом оптоволокна. Использование одномоментной комбинации двух излучений 0,98 мкм и 1,56 мкм при стандартных параметрах мощности в режиме коагуляции представляется нецелесообразным ввиду более агрессивного взаимодействия на примере СЖТ.
Выводы. Оптимальным режимом облучения при выполнении интерстициальной лазерной гипертермии опухоли представляется последовательное использование вначале водопоглощаемой, а затем гемоглобинпоглощаемой длин волн.

1. Chen C., Lee I., Tatsui C. et al. Laser interstitial thermotherapy (LITT) for the treatment of tumors of the brain and spine: a brief review // J Neurooncol. – 2021. – Vol. 151, № 3. – P. 429–442. https://doi.org/10.1007/s11060-020-03652-z.

2. Alkazemi M., Lo Y. T., Hussein H. et al. Laser Interstitial Thermal Therapy for the Treatment of Primary and Metastatic Brain Tumors: A Systematic Review and Meta-Analysis // World Neurosurg. – 2023. – Vol. 171. – P. e654–e671. PMID: 36549438. https://doi.org/10.1016/j.wneu.2022.12.079.

3. Bown S. G. Phototherapy in tumors // World J Surg. – 1983. – Vol.7.– P.700–709. https://doi.org/10.1007/bf01655209.

4. Friebel M., Helfmann J., Netz U. J., Meinke M. C. Influence of oxygen saturation on the optical scattering properties of human red blood cells in the spectral range 250 to 2000 nm // Journal of Biomedical Optics. – 2009. – Vol. 14, № 3. – P. 034001. https://doi.org/10.1117/1.3127200.

5. Марченко А. А, Минаев В. П. Смирнов И. В., Шевелкина Е. Д. Оценка оптических свойств крови в диапазоне длин волн излучения 1,3 - 2,0 мкм // Лазерная медицина. – 2019. – Т. 23, вып. 2. – С. 44–51. https://doi.org/10.37895/2071-8004-2019-23-2-44-51.

6. Розуменко В. Д. Нейронавигационная технология виртуального 3D планирования и интраоперационного сопровождения лазерной термодеструкции внутримозговых опухолей полушарий большого мозга // Украинский нейрохирургический журнал. – 2015. – № 3. – С. 43–49.

7. Коваленко А. А., Минаев В. П. О возможности использования излучения волоконных лазеров с длинами волн 1,56 и 1,68 мкм для интерстициальной термотерапии патологических новообразований // Радиооптика. МГТУ им. Н. Э. Баумана. Электрон. журн. – 2015. – № 05. – С. 101–114. https://doi.org/10.7463/rdopt.0515.0798995.

8. Casanova-Carvajal O., Zeinoun M., Urbano-Bojorge A. L. et al. The Use of Silica Microparticles to Improve the Efficiency of Optical Hyperthermia (OH) // Int. J. Mol. Sci. – 2021. – Vol. 22, № 10. – P. 5091. https://doi.org/10.3390/ijms22105091.

9. Неворотин А. И., Жлоба А. А., Ильясов И. К. Суррогат живой ткани для тестирования хирургических лазеров // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 1996.– Т. 122, № 11. – С. 597–600.

10. Красников А. Г., Плужников М. С., Неворотин А. И., Плоткина О. В. Полупроводниковый лазер «Актус-15»: выявление оптимальных параметров с использованием фантома ткани // Сборник научных трудов «Актуальные проблемы лазерной медицины», под ред. Н. Н. Петрищева. – 2006. – С. 299–306.

11. Астахов Ю. С., Акопов Е. Л., Иванов А. А. и др. Разработка и экспериментальное испытание двухволновой лазерной установки для фотокоагуляции тканей глаза // Офтальмологические ведомости. – 2013. – Т. 6, № 2. – С. 10–15. https://doi.org/10.17816/OV2013210-15.

12. Острейко О. В., Можаев С. В., Шевцов М. А., Поживил А. С. Экспериментальное исследование интерстициальной термодеструкции мозга лазерным излучением инфракрасного спектра, как малоинвазивного способа стереотаксического разрушения мишени // Ученые записки. – 2012. – № 4. – С. 77–80.

13. Острейко О. В., Черебилло В. Ю., Холявин А. И. и др. Малоинвазивная лазерная гипертермия в комплексном лечении локального продолженного роста глиобластом (пилотное исследование) // Российский нейрохирургический журнал им. проф. А. Л. Поленова. – 2023. – Т. 15, № 3. – С. 88–96. https://doi.org/10.56618/2071–2693_2023_15_3_88.

14. Рябова М. А., Улупов М. Ю., Шумилова Н. А. и др. Сравнение режущих и коагуляционных свойств волоконных лазеров с длиной волны 1,56 и 1,94 мкм с полупроводниковым лазером 0,98 мкм // Бюллетень сибирской медицины. – 2021. – Т. 20, № 4. – С. 56–62. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2021-4-56-62.

15. Острейко О. В., Юкина Г. Ю., Сухорукова Е. Г. и др. Теплофизическое моделирование и результаты экспериментального исследования лазерной гипертермии глиом // Российский нейрохирургический журнал им. проф. А. Л. Поленова. – 2023. – Т. 15, № 3. – С. 97–102. https://doi.org/10.56618/2071–2693_2023_15_3_97.

16. Ko S. B., Choi H. A., Parikh G. et al. Real time estimation of brain water content in comatose patients // Ann Neurol. – 2012. – Vol. 72, № 3. – P. 344–50. https://doi.org/10.1002/ana.23619.

17. Острейко О. В., Галкин М. А., Папаян Г. В. и др. Применение биофантомов для оценки термических эффектов лазерного излучения с длинами волн 970 нм и 1560 нм при разных режимах воздействия // Biomedical Photonics. – 2022. – Т. 11, № 2. – С. 12–22. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2022-11-2-12-22.