Physical justification of the safety of using a surgical laser with a wavelength of 445nm during stapedoplasty

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Aim – to substantiate the safety of using a laser beam with a wavelength of 445 nm during stapedoplasty by means of an experimental physical model.

Material and methods. Together with physicists from the Russian Engineering Club LLC, a physical experimental model was created to theoretically substantiate the use of a surgical laser with a wavelength of 445 nm during stapedoplasty at its various stages.

Results. Based on the physical calculations carried out during our study, we came to important conclusions regarding the effect of laser radiation on the structures of the inner ear during the stapedoplasty process. It was found that even if the value of the parasitic (damaging) radiation energy is 10 W (maximum value) with an average pulse duration used for perforation of the footplate of the stirrup is 0.15 s, its effect will not lead to any significant thermal effect on the perilymph.

Conclusions. The obtained data serve as a basis for further research and improvement of laser technologies in the field of otosurgery. As part of our study, we anticipate the need for additional histological analysis based on the results obtained. Despite encouraging findings regarding the safety of parasitic laser radiation in the context of thermal exposure to perilymph, histological examination represents an important next step for a deeper understanding of structural changes in the tissues of the inner ear.

About the authors

Valerii M. Svistushkin

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: svvm3@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7414-1293

Dr. Sci. (Med.), Professor, Head of the Department of ear, nose and throat diseases, Institute of Clinical Medicine named after N.V. Sklifosovsky

Russian Federation, Moscow

Eduard V. Sinkov

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: 1178461@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4870-5977

Cand. Sci. (Med.), Associate professor of the Department of ear, nose and throat diseases, Institute of Clinical Medicine named after N.V. Sklifosovsky

Russian Federation, Moscow

Vasilii P. Sobolev

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: sobolev_v_p@staff.sechenov.ru
ORCID iD: 0000-0002-7372-3299

Cand. Sci. (Med.), Associate professor of the Department of ear, nose and throat diseases, Institute of Clinical Medicine named after N.V. Sklifosovsky

Russian Federation, Moscow

Gennadii A. Varev

Russian Engineering Club LLC

Email: info@lasermed.ru
ORCID iD: 0009-0007-0543-2477

Cand. Sci. (Tech.), General Director

Russian Federation, Tula

Artur R. Tekoev

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Author for correspondence.
Email: arturtekoev@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9511-9212

postgraduate student of the Department of ear, nose and throat diseases, Institute of Clinical Medicine named after N.V. Sklifosovsky

Russian Federation, Moscow

References

  1. Krukov AI, Garov EV, Zelenkova VN, et al. The results of laser-assisted piston stapedoplasty in the patients with otosclerosis. Russian Bulletin of Otorhinolaryngology. 2013;78(2):17-20. [Крюков А.И., Гаров Е.В., Зеленкова В.Н., и др. Результаты поршневой стапедопластики с лазерной ассистенцией при отосклерозе. Вестник оториноларингологии. 2013;78(2):17-20]. URL: https://www.mediasphera.ru/issues/vestnik-otorinolaringologii/2013/2/030042-4668201324
  2. Minovi A, Probst G, Dazert S. Aktuelle Aspekte zur chirurgischen Therapie der Otosklerose. HNO. 2009;57(3):273-286. DOI: https://doi.org/10.1007/s00106-009-1888-1
  3. Svistushkin VM, Sinkov EV, Stozhkova IV. Etiopathogenetic aspects of otosclerosis. Russian Otorhinolaryngology. 2021;20(5):68-74. [Свистушкин В.М., Синьков Э.В., Стожкова И.В. Этиопатогенетические аспекты отосклероза. Российская оториноларингология. 2021;20(5):68-74]. DOI: https://doi.org/10.18692/1810-4800-2021-5-68-74
  4. Gadyan AT, Yanov YuK, Levinina M, Anikin IA. Analysis of the results of stapedoplasty performed in a traditional way and with a laser in otosclerosis and adhesive otitis. Russian Otorhinolaryngology. 2008;2:216-220. (In Russ.). [Гадян А.Т., Янов Ю.К., Левинина М.В., Аникин И.А. Анализ результатов стапедопластики, выполненной традиционном способом и с помощью лазера, при отосклерозе и адгезивном отите. Российская оториноларингология. 2008;2:216-220].
  5. Pauli N, Strömbäck K, Lundman L, Dahlin-Redfors Y. Surgical technique in stapedotomy hearing outcome and complications. Laryngoscope. 2020;130(3):790-796. DOI: https://doi.org/10.1002/lary.28072
  6. Kos M, Montandon Р, Guyot J. Short- and long-term results of stapedotomy and stapedectomy with a Teflon-wire piston prosthesis. Ann Otol Rhinol Laryngol. 2001;110(10):907-11. DOI: https://doi.org/10.1177/000348940111001003
  7. Vishnyakov VV, Svistushkin VM, Sinkov EV. The application of the modern high-energy laser technologies for the surgical treatment of the patients presenting with otosclerosis. Russian Bulletin of Otorhinolaryngology. 2017;1:56-58. [Вишняков В.В., Свистушкин В.М., Синьков Э.В. Современные высокоэнергетические лазерные технологии при хирургическом лечении больных отосклерозом. Вестник оториноларингологии. 2017;1:56-58]. DOI: https://doi.org/10.17116/otorino201782156-58
  8. Arnoldner C, Schwab B, Lenarz T. Clinical results after stapedotomy: a comparison between the erbium: yttrium–aluminum–garnet laser and the conventional technique. Otol Neurotol. 2006;27:458-65. DOI: https://doi.org/10.1097/01.mao.0000217355.96334.ba
  9. Langman A, Lindeman R. Revision stapedectomy. Laryngoscope. 1993;103(9):954-958. DOI: https://doi.org/10.1288/00005537-199309000-00002
  10. Smyth G, Hassard Т. Eighteen years of experience with stapedotomy, the case of small fenestra operation. Ann Otol Rhinol Laringol. 1978;49:87-92. DOI: https://doi.org/10.1177/00034894780870s301
  11. Bartel R, Huguet G, Cruellas F, et al. Laser vs drill for footplate fenestration during stapedotomy: a systematic review and meta-analysis of hearing results. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 2021;278:9-14. DOI: https://doi.org/10.1007/s00405-020-06117-1
  12. Wegner I, Kamalski DM, Tange RA, et al. Laser versus conventional fenestration in stapedotomy for otosclerosis: a systematic review. Laryngoscope. 2014;124(7):1687-1693. DOI: https://doi.org/10.1002/lary.24514
  13. Fang L, Lin H, Zhang T-Yu, Tan J. Laser versus non-laser stapedotomy in otosclerosis: A systematic review and meta-analysis. Auris Nasus Larynx. 2014;41(4):337-342. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anl.2013.12.014
  14. Frenz M. Physical characteristics of various lasers used in stapes surgery. Adv Otorhinolaryngol. 2007;65:237-49. DOI: https://doi.org/10.1159/000098838
  15. Young E, Mitchell-Innes A, Jindal M. Lasers in stapes surgery: a review. The Journal of Laryngology & Otology. 2015;129(7):627-633. DOI: 10.1017/s0022215115001280' target='_blank'>https://doi.org/doi: 10.1017/s0022215115001280
  16. Casazza GC, Thomas AJ, Dewey J, et al. Variations in stapes surgery cost within a multihospital network. Otolaryngol Head Neck Surg. 2019;161(5):835-841. DOI: https://doi.org/10.1177/0194599819855055
  17. Yavuz H, Caylakli F, Ozer F, Ozluoglu LN. Reliability of microdrill stapedotomy: comparison with pick stapedotomy. Otol Neurotol. 2007;28:998-1001. DOI: https://doi.org/10.1097/MAO.0b013e31815a3548
  18. Svistushkin VM, Sinkov EV, Stozhkova IV. Quality of life in patients with otosclerosis. Medical Council. 2022;(8):126-130. [Свистушкин В.М., Синьков Э.В., Стожкова И.В. Качество жизни пациентов с отосклерозом. Медицинский совет. 2022;16(8):126-130]. DOI: https://doi.org/10.21518/2079-701X-2022-16-8-126-130
  19. Fang L, Lin H, Zhang TY, Tan J. Laser versus non-laser stapedotomy in otosclerosis: a systematic review and meta-analysis. Auris Nasus Larynx. 2014;41(4):337-42. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anl.2013.12.014
  20. Vincent R, Bittermann AJN, Oates J, et al. KTP Versus CO2 Laser Fiber Stapedotomy for Primary Otosclerosis. Otology & Neurotology 2012;33(6):928-933. DOI: https://doi.org/10.1097/MAO.0b013e31825f24ff
  21. Barbara M, Lazzarino AI, Murè C, et al. Laser Versus Drill-Assisted Stapedotomy for the Treatment of Otosclerosis: A Randomized-Controlled Trial. Journal of International Advanced Otology. 2011;7:283-288. URL: https://www.advancedotology.org/en/laser-versus-drill-assisted-stapedotomy-for-the-treatment-of-otosclerosis-a-randomized-controlled-trial-161193
  22. Shabana Y, Allam H, Pedersen C. Laser stapedotomy. The Journal of Laryngology & Otology. 1999;113(5):413-416. DOI: https://doi.org/10.1017/S0022215100144111
  23. Motta G, Moscillo L. Functional results in stapedotomy with and without CO2 laser. ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec. 2002;64(5):307-10. DOI: https://doi.org/10.1159/000066079
  24. Buchman CA, Fucci MJ, Roberson JB, De La Cruz A. Comparison of argon and CO2 laser stapedotomy in primary otosclerosis surgery. Am J Otolaryngol. 2000;21(4):227-30. DOI: https://doi.org/10.1053/ajot.2000.8380
  25. Haberkamp TJ, Harvey SA, Khafagy Y. Revision stapedectomy with and without the CO2 laser: an analysis of results. Am J Otol. 1996;17(2):225-229. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8723952/
  26. Jovanovic S, Schönfeld U, Hensel H, Scherer H. Clinical experiences with the CO2 laser in revision stapes surgery. Laser-Medizin: eine interdisziplinäre Zeitschrift: Praxis, Klinik, Forschung. 1997;13(1):37-40. DOI: https://doi.org/10.1016/S0938-765X(97)80009-0
  27. Boyev KP. Use of Lasers in Otosclerosis Surgery. Otolaryngologic Clinics of North America. 2018;51(2):405-413. DOI: 10.1016/j.otc.2017.11.009' target='_blank'>https://doi: 10.1016/j.otc.2017.11.009
  28. Parida PK, Kalaiarasi R, Gopalakrishnan S. Diode Laser Stapedotomy vs Conventional Stapedotomy in Otosclerosis: A Double-Blinded Randomized Clinical Trial. Otolaryngol Head Neck Surg. 2016;154(6):1099-1105. DOI: https://doi.org/10.1177/0194599816635132
  29. Malafronte G, Filosa B, Barillari MR. Stapedotomy: is the color of the footplate important in the choice of the type of perforator? Otol Neurotol. 2011;32(7):1047-1049. DOI: https://doi.org/10.1097/MAO.0b013e31822a1ccc
  30. Garin P, Van Prooyen-Keyser S, Jamart J. Hearing outcome following laser-assisted stapes surgery. J Otolaryngol. 2002;31(1):31-34. DOI: https://doi.org/10.2310/7070.2002.19196

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Simplified model of laser action on the stapes bone and the perilymph to be treated: 1 – the quartz end of the light guide with a diameter of D0 = 600 mkm contacts the bone 2; 3 – the evaporated volume of the bone V0 (thickness h0); 4 – the volume of the perilymph heated by parasitic radiation Vp.

Download (155KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Simplified model of laser radiation penetration into the underlying liquid.

Download (105KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Svistushkin V.M., Sinkov E.V., Sobolev V.P., Varev G.A., Tekoev A.R.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».