Използване на лазера в медицината и комуникациите. Лазери в медицината

лазерно око медицина зрение

Лазери, използвани в медицината

От практическа гледна точка, особено за използване в медицината, лазерите се класифицират според вида на активния материал, метода на захранване, дължината на вълната и мощността на генерираното лъчение.

Активната среда може да бъде газ, течност или твърдо вещество. Формите на активната среда също могат да бъдат различни. Най-често газовите лазери използват стъклени или метални цилиндри, пълни с един или повече газове. Ситуацията е приблизително същата при течните активни среди, въпреки че често се срещат правоъгълни кювети от стъкло или кварц. Течните лазери са лазери, при които активната среда е разтвор на определени съединения на органични багрила в течен разтворител (вода, етилов или метилови алкохолии така нататък.).

В газовите лазери активната среда са различни газове, техните смеси или метални двойки. Тези лазери се делят на газоразрядни, газодинамични и химически. В газоразрядните лазери възбуждането се осъществява чрез електрически разряд в газ, в газодинамичните лазери се използва бързо охлаждане по време на разширяването на предварително нагрята газова смес, а в химическите лазери активната среда се възбужда поради енергия, отделена по време на химичните реакции на компонентите на средата. Спектралния диапазон на газовите лазери е много по-широк от този на всички останали видове лазери. Покрива областта от 150 nm до 600 µm.

Тези лазери имат висока стабилност на параметрите на излъчване в сравнение с други видове лазери.

Твърдотелните лазери имат активна среда под формата на цилиндричен или правоъгълен прът. Такъв прът най-често е специален синтетичен кристал, например рубин, александрит, гранат или стъкло с примеси на съответния елемент, например ербий, холмий, неодим. Първият работещ лазер работи върху рубинен кристал.

Разнообразие от активен материал във формата твърдосъщо са полупроводници. Напоследък, поради малкия си размер и рентабилността, полупроводниковата индустрия се развива много бързо. Поради това полупроводниковите лазери се класифицират като отделна група.

И така, според вида на активния материал се разграничават следните видове лазери:

Газ;

течност;

Върху твърдо тяло (твърдо състояние);

полупроводник.

Видът на активния материал определя дължината на вълната на генерираното лъчение. различни химически елементиДнес могат да се разграничат повече от 6000 вида лазери в различни матрици. Те генерират радиация от областта на така наречения вакуумен ултравиолетов (157 nm), включително видимата област (385-760 nm), до далечния инфрачервен (> 300 µm) диапазон. Все по-често понятието "лазер", дадено първоначално за видимата област на спектъра, се пренася и в други области на спектъра.

Таблица 1 - лазери, използвани в медицината.

Например, за излъчване с по-къси дължини на вълните от инфрачервените се използва понятието „рентгенови лазери“, а за излъчване с по-дълги дължини на вълните от ултравиолетовите се използва понятието „лазери, генериращи милиметрови вълни“.

Газовите лазери използват газ или смес от газове в тръба. Повечето газови лазери използват смес от хелий и неон (HeNe), с първичен изходен сигнал от 632,8 nm (nm = 10~9 m) във видимо червено. Този лазер е разработен за първи път през 1961 г. и става предшественик на цяло семейство газови лазери. Всички газови лазери са доста сходни по дизайн и свойства.

Например, CO2 газов лазер излъчва дължина на вълната от 10,6 микрона в далечната инфрачервена област на спектъра. Газовите лазери с аргон и криптон работят на множество честоти, като излъчват предимно във видимата част на спектъра. Основните дължини на вълните на аргоновото лазерно лъчение са 488 и 514 nm.

Лазерите в твърдо състояние използват лазерен материал, разпределен в твърда матрица. Един пример е неодимовият (Kyo) лазер. Терминът YAG е съкращение за кристала - итриев алуминиев гранат - който служи като носител за неодимови йони. Този лазер излъчва инфрачервен лъч с дължина на вълната 1,064 микрона. Спомагателни устройства, които могат да бъдат вътрешни или външни за резонатора, могат да се използват за преобразуване на изходния лъч във видимия или ултравиолетов диапазон. Като лазерна среда могат да се използват различни кристали с различна концентрация на йони-активатори: ербий (Er3+), холмий (Ho3+), тулий (Tm3+).

От тази класификация ще изберем лазерите, които са най-подходящи и безопасни за медицинска употреба. По-известните газови лазери, използвани в стоматологията, включват CO2 лазери и He-Ne лазери (хелиево-неонови лазери). Газовите ексимерни и аргоновите лазери също представляват интерес. От твърдотелните лазери най-популярен в медицината е лазерът YAG:Er, който има ербиеви активни центрове в кристала. Все повече хора се обръщат към YAG:Ho лазери (с холмиеви центрове). За диагностика и терапевтична употребаголяма група както газ, така и полупроводникови лазери. Понастоящем повече от 200 вида полупроводникови материали се използват като активна среда в лазерното производство.

Таблица 2 - характеристики на различните лазери.

Лазерите могат да бъдат класифицирани по вид захранване и режим на работа. Тук се разграничават устройства с непрекъснато или импулсно действие. Лазерът с непрекъсната вълна произвежда радиация, чиято изходна мощност се измерва във ватове или миливати.

В този случай степента на енергийно въздействие върху биологичната тъкан се характеризира с:

Плътността на мощността е съотношението на мощността на излъчване към площта на напречното сечение на лазерния лъч p = P/s].

Мерни единици в лазерна медицина-- [W/cm 2 ], [mW/cm 2 ];

Радиационна доза P, равна на съотношението на произведението на радиационната мощност [P и времето на облъчване към площта на напречното сечение на лазерния лъч. Изразено в [W * s/cm2];

Енергията [E= Рt] е произведение на мощността и времето. Мерните единици са [J], т.е. [W s].

По мощност на излъчване (постоянна или средна) медицинските лазери се разделят на:

Лазери с ниска мощност: от 1 до 5 mW;

Лазери със средна мощност: от 6 до 500 mW;

Лазери с висока мощност (висок интензитет): повече от 500 mW. Лазерите с ниска и средна мощност принадлежат към групата на така наречените биостимулиращи лазери (нискоинтензивни). Биостимулиращите лазери намират нарастваща терапевтична и диагностична употреба в експерименталната и клиничната медицина.

От гледна точка на режима на работа лазерите се делят на:

Режим на непрекъснато излъчване (вълнови газови лазери);

Смесен режим на излъчване (твърдотелни и полупроводникови лазери);

Режим Q-switched (възможен за всички видове лазери).

ВЪВЕДЕНИЕ

1 ЛАЗЕРИ И ПРИЛОЖЕНИЕТО ИМ В МЕДИЦИНАТА

2 ОСНОВНИ НАПРАВЛЕНИЯ И ЦЕЛИ НА МЕДИЦИНСКОТО И БИОЛОГИЧНО ИЗПОЛЗВАНЕ НА ЛАЗЕРИТЕ

3 ФИЗИЧЕСКИ ОСНОВИ НА ПРИЛОЖЕНИЕТО НА ЛАЗЕРИТЕ В МЕДИЦИНСКАТА ПРАКТИКА

4 МЕРКИ ЗА ЗАЩИТА СРЕЩУ ЛАЗЕРНО ЛЪЧЕНИЕ

5 ПРОНИКВАНЕ НА ЛАЗЕРНО ЛЪЧЕНИЕ В БИОЛОГИЧНАТА ТЪКАН

6 ПАТОГЕНЕТИЧНИ МЕХАНИЗМИ НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НА ЛАЗЕРНОТО ЛЪЧЕНИЕ С БИОЛОГИЧНАТА ТЪКАН

7 МЕХАНИЗМИ НА ЛАЗЕРНА БИОСТИМУЛАЦИЯ

ПРЕПРАТКИ

ВЪВЕДЕНИЕ

Основните инструменти, които хирургът използва за дисекция на тъкани, са скалпел и ножици, т.е. режещи инструменти. Въпреки това, рани и порязвания, направени със скалпел и ножица, са придружени от кървене, което изисква използването на специални мерки за хемостаза. Освен това, когато са в контакт с тъканта, режещите инструменти могат да разпространят микрофлора и злокачествени туморни клетки по линията на срязване. В тази връзка хирурзите отдавна мечтаят да имат на разположение инструмент, който да прави безкръвен разрез, като същевременно унищожава патогенната микрофлора и туморните клетки в оперативната рана. Интервенциите на „сухо хирургично поле“ са идеални за хирурзи от всякакъв профил.

Опитите за създаване на „идеален“ скалпел датират от края на миналия век, когато е проектиран така нареченият електрически нож, работещ с помощта на високочестотни токове. Това устройство, в по-модерни версии, в момента се използва доста широко от хирурзи от различни специалности. С натрупването на опит обаче, отрицателни страни„електрохирургия“, основната от които е твърде голяма зона на термично изгаряне на тъканите в областта на разреза. Известно е, че колкото по-широка е зоната на изгаряне, толкова по-лошо зараства хирургическата рана. Освен това, когато използвате електрически нож, става необходимо да включите тялото на пациента в електрическа верига. Електрохирургичните устройства влияят негативно върху работата на електронните устройства и устройствата за наблюдение на жизнените функции на тялото по време на операция. Криохирургичните машини също причиняват значително увреждане на тъканите, нарушавайки оздравителния процес. Скоростта на дисекция на тъканите с криоскалпел е много ниска. Всъщност това не включва дисекция, а разрушаване на тъкан. Значителна площ на изгаряне се наблюдава и при използване на плазмен скалпел. Ако вземем предвид, че лазерният лъч има изразени хемостатични свойства, както и способността да запечатва бронхиолите, жлъчните пътища и панкреатичните канали, тогава използването на лазерна технология в хирургията става изключително обещаващо. Изброените накратко някои от предимствата на използването на лазери в хирургията се отнасят предимно до лазерите с въглероден диоксид (CO 2 лазери). Освен тях в медицината се използват лазери, които работят на други принципи и на други работни вещества. Тези лазери имат коренно различни качества при въздействие върху биологични тъкани и се използват за относително тесни показания, по-специално в сърдечно-съдовата хирургия, онкологията, за лечение на хирургични заболявания на кожата и видимите лигавици и др.

1 ЛАЗЕРИ И ПРИЛОЖЕНИЕТО ИМ В МЕДИЦИНАТА

Въпреки общия характер на светлината и радиовълните, в продължение на много години оптиката и радиоелектрониката се развиват независимо, независимо една от друга. Изглежда, че източниците на светлина - възбудени частици и генератори на радиовълни - нямат много общо. Едва в средата на 20-ти век се появява работа по създаването на молекулярни усилватели и генератори на радиовълни, което бележи началото на нова независима област на физиката - квантовата електроника.

Квантовата електроника изучава методи за усилване и генериране на електромагнитни трептения с помощта на стимулирано излъчване на квантови системи. Напредъкът в тази област на знанието все повече се използва в науката и технологиите. Нека се запознаем с някои от явленията, залегнали в квантовата електроника и работата на оптичните квантови генератори – лазерите.

Лазерите са източници на светлина, които работят на базата на процеса на принудително (стимулирано, индуцирано) излъчване на фотони от възбудени атоми или молекули под въздействието на радиация фотони със същата честота. Отличителна черта на този процес е, че фотонът, произведен по време на стимулирано излъчване, е идентичен по честота, фаза, посока и поляризация на външния фотон, който го е причинил. Това определя уникалните свойства на квантовите генератори: висока кохерентност на излъчването в пространството и времето, висока монохроматичност, тясна насоченост на радиационния лъч, огромна концентрация на потока на мощност и способността да се фокусира в много малки обеми. Лазерите се създават на базата на различни активни среди: газообразни, течни или твърди. Те могат да произвеждат радиация в много широк диапазон от дължини на вълните - от 100 nm (ултравиолетова светлина) до 1,2 микрона (инфрачервена радиация) - и могат да работят както в непрекъснат, така и в импулсен режим.

Лазерът се състои от три принципно важни компонента: излъчвател, помпена система и източник на енергия, чиято работа се осигурява с помощта на специални спомагателни устройства.

Емитерът е проектиран да преобразува енергията на помпата (прехвърля хелиево-неоновата смес 3 в активно състояние) в лазерно лъчение и съдържа оптичен резонатор, който обикновено е система от внимателно произведени отразяващи, пречупващи и фокусиращи елементи във вътрешното пространство на които определен тип електромагнитни вълни се възбуждат и поддържат флуктуации в оптичния диапазон. Оптичният резонатор трябва да има минимални загуби в работната част на спектъра, висока точност при изработката на компонентите и взаимното им инсталиране.

Създаването на лазери се оказа възможно в резултат на прилагането на три основни физически идеи: стимулирано излъчване, създаване на термодинамично неравновесна обратна популация на атомните енергийни нива и използване на положителна обратна връзка.

Възбудените молекули (атоми) са способни да излъчват луминесцентни фотони. Такова излъчване е спонтанен процес. То е произволно и хаотично по време, честота (може да има преходи между на различни нива), по посока на разпространение и поляризация. Друго излъчване - принудително или индуцирано - възниква, когато фотон взаимодейства с възбудена молекула, ако енергията на фотона е равна на разликата в съответните енергийни нива. При принудително (предизвикано) излъчване броят на преходите, извършвани за секунда, зависи от броя на фотоните, влизащи в веществото за същото време, т.е. от интензитета на светлината, както и от броя на възбудените молекули. С други думи, колкото по-голяма е популацията на съответните възбудени енергийни състояния, толкова по-голям е броят на принудителните преходи.

Индуцираното лъчение е идентично с падащото лъчение във всички отношения, включително във фаза, така че можем да говорим за кохерентно усилване на електромагнитна вълна, което се използва като първа фундаментална идея в принципите на лазерното генериране.

Втората идея, реализирана при създаването на лазери, е да се създадат термодинамично неравновесни системи, в които, противно на закона на Болцман, има повече частици на по-високо ниво, отколкото на по-ниско. Състоянието на средата, при което за най-малко две енергийни нива се оказва, че броят на частиците с по-висока енергия надвишава броя на частиците с по-ниска енергия, се нарича състояние с обърната населеност на нивата, а средата се нарича активна. Работното вещество на лазера е активната среда, в която фотоните взаимодействат с възбудени атоми, предизвиквайки принудителни преходи на по-ниско ниво с излъчване на кванти на индуцирано (стимулирано) лъчение. Състояние с обратна популация от нива се получава формално от разпределението на Болцман за T< О К, поэтому иногда называется состоянием с «отрицательной» температурой. По мере распространения света в активной сред интенсивность его возрастает, имеет место явление, обратное поглощению, т. е. усиление света. Это означает, что в законе Бугера kX < 0, поэтому инверсная населенность соответствует среде с отрицательным показателем поглощения.

Състояние на инверсия на населението може да бъде създадено чрез избиране на частици с по-ниска енергия или чрез специално възбуждане на частиците, например със светлина или електрически разряд. Самото състояние отрицателна температуране съществува дълго.

Третата идея, използвана в принципите на лазерното генериране, произхожда от радиофизиката и е използването на положителна обратна връзка. При изпълнението му част от генерираното стимулирано излъчване остава вътре в работното вещество и предизвиква стимулирано излъчване от все повече и повече възбудени атоми. За да се осъществи такъв процес, активната среда се поставя в оптичен резонатор, обикновено състоящ се от две огледала, избрани така, че излъчването, възникващо в него, многократно преминава през активната среда, превръщайки я в генератор на кохерентно стимулирано лъчение.

Първият такъв генератор в микровълновия диапазон (maser) е проектиран през 1955 г. независимо от съветските учени Н. Г. Басой и А. М. Прохоров и американски учени - C. Townes и др.. Тъй като работата на това устройство се основава на стимулирано излъчване на молекули амоняк, генераторът се нарича молекулярен.

През 1960 г. е създаден първият квантов генератор във видимия диапазон на лъчение - лазер с рубинен кристал като работно вещество (активна среда). През същата година е създаден хелиево-неоновият газов лазер. Огромното разнообразие от създадени в момента лазери може да бъде класифицирано според вида на работното вещество: разграничават се газови, течни, полупроводникови и твърдотелни лазери. В зависимост от вида на лазера, енергията за създаване на инверсия на населението се доставя по различни начини: възбуждане с много интензивна светлина - "оптично изпомпване", електрически газоразряд, а в полупроводниковите лазери - електрически ток. Според характера на светенето си лазерите се делят на импулсни и непрекъснати.

Нека разгледаме принципа на работа на твърдотелен рубинен лазер. Рубинът е кристал от алуминиев оксид Al 2 0 3, съдържащ приблизително 0,05% хромни йони Cr 3+ като примес. Възбуждането на хромни йони се извършва чрез оптично изпомпване с помощта на мощни импулсни източници на светлина. Един от дизайните използва тръбен рефлектор с елипсовидно напречно сечение. Вътре в рефлектора има директна ксенонова светкавица и рубинен прът, разположен по протежение на линии, преминаващи през фокусите на елипсата (фиг. 1). Вътрешната повърхност на алуминиевия рефлектор е силно полирана или сребърно покритие. Основното свойство на елипсовиден рефлектор е, че светлината, излизаща от единия му фокус (ксенонова лампа) и отразена от стените, навлиза в другия фокус на рефлектора (рубинен прът).

Рубинният лазер работи по тристепенна схема (фиг. 2 а). В резултат на оптично изпомпване, хромните йони се преместват от основното ниво 1 към краткотрайното възбудено състояние 3. След това настъпва нерадиационен преход към дългоживеещо (метастабилно) състояние 2, от което вероятността от спонтанно излъчване преходът е относително малък. Поради това се получава натрупване на възбудени йони в състояние 2 и се създава обратна популация между нива 1 и 2. При нормални условия преходът от 2-ро към 1-во ниво става спонтанно и се съпровожда от луминесценция с дължина на вълната 694,3 nm. Лазерната кухина има две огледала (виж фиг. 1), едното от които има коефициент на отражение R от интензитета на отразената и падаща върху огледалото светлина, другото огледало е полупрозрачно и пропуска част от падащото върху него лъчение ( Р< 100%). Кванты люминесценции в зависимости от направления их движения либо вылетают из боковой поверхности рубинового стержня и теряются, либо, многократно отражаясь от зеркал, сами вызывают вынужденные переходы. Таким образом, пучок, перпендикулярный зеркалам, будет иметь наибольшее развитие и выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Такой лазер работает в импульсном режиме.

Заедно с рубинения лазер, работещ по тристепенна схема, широко разпространени са четиристепенните лазерни схеми, базирани на йони на редкоземни елементи (неодим, самарий и др.), Вградени в кристална или стъклена матрица (фиг. 24 , б). В такива случаи се създава инверсия на населението между две възбудени нива: дълготрайно ниво 2 и краткотрайно ниво 2."

Много разпространен газов лазер е хелиево-неоновият лазер, който се възбужда от електрически разряд. Активната среда в него е смес от хелий и неон в съотношение 10:1 и налягане около 150 Ра. Неоновите атоми излъчват, хелиевите атоми играят поддържаща роля. На фиг. 24, c показва енергийните нива на атомите на хелий и неон. Генерирането става по време на прехода между нива 3 и 2 на неона. За да се създаде обратна популация между тях, е необходимо да се запълни ниво 3 и да се изпразни ниво 2. Заселването на ниво 3 става с помощта на атоми на хелий. По време на електрически разряд ударът на електрони възбужда хелиевите атоми в дълготрайно състояние (с време на живот около 10 3 s). Енергията на това състояние е много близка до енергията на ниво 3 на неона, следователно, когато възбуден атом на хелий се сблъска с невъзбуден атом на неон, се прехвърля енергия, в резултат на което се запълва ниво 3 на неон. За чистия неон животът на това ниво е кратък и атомите преминават към нива 1 или 2 и разпределението на Болцман се реализира. Изчерпването на ниво 2 на неона се дължи главно на спонтанния преход на неговите атоми в основно състояние при сблъсъци със стените на газоразрядната тръба. Това гарантира стационарна обратна популация на нива 2 и 3 на неон.

Основният структурен елемент на хелиево-неоновия лазер (фиг. 3) е газоразрядна тръба с диаметър около 7 mm. В тръбата са вградени електроди, които създават газов разряд и възбуждат хелия. В краищата на тръбата под ъгъла на Брюстър има прозорци, поради което излъчването е плоско поляризирано. Плоскопаралелните резонаторни огледала са монтирани извън тръбата, едно от тях е полупрозрачно (коефициент на отражение R< 100%). Таким образом, пучок вынужденного излучения выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Это лазер непрерывного действия.

Огледалата на резонатора са направени с многослойни покрития и поради смущения се създава необходимия коефициент на отражение за дадена дължина на вълната. Най-често използваните лазери са хелиево-неонови лазери, които излъчват червена светлина с дължина на вълната 632,8 nm. Мощността на такива лазери е ниска, не надвишава 100 mW.

Използването на лазерите се основава на свойствата на тяхното излъчване: висока монохроматичност (~ 0,01 nm), достатъчно висока мощност, теснота на лъча и кохерентност.

Тесността на светлинния лъч и ниската му дивергенция позволиха да се използват лазери за измерване на разстоянието между Земята и Луната (получената точност е около десетки сантиметри), скоростта на въртене на Венера и Меркурий и др.

Използването им в холографията се основава на кохерентността на лазерното лъчение. Разработени са гастроскопи на базата на хелиево-неонов лазер с помощта на оптични влакна, които позволяват холографско формиране на триизмерно изображение на вътрешната кухина на стомаха.

Монохроматичният характер на лазерното лъчение е много удобен за възбуждане на Раманови спектри на атоми и молекули.

Лазерите се използват широко в хирургията, стоматологията, офталмологията, дерматологията и онкологията. Биологичните ефекти на лазерното лъчение зависят както от свойствата на биологичния материал, така и от свойствата на лазерното лъчение.

Всички лазери, използвани в медицината, условно се разделят на 2 вида: нискоинтензивни (интензивността не надвишава 10 W/cm2, най-често около 0,1 W/cm2) – терапевтични и високоинтензивни – хирургични. Интензивност най-много мощни лазериможе да достигне 10 14 W/cm 2; в медицината обикновено се използват лазери с интензитет 10 2 - 10 6 W/cm 2.

Лазерите с ниска интензивност са тези, които не причиняват забележим разрушителен ефект върху тъканта директно по време на облъчване. Във видимата и ултравиолетовата област на спектъра техните ефекти са причинени от фотохимични реакции и не се различават от ефектите, причинени от монохроматична светлина, получена от конвенционални, некохерентни източници. В тези случаи лазерите са просто удобни монохроматични източници на светлина, които осигуряват точно локализиране и дозиране на експозицията. Примерите включват използването на хелиево-неонова лазерна светлина за лечение на трофични язви, коронарна болест на сърцето и др., както и криптон и други лазери за фотохимично увреждане на тумори при фотодинамична терапия.

Наблюдават се качествено нови явления при използване на видимо или ултравиолетово лъчение от лазери с висок интензитет. При лабораторни фотохимични експерименти с конвенционални източници на светлина, както и в природата под въздействието на слънчева светлина обикновено се получава еднофотонно поглъщане. Това се казва във втория закон на фотохимията, формулиран от Старк и Айнщайн: всяка молекула, участваща в химическа реакция под въздействието на светлина, поглъща един квант радиация, който предизвиква реакцията. Еднофотонната природа на абсорбцията, описана от втория закон, е изпълнена, тъй като при обикновен интензитет на светлината е практически невъзможно два фотона едновременно да влязат в молекула в основно състояние. Ако такова събитие се случи, изразът ще приеме формата:

2hv = E t - E k,

което би означавало сумирането на енергията на два фотона за прехода на молекула от енергийно състояние E k към състояние с енергия E g. Също така няма поглъщане на фотони от електронно възбудени молекули, тъй като техният живот е кратък и обикновено използваните интензитети на облъчване са ниски. Следователно концентрацията на електронно възбудени молекули е ниска и тяхното поглъщане на друг фотон е изключително малко вероятно.

Въпреки това, ако интензитетът на светлината се увеличи, двуфотонното поглъщане става възможно. Например, облъчването на ДНК разтвори с импулсно лазерно лъчение с висок интензитет с дължина на вълната около 266 nm доведе до йонизация на ДНК молекули, подобна на тази, причинена от y-лъчение. Излагането на ултравиолетова радиация с нисък интензитет не предизвиква йонизация. Установено е, че облъчването на водни разтвори на нуклеинови киселини или техните основи с пикосекундни (продължителност на импулса 30 ps) или наносекундни (10 ns) импулси с интензитет над 10 6 W/cm 2 води до електронни преходи, водещи до йонизация на молекулите. С пикосекундни импулси (фиг. 4, а) заселването на високи електронни нива се извършва по схемата (S 0 -> S1 -> S n), а с hv hv наносекундни импулси (фиг. 4, b) - съгласно схемата (S 0 -> S1 - T g -> T p). И в двата случая молекулите получиха енергия, надвишаваща енергията на йонизация.

Лентата на поглъщане на ДНК се намира в ултравиолетовата област на спектъра при< 315 нм, видимый свет нуклеиновые кислоты совсем не поглощают. Однако воздействие высокоинтенсивным лазерным излучением около 532 нм переводит ДНК в электронно-возбужденное состояние за счет суммирования энергии двух фотонов (рис. 5).

Поглъщането на всяко лъчение води до освобождаване на определено количество енергия под формата на топлина, която се разсейва от възбудените молекули в околното пространство. Инфрачервеното лъчение се абсорбира главно от водата и причинява главно топлинни ефекти. Поради това излъчването на инфрачервените лазери с висок интензитет предизвиква забележим незабавен топлинен ефект върху тъканта. Топлинният ефект на лазерното лъчение в медицината се разбира главно като изпаряване (разрязване) и коагулация на биологични тъкани. Това се отнася за различни лазери с интензитет от 1 до 10 7 W/cm 2 и с продължителност на облъчване от милисекунди до няколко секунди. Те включват например CO 2 газов лазер (с дължина на вълната 10,6 μm), Nd:YAG лазер (1,064 μm) и други. Nd:YAG лазерът е най-широко използваният твърдотелен четиристепенен лазер. Генерирането се извършва при преходи на неодимови йони (Nd 3+), въведени в кристали Y 3 Al 5 0 12 итриев алуминиев гранат (YAG).

Заедно с нагряването на тъканта, част от топлината се отстранява поради топлопроводимост и кръвен поток. При температури под 40 °C не се наблюдават необратими повреди. При температура от 60 °C започва денатурация на протеина, тъканна коагулация и некроза. При 100-150 °C се предизвиква дехидратация и овъгляване, а при температури над 300 °C тъканта се изпарява.

Когато радиацията идва от фокусиран лазер с висок интензитет, количеството генерирана топлина е голямо, създавайки температурен градиент в тъканта. В мястото на попадане на лъча тъканта се изпарява, а в съседните зони се получава овъгляване и коагулация (фиг. 6). Фотоизпаряването е метод за послойно отстраняване или изрязване на тъкан. В резултат на коагулацията кръвоносните съдове се запечатват и кървенето спира. По този начин, фокусиран лъч на непрекъснат CO 2 лазер () с мощност около 2 10 3 W/cm 2 се използва като хирургически скалпел за рязане на биологични тъкани.

Ако намалите продължителността на експозицията (10 - 10 s) и увеличите интензитета (над 10 6 W / cm 2), тогава размерите на зоните на овъгляване и коагулация стават незначителни. Този процес се нарича фотоаблация (фотопремахване) и се използва за отстраняване на тъкан слой по слой. Фотоаблацията възниква при енергийни плътности от 0,01-100 J/cm 2 .

При по-нататъшно увеличаване на интензивността (10 W/cm и повече) е възможен друг процес - "оптичен срив". Това явление е, че поради много високата сила на електрическото поле на лазерното лъчение (сравнима със силата на вътрешноатомните електрически полета), материята се йонизира, образува се плазма и се генерират механични ударни вълни. Оптичното разрушаване не изисква поглъщане на светлинни кванти от вещество в обичайния смисъл, то се наблюдава в прозрачни среди, например във въздуха.

2 ОСНОВНИ НАПРАВЛЕНИЯ И ЦЕЛИ НА МЕДИЦИНСКОТО И БИОЛОГИЧНО ИЗПОЛЗВАНЕ НА ЛАЗЕРИТЕ

Съвременните области на медицинско и биологично приложение на лазерите могат да бъдат разделени на две основни групи.Първата е използването на лазерното лъчение като изследователски инструмент. В този случай лазерът играе ролята на уникален източник на светлина за спектрални изследвания, лазерна микроскопия, холография и др. Втората група са основните начини за използване на лазерите като средство за въздействие върху биологични обекти. Могат да се разграничат три вида такова влияние.

Първият тип е въздействието върху тъканта на патологичния фокус с импулсно или непрекъснато лазерно лъчение с плътност на мощността от порядъка на 10 5 W / m 2, което е недостатъчно за дълбока дехидратация, изпаряване на тъканите и възникване на дефект. в тях. Този вид облъчване съответства по-специално на използването на лазери в дерматологията и онкологията за облъчване на патологични тъканни образувания, което води до тяхната коагулация. Вторият тип е тъканна дисекция, когато под въздействието на лазерно лъчение с непрекъснато или честотно-периодично (импулси с висока честота) действие част от тъканта се изпарява и в нея се появява дефект. В този случай плътността на мощността на излъчване може да надвишава използваната при коагулация с два порядъка (10 7 W/m 2 ) или повече. Този тип въздействие съответства на използването на лазери в хирургията. Третият тип е въздействието върху тъканите и органите на нискоенергийно лъчение (единици или десетки ватове на квадратен метър), което обикновено не предизвиква очевидни морфологични промени, но води до определени биохимични и физиологични промени в тялото, т.е. ефекти на физиотерапевтичен тип. Този тип трябва да включва използването на хелий-неонов лазер с цел биостимулация при бавни раневи процеси, трофични язви и др.

Задачата за изучаване на механизма на биологичното действие на лазерното лъчение се свежда до изучаване на онези процеси, които са в основата на интегралните ефекти, причинени от облъчването: тъканна коагулация, дисекция, биостимулационни промени в тялото.

3 ФИЗИЧЕСКИ ОСНОВИ НА ПРИЛОЖЕНИЕТО НА ЛАЗЕРИТЕ В МЕДИЦИНСКАТА ПРАКТИКА

Принципът на работа на лазерите се основава на квантово-механични процеси, протичащи в обема на работната среда на излъчвателя, които се обясняват от квантовата електроника - област от физиката, която изучава взаимодействието на електромагнитното излъчване с електроните, изграждащи атомите и молекулите. на работната среда.

Според принципите на квантовата електроника всяка атомна система по време на своето вътрешно движение се намира в състояния с определени енергийни стойности, наречени квантови, т.е. има строго определени (дискретни) енергийни стойности. Наборът от тези енергийни стойности формира енергийния спектър на атомна система.

При липса на външно възбуждане атомната система се стреми към състояние, при което нейната вътрешна енергия е минимална. При външно възбуждане преходът на атома към състояния с по-висока енергия се придружава от поглъщане на част от енергията, равна на разликата между енергиите на крайното Et и началното E„ състояние. Този процес е написан по следния начин:

Em - E n =nV mn, (1)

където V mn е честотата на преход от състояние n към състояние m; h е константата на Планк.

По правило средната продължителност на престоя (времето на живот) на атома във възбудено състояние е малка и възбуденият атом спонтанно (спонтанно) преминава в състояние с по-ниска енергия, излъчвайки светлинен квант (фотон) с енергия, определена по формула ( 1). По време на спонтанни преходи атомите излъчват светлинни кванти хаотично, несвързани помежду си. Те се разпръскват равномерно във всички посоки. Процесът на спонтанни преходи се наблюдава при светене на нагрети тела, например лампи с нажежаема жичка и др. Такова излъчване е немонохроматично.

Когато възбуден атом взаимодейства с външно лъчение, чиято честота съответства на честотата на прехода на атома от състояние с по-висока енергия към състояние с по-ниска енергия, има вероятност (колкото по-голям е интензитетът на външното лъчение), че това външното излъчване ще прехвърли атома в състояние с по-ниска енергия. В този случай атомът излъчва квант светлина със същата честота v mn, фаза, посока на разпространение и поляризация като кванта светлина на външното излъчване, предизвикващо този преход.

Такива преходи се наричат ​​принудителни (индуцирани). Именно наличието на стимулирано излъчване прави възможно генерирането на кохерентно лъчение в оптични квантови лазерни генератори.

Сега нека разгледаме какво се случва, когато светлината се разпространява през система, в която има атоми с енергии E m и E n (за определеност нека вземем E m > En). Броят на атомите с енергия E ha ще бъде означен с N m, а броят на атомите с енергия E n -N„. Числата N m и N„ обикновено се наричат ​​популация на нива с енергии съответно E w и E p.

При естествени условия при по-висока енергийно нивоима по-малко частици, отколкото при по-ниска температура за всяка температурна стойност. Следователно за всяко нагрято тяло a е отрицателна величина и в съответствие с формула (2) разпространението на светлина в веществото е придружено от нейното отслабване. За усилване на светлината е необходимо N m >N n. Това състояние на материята се нарича състояние с инверсия на населението. В този случай разпространението на светлина през веществото се придружава от нейното усилване поради енергията на възбудените атоми.

По този начин, за процеса на усилване на радиацията е необходимо да се гарантира, че населението на горното преходно ниво надвишава долното.

За да се създаде инверсия на населението, се използват различни методи, които включват използване на външен източник на възбуждане.

Атомна система с инверсия на населението обикновено се нарича активна среда. За да се получи генериране на радиация, е необходимо да се реши проблемът с обратната връзка. Активната среда се поставя в оптичен резонатор, който в най-простия случай се състои от две взаимно успоредни плоски огледала, ограничаващи активната среда от две противоположни страни. В този случай едно от огледалата на резонатора частично пропуска лазерното лъчение и през него лъчението излиза от резонатора, а другото огледало напълно отразява падащото върху него лъчение.

Процесът на развитие на генерация в резонатор е представен в следната форма. След създаването на инверсия на населението в работната среда от външен източник на възбуждане, само излъчването, което се разпространява по оста на резонатора, ще участва в развитието на процеса на генериране. Това лъчение, достигащо до повърхността на напълно отразяващото огледало на резонатора и отразено от него, отново навлиза в активната среда и, разпространявайки се в нея, се усилва поради принудителни преходи. След като се отрази от частично отразяващото огледало на резонатора, част от усиленото лъчение се връща в активната среда и се усилва отново, а част от лъчението напуска резонатора. Освен това тези процеси се повтарят многократно, докато има външен източник на възбуждане на атомната система.

За да бъде процесът на генериране на радиация стабилен, е необходимо усилването на радиацията в активната среда по време на двойно преминаване в резонатора да бъде равно или по-голямо от общата загуба на радиация по същия път. Общите загуби включват загуби в активната среда и радиацията, която се отстранява от резонатора чрез частично отразяващо огледало.

В съвременните лазери ъгълът на отклонение (9) на лазерния лъч може да достигне границата на дифракция и да варира по величина от няколко дъгови секунди до десетки дъгови минути.

Мощността на лазерното лъчение, отстранено от единица обем на активната среда, в крайна сметка се определя от мощността на външния източник на възбуждане, подадена към единица обем на активната среда. Максималната обща мощност (енергия) на лазерното лъчение е в доста широк диапазон пропорционална на обема на активната среда и максималната мощност (енергия) на източника на външно възбуждане (изпомпване).

Основните характеристики на лазерното лъчение, които го правят перспективно за използване в различни области на медицината, са високата насоченост, монохроматичността и енергийната интензивност.

Високата насоченост на лазерното лъчение се характеризира с факта, че ъгловата дивергенция на неговия лъч в свободното пространство достига стойности, измерени в десетки дъгови секунди. Благодарение на това е възможно да се предава лазерно лъчение в лъч на значителни разстояния без значително увеличаване на диаметъра му. Високата монохроматичност и насоченост както на импулсното, така и на непрекъснатото лазерно лъчение правят възможно фокусирането му в петна, съизмерими с дължината на вълната на самото лазерно лъчение. Подобно рязко фокусиране дава възможност за облъчване на медицински и биологични обекти на клетъчно ниво. В допълнение, такова фокусиране позволява да се получи необходимия терапевтичен ефект с ниски енергии на лазерното лъчение. Последното е особено важно при използване на лазерно лъчение за обработка на биологични обекти, които са чувствителни към светлина.

2. Ъгъл на отклонение на лазерния лъч (6).

1 - непрозрачно огледало, 2 - полупрозрачно огледало, 3 - лазерен светлинен лъч.

Използването на рязко фокусиране при високи мощности и енергии на облъчване прави възможно изпаряването и разрязването на биологична тъкан, което доведе до използването на лазери в хирургията.

За обекти, които са нечувствителни към светлина (злокачествени тумори), е възможно облъчване с мощно лъчение на големи площи.

Във всички случаи характерът на въздействието на лазерното лъчение върху биологичната тъкан зависи от дължината на вълната, плътността на мощността и режима на излъчване - непрекъснат или импулсен.

Излъчването в червените и инфрачервените области на спектъра, когато се абсорбира от биологичните тъкани, се превръща в топлина, която може да се изразходва за изпаряване на веществото, генериране на акустични вибрации и предизвикване на биохимични реакции.

Излъчването във видимата област на спектъра, освен термични ефекти, осигурява условия за стимулиране на фотохимични реакции. По този начин използването на нискоинтензивно лъчение от хелий-неонов лазер (дължина на вълната на лъчение 0,63 микрона) има клинично надежден ефект, водещ до ускорено заздравяване на трофични и гнойни рани, язви и др. Въпреки това, механизмът на действие на този тип радиацията не е напълно проучена. Няма съмнение, че изследванията в тази насока ще допринесат за по-ефективното и смислено използване на този вид облъчване в клиничната практика.

При използване на лазери, работещи в режим на непрекъснато излъчване, преобладава термичният ефект, който се проявява при средни нива на мощност в коагулационния ефект, а при високи мощности в ефекта на изпаряване на биологичната тъкан.

В импулсен режим въздействието на радиацията върху биологичните обекти е по-сложно. Взаимодействието на радиацията с живата тъкан тук има експлозивен характер и е придружено както от топлинни (коагулация, изпарение) ефекти, така и от образуване на вълни на компресия и разреждане в биологичната тъкан, разпространяващи се дълбоко в биологичната тъкан. При висока плътност на мощността е възможна йонизация на атомите на биологичната тъкан.

По този начин разликата в параметрите на лазерното лъчение води до разлика в механизма и резултатите от взаимодействието, предоставяйки на лазерите широко поле на действие за решаване на различни медицински проблеми.

В момента лазерите се използват в такива области на медицината като хирургия, онкология, офталмология, терапия, гинекология, урология, неврохирургия, както и за диагностични цели.

В хирургията лазерният лъч е намерил широко приложение като универсален скалпел, превъзхождащ по своите режещи и хемостатични свойства електрическия нож. Механизмът на взаимодействие на лазерен скалпел с биологични тъкани се характеризира със следните характеристики.

1. Липсата на директен механичен контакт на инструмента с биологичната тъкан, премахване на риска от инфекция на оперираните органи и осигуряване на операцията да се извършва на свободно хирургично поле.

2. Кръвоспиращият ефект на радиацията, който прави възможно получаването на практически безкръвни разрези и спиране на кървенето от кървящи тъкани.

3. Присъщият стерилизиращ ефект на радиацията, който е активно средство за борба с инфекцията на раната, което предотвратява усложненията в следоперативния период.

4. Способността да се контролират параметрите на лазерното лъчение, което позволява да се получат различни ефекти, когато радиацията взаимодейства с биологичните тъкани.

5. Минимално въздействие върху близките тъкани.

Разнообразието от проблеми, които съществуват в хирургията, наложи цялостно проучване на възможностите за използване на лазери с различни параметри и режими на излъчване.

В хирургията като светлинен скалпел най-широко се използват газови лазери с въглероден диоксид (дължина на вълната на излъчване 10,6 μm), работещи в импулсен и непрекъснат режим с мощност на излъчване до 100 W.

Механизмът на действие на CO 2 лазерното лъчение е нагряване на биологична тъкан поради силното й поглъщане на лазерно лъчение. Дълбочината на проникване на това лъчение не надвишава 50 микрона. В зависимост от плътността на мощността на излъчване ефектът му се проявява в ефектите на разрязване или повърхностна коагулация на биологична тъкан.

Тъканта се изрязва с фокусиран лазерен лъч поради нейното послойно изпаряване. Обемната плътност на мощността достига няколкостотин киловата на 1 cm 3 . Повърхностната коагулация на тъканта се постига чрез излагането й на дефокусирано лазерно лъчение при обемна плътност от порядъка на няколкостотин вата на 1 cm 3 .

С мощност на лазерно лъчение от 20 W, диаметър на фокусирания лазерен лъч от 1 mm (плътност на повърхностната мощност 2,5 kW/cm 2 ) и дълбочина на проникване на лъчение от 50 μm, обемната плътност на мощността на лазерното лъчение, използвано за нагряване на биологична тъкан, достига 500 kW/cm 3 . Такава изключително висока обемна плътност на мощността на лазерното лъчение осигурява бързо нагряване и разрушаване на биологичната тъкан в зоната на въздействие на лазерния лъч. В този случай биотъканът първо се разлага с изпаряване на течността и карбонизация на твърдите фази. Пълна карбонизация на биологичната тъкан се наблюдава в температурния диапазон 200-220 °C. Карбонизираната рамка на биологичната тъкан съществува до температури от 400-450 ° C и изгаря с по-нататъшно повишаване на температурата. При изгаряне на карбонизирана рамка температурата на газообразните продукти от горенето е 800-1000 °C.

Дълбочината на разреза се определя от скоростта, с която границите на слоя за разрушаване на биологичната тъкан се придвижват по-дълбоко в него. В този случай скоростта на движение на определената граница зависи от скоростта на движение на точката на фокусиране на лазерния лъч по линията на рязане. Колкото по-ниска е скоростта на движение на точката на фокусиране по линията на среза, толкова по-голяма е дълбочината на среза и обратно.

За разлика от радиацията с = 10,6 μm, YAG-Nd лазерното лъчение има порядък по-голяма дълбочина на проникване в биологичните тъкани, което несъмнено е благоприятен фактор за коагулацията на големи кръвоносни съдове по време на масивно кървене, както и за разрушаване на дълбоко разположени тумори.

По този начин лъчението на YAG-Nd лазер има изразен коагулиращ ефект (режещият ефект на лъчението на този лазер е значително по-нисък от този на CO 2 лазер) ефект, който определя неговата площ практическо приложение.

4 МЕРКИ ЗА ЗАЩИТА СРЕЩУ ЛАЗЕРНО ЛЪЧЕНИЕ

При работа с лазерни системи неконтролираното директно и разсеяно лазерно лъчение представлява потенциална опасност за човешкото тяло (пациент, медицински персонал). Той представлява най-голяма опасност за зрението на оператора, работещ с лазерната система. Но разсеяното инфрачервено лазерно лъчение на непрекъснатите лазери с въглероден диоксид от инсталациите Scalpel-1, Romashka-1 и Romashka-2 се задържа напълно от слоевете слъзна течност и роговицата на окото и не достига до фундуса . Тъй като дълбочината на проникване на лазерното лъчение не надвишава 50 микрона, около 70% от неговата енергия се абсорбира от слъзната течност и около 30% от роговицата.

Лъчението с висок интензитет от лазер с въглероден диоксид, особено ако е фокусирано, може да причини локализирани изгаряния на кожата. отворени частитяло - ръце, лице. Въздействието на лазерното лъчение върху човешкото тяло не се проявява само когато интензитетът на лъчението е под безопасното ниво, което за непрекъснат лазер с въглероден диоксид е 0,1 W/cm 2 за очите. Известно е, че в клинични условия за постигане на необходимия клиничен ефект се използват нива на директно облъчване, които са стотици и хиляди пъти по-високи от безопасното ниво, поради което при работа с лазерни системи с въглероден диоксид е необходимо да се спазват определени защитни мерки.

В помещение, където се извършват операции с лазер с въглероден диоксид, е препоръчително да покриете стените и тавана с материал с минимална отразяваща способност и да поставите оборудването и устройствата с гладки лъскави повърхности по такъв начин, че при никакви обстоятелства да не могат да бъдат ударени с директен лъч или да ги блокирате от екрани, с матирани тъмни повърхности. Преди да влезете в помещението, в което се намира инсталацията, трябва да се монтира светлинен знак („Не влизайте”__„Лазер включен”), който свети по време на работа на лазера.

Защитата на очите на пациентите и персонала от директно или отразено лъчение на лазер с въглероден диоксид е надеждно гарантирана от очила, изработени от обикновено оптично стъкло. Желателно е очилата да бъдат изработени така, че да се изключи възможността за навлизане на лазерно лъчение през пролуките между рамката и лицето и да се осигури широко зрително поле. Очилата се носят само по време на лазерната фаза на операцията, за да се предотврати директно излагане на очите на лазерно облъчване.

При работа с лазерни системи с въглероден диоксид, използването на лазерни хирургически инструменти увеличава риска от увреждане на кожата на ръцете и лицето на хирурга поради отразяване на лазерния лъч от инструментите. Тази опасност рязко намалява при използване на инструменти, които имат специално „почерняване“. „Почернените“ инструменти поглъщат около 90% от падащото върху тях лазерно лъчение с дължина на вълната 10,6 микрона. Други инструменти - ретрактори, хемостатични щипци, пинсети, телбоди - също могат да отразяват лазерния лъч. Въпреки това, в ръцете на опитен хирург, всяка хирургична процедура може да се извърши без насочване на лазерния лъч към тези инструменти. Съществува и опасност от възпламеняване на операционен материал, салфетки, чаршафи и др., когато върху тях попадне директно насочено лазерно лъчение, поради което при работа с него е необходимо да се използва мек материал, напоен с изотоничен разтвор на натриев хлорид в областта на ​​предвиденото лазерно лечение._ Също така е препоръчително по време на изпълнение По време на лазерния етап на операцията, отстранете от полето на лазерно излъчване устройства и инструменти, изработени от пластмаси, които могат да се запалят при високи температури.

Не трябва да забравяме също, че лазерната машина също е устройство, което използва електричество. В тази връзка при работа с него е необходимо да се спазват правилата за електрическа безопасност, които се спазват при експлоатацията на потребителските електрически инсталации.

Персоналът, работещ с лазерни системи, трябва да премине специално обучение и да има подходяща квалификация. Всички лица, работещи с лазерно лъчение, трябва редовно, поне веднъж годишно, да преминават медицински преглед, включително преглед от офталмолог, терапевт и невролог. Освен това е необходим клиничен кръвен тест за проверка на нивото на хемоглобина, броя на левкоцитите и левкоцитната формула. Правят се и основни чернодробни изследвания.

При внимателно спазване на горните правила опасността от увреждане на органите, тъканите и биологичната среда на човешкото тяло практически отсъства. Така за 10-годишен период на работа с различни лазерни инсталации, които общо извършиха няколко хиляди различни операции, не наблюдавахме нито един случай на увреждане на очите и кожата от лазерно лъчение, както и промени в здравословното състояние на някой от служителите на институцията, свързани с работа по лазерни инсталации.

5 ПРОНИКВАНЕ НА ЛАЗЕРНО ЛЪЧЕНИЕ В БИОЛОГИЧНАТА ТЪКАН

Законите, управляващи проникването на радиация в тъканите, са пряко свързани с проблема за механизма на биологичното действие на лазерното лъчение. Една от причините радиацията да проникне на ограничена дълбочина е поглъщането на лазерното лъчение от биологичните тъкани и това е, с редки изключения, задължителна начална връзка, която предхожда веригата от промени, развиващи се в облъчения организъм. Дълбочината на проникване на лазерното лъчение в тъканите е много важна от практическа гледна точка, тъй като това е един от факторите, които определят границите на възможното използване на лазери в клиниката.

Абсорбцията не е единственият процес, който води до отслабване на лазерното лъчение при преминаването му през биологична тъкан. Едновременно с поглъщането на радиация протичат редица други физични процеси, по-специално отражение на светлината от повърхността между две среди, пречупване при преминаване на границата, разделяща две оптически различни среди, разсейване на светлината от тъканни частици и др. По този начин, можем да говорим за общо отслабване на радиацията, включително, в допълнение към поглъщането, загуби, дължащи се на други явления, и за истинското поглъщане на радиацията. При липса на разсейване абсорбцията в среда се характеризира с два параметъра: абсорбционна способност и дълбочина на абсорбция. Капацитетът на поглъщане се определя като съотношението на енергията, погълната в среда, към енергията на излъчване, падаща върху повърхността на средата. Това съотношение винаги е по-малко от 1, тъй като радиацията преминава частично през него. Дълбочината на поглъщане характеризира пространственото разпределение на погълнатата енергия в средата. В най-простия случай (експоненциално разпадане на светлината в дадено вещество) то е равно на разстоянието, на което мощността на излъчване намалява с коефициент 2,718 спрямо мощността на излъчване на повърхността на средата. Реципрочната стойност на дълбочината на абсорбция се нарича коефициент на абсорбция. Има размери cm -1. Ако наред с поглъщането има и разсейване на светлината, тогава разстоянието, на което в резултат на съвместното действие на тези процеси лъчението се отслабва с фактор, е дълбочината на затихване или проникване на лъчението, а обратната му стойност е коефициентът на затихване, който също има размерност cm -1.

Когато теоретично се разглежда абсорбцията на лазерно лъчение от тъканите, за да се опрости проблема, може да се приеме, че лъчението е плоска вълна, падаща върху плоска повърхност на обект, и коефициентът на абсорбция в цялата облъчена област е еднакъв и не зависи от интензитета на светлината. В този случай енергията (мощността) на излъчване ще намалява експоненциално с увеличаване на дълбочината и нейното разпределение се изразява с уравнението:

P=P 0 опит (1)

където P е мощността на излъчване в дълбочина; Po е мощността на радиацията, падаща върху повърхността на тъканта; - коефициент на поглъщане на тъканта (пренебрегваме загубите поради отразяване на светлината от тъканта).

В реални условия, когато се облъчват биологични обекти, тази проста връзка между дебелината на тъканния слой и количеството погълната енергия се нарушава, например поради разликите в коефициентите на поглъщане на различните участъци от облъчената тъкан. Така коефициентът на абсорбция на меланиновите гранули в ретината е 1000 пъти по-голям от този на околната тъкан. Като се има предвид, че абсорбцията на светлина е молекулярен процес, който в крайна сметка зависи от концентрацията на поглъщащите радиация молекули, количеството на абсорбцията на клетъчно и субклетъчно ниво може да варира значително дори от органела до органела. И накрая, абсорбцията е функция на дължината на вълната, следователно коефициентът на абсорбция варира в широки граници за лазерите, излъчващи в различни области на спектъра.

В редица ранни проучвания стойността на абсорбцията на биологичните тъкани се оценява въз основа на резултатите от измерванията на тяхната пропускливост на светлина. В повечето случаи експериментите са проведени с рубинени и неодимови лазери. Така при облъчване на мишки с рубинен лазер беше установено, че от 45 до 60% от енергията прониква през кожата и от 20 до 30% през кожата и подлежащите мускули. Разработването на метод за определяне на коефициентите на пропускливост и отражение на тъканите е посветено на изследването на Г. Г. Шамаева и др.(1969). Данните, получени с помощта на този метод при облъчване на плъхове с неодимов лазер, бяха използвани за изчисляване на коефициента на абсорбция на кожата от 9,9 cm -1.

L. I. Derlemenko (1969), M. I. Danko и др. (1972) използват интегриран фотометър за определяне на абсорбцията на неодимов лазерно лъчение от мускулни и чернодробни тъкани на плъхове. При облъчване на мускулите 27-32% от радиацията преминава през слой тъкан с дебелина 1 mm и 20-23% от черния дроб. За слоеве тъкан с дебелина 6 mm тези стойности са съответно 3 и 1,5%.

Представените данни демонстрират зависимостта на абсорбцията на лазерното лъчение от степента на оцветяване на тъканите: богато пигментираната тъкан абсорбира лъчението по-интензивно от мускулната тъкан. Същият модел беше очевиден при експерименти с облъчване на различни тумори при животни с рубинени и неодимови лазери. Най-голяма абсорбция е характерна за меланомите поради наличието на меланин в тях.

А. М. Уразаев и др.. (1978) сравняват степента на отслабване на излъчването на хелиево-неонови (дължина на вълната 632,8 nm) и аргонови (488 nm) лазери при преминаване през различни части на тялото на живи депилирани плъхове или през препарати, приготвени от органи на запушени животни. Пропуснатото лъчение се измерва с помощта на фотоклетка и получените данни се използват за изчисляване на дълбочината на проникване на лазерното лъчение. В почти всички варианти на експеримента радиацията от червената област на спектъра прониква на по-голяма дълбочина от синьо-зелената, като тази разлика е най-силно изразена при преминаване през интензивно васкуларизирани органи с обилно кръвоснабдяване.

Сравнение на дълбочината на проникване на азотни (дължина на вълната 337,1 nm), хелиево-кадмиеви (441,6 nm) и хелиево-неонови (632,8 nm) лазери в биологични тъкани е извършено в серия от изследвания от други автори. Бяха направени измервания върху срезове на различни органи на мишка, като се използваха два метода; с помощта на фотометрична топка или светлинна сонда. В първия случай коефициентът на отражение и коефициентът на затихване на лазерното лъчение в тъканта се определят фотометрично, а последният дава възможност да се изчисли дълбочината на проникване на лъчението; във втория, тънък (диаметър 0,75 mm) стъклен светлинен водач, свързан с фотоумножител, беше вкаран в облъчената тъканна проба от противоположната страна на лазерния лъч, коаксиално с него. Чрез преместване на върха на световода на различни известни разстояния от точката на падане на лъча върху повърхността на тъканта и измерване на плътността на светлинния поток бяха получени криви на разпределението на интензитета на лазерното лъчение в тъканта и е определена дълбочината на проникването му.

И двата използвани метода дадоха подобни резултати. Лъчението от хелиево-неонов лазер има най-голяма проникваща способност, а хелиево-кадмиевият лазер има най-малка. Във всички случаи дълбочината на проникване не надвишава 2-2,5 mm.

Интересен проблем беше поставен в експерименти, проведени от В. А. Дубровски и О. Г. Астафиева (1979), в които те сравняваха абсорбцията на червено лъчение от кръвен хемолизат с различни физични свойства: поляризирано кохерентно лъчение на хелиево-неонов лазер; поляризирано некохерентно лъчение от лампа с нажежаема жичка, преминало през полароид и спектрални филтри; неполяризирано и некохерентно лъчение от лампа с нажежаема жичка, преминало само през спектрални филтри. Установено е, че пространствената кохерентност не влияе на абсорбцията. Тя се влияе силно от ширината на спектъра и поляризационните свойства на радиацията: поляризираната радиация се абсорбира по-малко активно от неполяризираната радиация.

Наред с дадените данни за поглъщането от биологичните тъкани на радиация от лазери, които генерират в близката ултравиолетова (азот), видима (хелий-кадмий, аргон, хелий-неон, рубин) и близка инфрачервена (неодимов) спектрални области, информация върху абсорбцията е практически важно излъчването от CO3 лазер, генериращ в инфрачервената област при дължина на вълната 10 600 nm. Тъй като това лъчение се абсорбира интензивно от водата, а последната съставлява около 80% от масата на повечето клетки, когато биологичните тъкани са изложени на CO2 лазерно лъчение, то се абсорбира почти напълно от повърхностните слоеве на клетките.

Както беше отбелязано по-горе, проникването на лазерно лъчение в дълбините на тъканта е ограничено поради не само абсорбцията, но и други процеси, по-специално отражението на радиацията от повърхността на тъканта. Според B. A. Kudryashov (1976), p. Д. Плетнев (1978) и др., излъчването на лазери, генериращи в близката ултравиолетова и видима област на спектъра (азот, хелий-кадмий, аргон, хелий-неон, рубин), отразено от бялата кожа на хора и животни, е 30 -40%; за инфрачервено лъчение на неодимов лазер тази стойност не е много по-малка (20-35%), а в случай на по-далечно инфрачервено лъчение на CO2 лазер тя намалява до приблизително 5%.За различни вътрешни органи на животните, стойността на светлоотражението (633 nm) варира от 0,18 (черен дроб) до 0,60 (мозък)

Поради затихването на лазерното лъчение, дълбочината на проникването му в биологичните тъкани не надвишава няколко милиметра и практическото използване на лазерите трябва да се основава на тези условия. Въпреки това, наред с представените материали, са известни данни, които ни позволяват да направим по-оптимистични изводи. Въпросът е, че във всички обсъдени по-горе изследвания беше възможно да се оцени ролята на разсейването на радиацията дълбоко в тъканта. Когато, например, коефициентите на пропускливост и отражение на тъканна проба бяха определени с помощта на фотометрична топка, откритата разлика в интензитета на радиацията, падаща върху повърхността на пробата и преминаваща през нея, беше (минус отразената радиация) сумата на загубите, дължащи се на абсорбция и разсейване, и делът на всеки от тези процеси остава неизвестен. В друг случай, когато интензитетът на радиацията, достигаща до дадена точка дълбоко в тъканта, се измерва с помощта на светлинна сонда, краят на последната възприема само радиация, която пада "отпред". Всъщност въпросната точка вътре в тъканта е осветена от всички страни от радиация, разпръсната от заобикалящите я частици. Следователно, използвайки този метод, бяха получени подценени показатели за разпределението на интензитета на радиацията по дълбочина, което не позволи да се вземе предвид разсеяната светлина. В същото време в интензивно разсейващите среди, като биологични тъкани, делът на разсеяната радиация е много значителен.

Като се вземат предвид тези разпоредби в серия от подробни проучвания. Dougherty и др. (1975, 1978) е направен опит да се определи ефектът от разсейването на светлината върху дълбочината на проникване на радиация в тъканта. Авторите, използвайки фотоклетка, определят дела на светлинното лъчение от ксенонова лампа (областта от 620-640 nm е подчертана), която преминава през срезове с различна дебелина, които са получени от трансплантиран тумор на млечната жлеза на мишки или от нормалните им тъкани. Получените стойности на коефициента на пропускливост на светлината бяха използвани за изчисляване на коефициентите на разсейване (S) и абсорбция (K) от отношенията, установени от P. Kubelka (1964) и F. Kottler (I960). Получените стойности за туморна тъкан са S = 13,5 и K = 0,04, което показва, че фракцията на разсеяната светлина е много по-голяма от фракцията на абсорбираната светлина. аз

Във втората работа, извършена през 1978 г. от същата група изследователи, бяха използвани два метода, които позволиха всички стойности на интензитета на интерстициалната светлина, както тези, открити без отчитане на разсейването, така и включването му, да бъдат получени директно експериментално. В случай на използване на един от методите, в дълбочината на прясно изрязан тумор (рабдомиофома на плъх) се вкарва влакнест светлинен проводник с дебелина 0,8 mm, а краят му, излизащ от тъканта, се насочва от 2 mW хелиево-неонов лазерен лъч . Друг светлинен водач, свързан с фотометър, беше поставен от противоположната страна на пробата. Чрез първо поставяне на световодите в контакт и след това раздалечаването им до известни разстояния, беше измерен интензитетът на радиацията, предавана през слой тъкан с фиксирана дебелина. Както в експериментите, описани по-горе, този метод не позволява да се вземе предвид разпръснатото не.

Втората техника е актинометрична (фотохимична) и се състои във вкарване на няколко капилярни тръбички с диаметър 1 mm, напълнени с разтвор на фоточувствителна смес в туморната тъкан на определена дълбочина. След това при облъчване на тъканна проба със светлина с известен интензитет с помощта на лампа с нажежаема жичка (дължини на вълните над 600 nm) се определя количеството на продукта от фотохимичната реакция, което е право пропорционално на интензитета на светлината и е функция на дълбочината на тръбите . Очевидно при този експериментален дизайн протичането на реакцията е повлияно от цялата радиация, достигнала до дадена точка дълбоко в тъканта, включително разсеяната светлина. Данните, представени на фиг. 2 ни позволяват да сравним резултатите, получени с помощта на тези методи. Графиката показва, че интензитетът на радиация в туморната тъкан на същата дълбочина, определен чрез актинометричен метод, е значително по-висок от този, определен с помощта на оптична технология. Така от кривата на актинометричните измервания става ясно, че на дълбочина 2 cm около 8% от радиацията все още прониква в тъканта, докато според втората крива тази стойност е по-малка от 0,1% K

По този начин значителното преобладаване на разсейването на видимата светлина при преминаване през биологични тъкани над абсорбцията ни позволява да заключим, че способността на лазерното лъчение да проникне в тъканта е по-висока, отколкото обикновено се смята. Ако вземем предвид възможността за доставяне на лазерно лъчение дълбоко в тъканите с помощта на оптични влакна и последващото му разпространение в облъчената лезия поради разсейване, можем да се опитаме значително да разширим обхвата на клиничното използване на лазери.

6 ПАТОГЕНЕТИЧНИ МЕХАНИЗМИ НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НА ЛАЗЕРНОТО ЛЪЧЕНИЕ С БИОЛОГИЧНАТА ТЪКАН

Монохроматичността, стриктната насоченост, кохерентността и способността за концентриране на големи количества енергия в малки зони правят възможно селективно коагулиране, изпаряване и разрязване на биологични тъкани без контакт, с добра хемостаза, стерилност и абластичност.

При взаимодействие на лазерното лъчение с биологичните тъкани се наблюдават редица ефекти: термични, причинени от селективното поглъщане на светлинни кванти, появата на компресионни вълни и еластични удари в средата, действието на мощни електромагнитни полета, които в някои случаи придружават лазера радиация, както и редица други ефекти, причинени от оптичните свойства на самата среда.

Когато лазерното лъчение въздейства върху тъканта, степента на фокусирането му е важна. Когато фокусираният лазерен лъч преминава през жива тъкан, интензитетът на радиацията бързо спада и мускулна тъканна дълбочина 4 см е само 1-2% от първоначалната енергия. Степента и резултатът от биологичното въздействие на лазерното лъчение върху различни клетки, тъкани и органи зависят не само от характеристиките на лъчението (вид на лазера, продължителност и плътност на мощността на лъчението, честота на импулса и др.), но и от физикохимичните и биологичните характеристики на облъчените тъкани или органи /(интензивност на кръвния поток, хетерогенност, топлопроводимост, коефициент на абсорбция и отражение на различни междинни повърхности в средата и др.). Вътреклетъчните компоненти на клетката се оказаха най-чувствителните и лесно разрушаеми структури под въздействието на лазерното лъчение.

Способността да се концентрира лазерното лъчение в тесен лъч доведе до създаването на лазерен скалпел, който прави възможно практически безкръвни разрези в различни тъкани. Понастоящем е натрупан богат опит в използването на лазерно лъчение в експерименталната и клиничната медицина.

Хемостатичните свойства на лазерното лъчение могат да бъдат увеличени чрез използване на специални компресионни скоби и лазерни хирургически инструменти, които осигуряват краткотрайна компресия и кървене на тъкан по линията на планирания разрез. Принципът на дозирана компресия също така позволява значително да се намали степента на термична тъканна некроза, тъй като при условия на компресия топлопроводимостта на тъканите значително се увеличава. В това отношение същата енергийна плътност на фокусиран лазерен лъч прави възможно по-бързото дисектиране на тъкан при компресия, осигурявайки локална тъканна исхемия.

Използването на лазер в комбинация със специални инструменти осигурява не само дисекция на тъканите, но и тяхното така наречено биологично заваряване. Ефектът от заваряването на клетъчни и тъканни структури беше отбелязан от изследователи, които използваха лазерен лъч за дисекция на различни органи. Въпреки това, само със създаването на специално лазерно хирургическо оборудване беше възможно най-пълно да се реализира ефектът от биологичното заваряване на тъкани на кухи органи по време на тяхната дисекция. В зоната на облъчване се наблюдава повишена абсорбция на светлина поради по-голямата оптична плътност на компресираните тъкани и множество отражения на светлината от вътрешните части на апарата, образуващи затворено пространство. „Заваряването“ на тъканите на кухите органи се извършва слой по слой по линията на срязване в зоната на локално компресиране на тъканите, произведени от тези устройства.

Морфологичната проява на промените в основата на това явление е коагулативна термична некроза на тъкани, подложени на компресия с образуването на филм от коагулирана тъкан и клетъчни елементи по ръба на разреза, свързващ всички анатомични слоеве на органа на едно и също ниво

Последицата от трансформацията на светлинната радиационна енергия в топлинна енергия в лигавицата е деформация и скъсяване на жлезите, набръчкване на епителните клетки с компактно разположение на техните ядра. Получените структури приличат на „ограда с колове“. В мускулния слой морфологичните промени са по-слабо изразени. Субмукоза в зоната на "заваряване".

Дълбочина (μm) на термично увреждане на стомашната стена по време на гастротомия с помощта на лазер с въглероден диоксид(по данни от светлинен микроскоп)

става слабо видима. Ширината на зоната на коагулационна некроза по ръба на дисектираната тъкан в тези случаи е в рамките на 1-2 mm. Обемът на некротичните лезии може да бъде намален както чрез увеличаване на количеството течност в дисектираните тъкани, така и чрез използване на подходящо лазерно оборудване. Например, при дисекция на скелетни мускули с лазер с въглероден диоксид, ширината на зоната на коагулационна некроза, достигаща 1,1-1,2 mm, след предварително инжектиране на течност в мускула, намалява с 28-40%

На свой ред, използването на подобрени последните годиниспециалното лазерно хирургично оборудване също позволява да се намали зоната на коагулационна термична некроза до 30-60 микрона (Таблица 1).

Поради изключително високата температура, присъща на лазерното лъчение, се получава изключително бързо изпаряване на интерстициална и вътреклетъчна течност и след това изгаряне на сухия остатък. Дълбочината и степента на дегенеративните промени в тъканите при излагане на различни видове лазерно лъчение зависят както от техните спектрални характеристики, така и от общата енергия (продължителност на експозиция) на лъчението. При малки експозиции се разрушават само повърхностните слоеве на тъканта. Постоянното увеличаване на времето на излагане на радиация е придружено от увеличаване на обема на увредената тъкан до перфорация на орган. Преместването на лазерния лъч в надлъжна или напречна посока води до изпаряване на тъканта и образуване на линеен разрез на органа.

В зоната на коагулационна термична некроза настъпва коагулация на стените на кръвоносните съдове и кръвта с образуването на коагулационен хиалиноподобен тромб, запушващ лумена на съда и осигуряващ адекватна хемостаза. При условия на дозирана компресия при използване на лазерни хирургични устройства, хемостатичният ефект на лазерното лъчение се засилва значително, тъй като

Схематично представяне на лазерна рана на стомаха

Съдовете с намалено кръвообращение мигновено се коагулират.

Морфологията на лазерната рана има характерни черти, които я отличават рязко от рани с друг произход. Тъканите, изложени на термични въздействия, са представени от коагулативна некроза, образуваща лазерна термична краста. Последният плътно покрива повърхността на раната. Непосредствено след излагане на лазер е трудно да се определи пълният обем на некротичната тъкан. Границата на тъканите, подложени на коагулационна некроза, се стабилизира главно в рамките на един ден. През този период в тясна зона на запазена тъкан на границата с термична некроза се открива оток и различна степен на тежест на циркулаторни нарушения, проявяващи се с хиперемия, стаза и периваскуларни диапедезни кръвоизливи.

Въз основа на хистологични изследвания са идентифицирани следните зони на лазерно излагане: зона на коагулативна некроза, чиято периферна част е тесен, хлабав ("гъбест") слой, а централната част е широка, компактна и зона на възпалителен оток (фиг. 23).

Отбелязани са микроциркулаторни нарушения, най-изразени при излагане на радиация от YAG-Nd лазер и аргонов лазер (за хемостаза на остри кървящи стомашни язви). Процесът на дисекция на тъкани с лазер с въглероден диоксид е придружен от строго локална коагулация на тъканта по протежение на линията на срязване, като по този начин се предотвратява увреждането на околната тъкан.

При лазерни рани, за разлика от рани от друг произход, преходните зони от коагулирана тъкан към жизнеспособна тъкан са слабо изразени или дори липсват. Регенерацията в тези случаи започва главно в клетките на зоната, която не е увредена от лазерното лъчение.

Известно е, че увреждането на тъканите е придружено от освобождаване на възпалителни медиатори. Сред последните се разграничават плазмени (циркулиращи) медиатори, както и клетъчни (местни) медиатори, свързани с активността на много клетки - мастоцити, тромбоцити, макрофаги, лимфоцити, полиморфонуклеарни левкоцити и др. По-специално, ролята на полиморфонуклеарните левкоцити в процеса на раната е предимно в лизиране на мъртва тъкан и фагоцитоза на микроби. Всяко намаляване на степента на микробно замърсяване води до намаляване на интензивността на всички компоненти на възпалението. При бактериологично изследване на материал от повърхността на рани и 1 g тъкан по време на изрязване на гнойни рани и некректомия с лазер с въглероден диоксид, пълна стерилност се наблюдава при 62 пациенти от 100, а в други случаи се наблюдава намаляване на съдържание на микроби под критично ниво (10 5).

Намаляването на степента на микробно замърсяване на лазерната рана, коагулативният характер на термичната некроза и съдовата тромбоза в зоната на некроза спомагат за намаляване на ексудативния компонент на възпалението. Наличието на слабо изразена левкоцитна реакция, а понякога и пълното й отсъствие в краищата на лазерна рана, е потвърдено от работата на повечето изследователи. Коагулираните тъкани не са източник на вазоактивни медиатори, по-специално кинини, които играят толкова важна роля във формирането и развитието на ексудативната фаза на възпалителната реакция.

Според VI Eliseenko (1980-1985), лазерните рани се характеризират с активна ранна пролиферация на клетъчни елементи от макрофагите и фибробластните серии, което определя хода на репаративния процес според вида на асептичното продуктивно възпаление. Пролиферацията на макрофаги и фибробласти във фокуса на продуктивното възпаление, започвайки от първия ден след излагане на лазерно лъчение, е в основата на образуващата се гранулационна тъкан.

Има обаче доказателства, че заздравяването на лазерни рани може да протече по обичайния начин, т.е. включително фазата на разтопяване на левкоцитите на некротичната тъкан. Заздравяването на лазерни рани, според Ю. Г. Пархоменко (1979, 1983), се извършва главно под лазерната краста. Трансформацията на лазерната краста се състои в нейното постепенно организиране и резорбция (в паренхимни органи - черен дроб и панкреас) или отхвърляне (в органите на стомашно-чревния тракт) с узряването на гранулационната тъкан.

Клетките от мононуклеарната фагоцитна система - макрофагите - са от съществено значение в процеса на зарастване на лазерни рани. Макрофагите контролират диференциацията на гранулоцитите и моноцитите от стволовите клетки, влияят върху функционалната активност на Т- и В-лимфоцитите, а също така участват в тяхното сътрудничество. Те секретират първите шест компонента на комплемента, като по този начин медиират участието на имунната система във възпалителния отговор. Макрофагите индуцират ролята на фибробластите и синтеза на колаген, т.е. те са стимулатори на крайната фаза на репаративната реакция) по време на възпаление. По-специално бяха открити клетъчни контакти между макрофагите и фибробластите на гранулационната тъкан.

Може да се предположи, че интензивната и продължителна реакция на макрофагите при лазерни рани, свързана с дългосрочното запазване на коагулираните тъкани, е фактор, който активно стимулира процеса на образуване на колаген.Според V.I.Eliseenko et al. (1982, 1985), функционалната роля на пролифериращите макрофаги е да „програмират“ целия ход на лечебния процес на лазерни хирургични рани.

Фибробластната реакция заема едно от водещите места в процесите на ранно зарастване на лазерни рани.

При лазерни рани, по време на периода на активен растеж на гранулационната тъкан (5-10 дни), високата плътност на фибробластите се комбинира с най-драматичното повишаване на активността на NAD (NADP)-липоамид дехидрогеназа (стара диафораза) в тези клетки , което до известна степен може да отразява повишаване нивото на енергийните и синтетични процеси в тях. По-късно ензимната активност на тези клетки постепенно намалява, което показва тяхното съзряване.

В развиващия се белег от лазерна рана се наблюдава бързо, дифузно натрупване на гликозаминогликани от основното вещество на съединителната тъкан, което показва узряването на гранулационната тъкан. Известно е, че след максималното увеличаване на броя на фибробластите и тяхното съзряване се увеличава и синтеза на колагенови влакна.

По време на лечебния процес на лазерни хирургични рани на стомашно-чревния тракт има ясна връзка между узряването на съединителната тъкан и растежа на епитела.

По този начин реакцията на макрофагите, пролиферацията на фибробластите и колагеногенезата се появяват много рано и са по-изразени, колкото по-слабо е изразена левкоцитната инфилтрация, липсата на която осигурява заздравяването на лазерни рани с първично намерение.

7 МЕХАНИЗМИ НА ЛАЗЕРНА БИОСТИМУЛАЦИЯ

Отделно трябва да разгледаме естеството на биостимулиращата активност на нискоенергийното лазерно лъчение в червената област на спектъра, което се получава главно с помощта на хелиево-неонови лазери. Благоприятното въздействие на това лъчение е установено при експерименти върху различни биологични обекти.

През 70-те години се правят опити да се обясни феноменът на лазерната биостимулация чрез специални свойства („биополе“, „биоплазма“), за които се твърди, че са присъщи на живите организми и придават биологично значение на специфичните характеристики на лазерното лъчение. През 1979 г. се предполага, че биологичните ефекти на нискоенергийното лазерно лъчение са свързани с естествените процеси на регулиране на светлината, наблюдавани при животни. Молекулярната основа на началните етапи на такива процеси е по-добре проучена в растенията, за които е установен не само фактът на самата фоторегулация, но и химическа природаедин от основните акцептори на светлина е фитохромът. Този хромопротеин съществува в две форми, едната от които абсорбира светлина близо до 660 nm, а другата при 730 nm. Поради взаимното преобразуване на тези форми при осветяване, тяхното количествено съотношение се променя, което е спусък във веригата от процеси, които в крайна сметка водят до покълване на семена, образуване на пъпки, цъфтеж на растения и други формиращи ефекти. Въпреки че няма съмнение, че при животните фоторегулаторните процеси са в основата на такива явления като цикличността на половото размножаване или ограничаването на редица адаптивни реакции (линеене и зимен сън на бозайници, миграция на птици) до определени периоди от годината, техните молекулярни механизми са неясни

Идеята за съществуването на определена фоторегулаторна система в животинските клетки, може би напомняща фитохромната система на растенията, предполага, че биостимулиращата активност на хелиево-неоновото лазерно лъчение е следствие от простото съвпадение на неговите спектрални характеристики с абсорбцията регион на компонентите на тази система. В този случай би се очаквало монохроматичната червена светлина от некохерентни източници също да бъде биологично ефективна. За да се тестват експериментално този и други въпроси, бяха необходими чувствителни тестове, които биха довели до количествени, силно възпроизводими и точно измерими резултати. По-голямата част от изследванията с хелиево-неонови лазери са проведени върху животни или директно върху пациенти при условия, които не отговарят на тези изисквания.

Когато избирахме подходяща моделна система, ние изхождахме от две предпоставки: 1) клетките, които се развиват или оцеляват in vitro, представляват сравнително прост тестов обект, който позволява точно отчитане на условията на експозиция и нейните резултати; 2) специално вниманиезаслужава реакцията на повърхностната мембрана на клетките, чиято висока чувствителност беше установена по-рано в експерименти с нискоенергийно червено лъчение от рубинен лазер.

В проучвания, проведени от N. F. Gamaleya и др., е изследван ефектът на хелиево-неоновото лазерно лъчение върху повърхностната мембрана на лимфоцити, изолирани от човешка кръв. За целта е оценена способността на лимфоцитите да образуват Е-розетки – да взаимодействат с еритроцитите на овцете. Установено е, че при ниски дози на радиация (плътност на мощността 0,1-0,5 W/m2, експозиция 15 s), които са с един и половина до два порядъка по-ниски от използваните в клиничната работа с хелиево-неонов лазер, малко, но статистически значимо увеличение на способността за образуване на розетка (1,2-1,4 пъти) в облъчените лимфоцити в сравнение с контролата. Успоредно с цитомембранните промени се повишава функционалната активност на лимфоцитите, по-специално тяхната способност за делене се увеличава 2-6 пъти, което се определя в реакцията на бластна трансформация с фитохемаглутинин [Новиков Д.К., Новикова В.И., 1979], оценено чрез натрупване от 3 N-тимидин. При експерименти с човешки кръвни левкоцити е установено, че когато са изложени на хелиево-неоново лазерно лъчение в същите ниски дози, фагоцитозата от клетките на E. coli (както улавяне, така и смилане) се увеличава 1,5-2 пъти. Лъчението на хелий-неоновия лазер имало стимулиращ ефект и върху други клетки. По този начин, в културата на миши туморни клетки (L), забавянето на растежа им на 1-вия ден след облъчването беше заменено с неговото ускорение, което беше особено забележимо на 3-4-ия ден, когато броят на делящите се клетки беше 2 пъти по-голяма от контролната

По този начин беше показано, че хелиево-неоновото лазерно лъчение с много нисък интензитет причинява промени в клетъчната мембрана различни видовеи стимулиране на тяхната функционална активност. Промените в цитоплазмената мембрана в култивирани клетки от китайски хамстер, облъчени с хелиево-неонов лазер, също са разкрити от А. К. Абдвахитова и др.(1982), използвайки метода на флуоресцентните сонди, въпреки че използваните от тях дози радиация са с два порядъка по-високи от тези използвани от нас.

Хипотезата, изложена от унгарския хирург Е. Местер заедно с група физици, се опитва да обясни биостимулиращата активност на лазерното лъчение единствено с неговата поляризация: поради поляризацията на лъчението, то може да реагира с полярни липидни молекули в липиден двоен слой на цитоплазмената мембрана, който задейства верига от промени в клетката. Според предложения модел, стимулиращият ефект не трябва да зависи от дължината на вълната на излъчване. Експерименталните данни обаче не потвърждават това.

Надеждната възпроизводимост на биостимулационния ефект позволи да отидем по-далеч и да се опитаме да разберем дали този ефект се причинява само от лазерно (кохерентно, поляризирано) лъчение и как то зависи от дължината на вълната. За тази цел ефектът на монохроматична червена светлина (633 ± 5 nm), получена от ксенонова лампа, използваща дифракционен монохроматор, върху човешки кръвни лимфоцити беше оценен чрез използване на тест за образуване на розетка. Установено е, че при сравнима доза некохерентна червена светлина (3 J/m3) процесът на образуване на розетка се стимулира по същия начин, както при използване на хелиево-неонов лазер.

След това ефектът на червената светлина беше сравнен с ефекта на радиация от други тесни спектрални области на видимата област. В този случай активността на светлината беше оценена чрез нейния ефект върху три процеса: образуването на Е-розетки от човешки лимфоцити, пролиферацията на L клетки от културата и освобождаването на вещество с максимум на абсорбция от 265 nm в средата. от миши лимфоцити. (Последният тест е развитие на резултатите от наблюденията и се основава на факта, че от клетки, подложени на лазерно облъчване, се засилва освобождаването на определен химичен фактор с абсорбционна лента в областта от 260-265 nm.) Експериментите показват, че се наблюдава стимулиране и на трите процеса при облъчване на някои с монохроматична светлина и същите спектрални области: червено (633 nm), зелено (500 и 550 nm) и виолетово (415 nm).

По този начин проведените изследвания позволиха да се идентифицира наличието на висока светлинна чувствителност в различни човешки и животински клетки, дори много по-голяма, отколкото би могло да се очаква въз основа на клиничните резултати от терапията с лазерна биостимулация. Тази чувствителност не се дължи на кохерентността и поляризацията на светлината и не се ограничава до червената област на спектъра: наред с максимума в тази област имаше още две - във виолетовата и зелената област на спектъра.

Използвайки различен методологичен подход (определяне на интензитета на синтеза на ДНК в HeLa културални клетки чрез включването на белязан тимидин), T. Y. Karu и др. (1982, 1983) също показват, че биостимулационният ефект не е свързан с кохерентността и поляризацията на светлина . В техните експерименти с облъчване на клетки с червена светлина, максималната стимулация на синтеза на ДНК се наблюдава при доза от 100 J/m 2 и ефектът бързо намалява при промяна в която и да е посока. При сравняване на радиационната активност в различни части на спектъра са установени три максимума: близо до 400, 630 и 760 nm.

Към механизма на светлинната биостимулация. може да бъде свързано с образуването в облъчени клетки и тяхното освобождаване на химичния фактор, който е открит в средата чрез пика на абсорбция на светлина близо до 265 nm. За да се изясни естеството на този фактор, бяха проведени хартиена хроматография и електрофореза в агарозен гел със зонова визуализация с етидиев бромид, което направи възможно откриването на двойноверижна ДНК с молекулно тегло. Структурата на двойна спирала на ДНК се потвърждава от появата на хиперхромен ефект при нагряване.

Информацията, дадена в литературата за способността на нуклеиновите киселини да ускоряват възстановяването на увредените тъкани [Belous A.M. et al., 1974] потвърждава възможното участие на ДНК фактора, секретиран от клетките, в светлинната биостимулация. За да се тества тази хипотеза, беше проведен експеримент върху клетки от линия L, част от които бяха облъчени с хелиево-неонов лазер, а другата част, която не беше облъчена, обаче беше поставена в среда, взета от облъчени клетки и , следователно, съдържащи ДНК фактора. Определянето на скоростта на растеж (митотична активност) на клетките показва, че и в двете групи клетъчното развитие е стимулирано еднакво в сравнение с контролата.Освен това, разрушаването на ДНК в средата, взета от облъчени клетки с помощта на ензима ДНКаза, лишава тази среда от биостимулираща активност . Самата ДНК-аза практически няма ефект върху клетъчния растеж.

Следователно може да се мисли, че когато се действа върху тъканите на целия организъм (например по време на лазерна терапия на трофични язви), облъчването на клетките в периферията на патологичния фокус води до освобождаване на ДНК фактор, който стимулира растежа на фибробластни елементи в тъканите около язвата, като по този начин ускорява нейното зарастване. Недвусмислено доказателство за това обаче може да се получи само при опити върху животни.

По този начин представените данни очевидно оправдават осъществимостта на използването на лазер (или дори светлинна биостимулация) за терапевтични цели и показват начини за по-нататъшно развитие на този метод. Тези данни имат и по-широко фитобиологично значение, състоящо се в това, че за първи път е установена специфичната светлочувствителност на неретиналните (невизуални) клетки на хора и животни, която се характеризира с редица особености. Тази чувствителност е спектрално зависима и изключително висока: плътностите на мощността, които използвахме, равни на десети от вата на квадратен метър, са сравними с тези, които са ефективни за фоторегулаторните системи на растенията.Както беше установено чрез теста за изолиране на ДНК фактор, човешки клетки имат такава фоточувствителност и животни от различни видове, взети от тъкани и органи: миши, кучешки и човешки лимфоцити, клетки от черен дроб на плъх, клетки от култури, получени от човешки фибробласти, бъбрек на хамстер и злокачествени миши фибробласти.

Всички тези факти подкрепят предположението, че бозайниците имат специална система за възприятие на светлината, вероятно подобна на фитохромната система на растенията и също изпълняваща регулаторни функции. Сходството на предполагаемата фоточувствителна система на животните със системата за регулиране на фитохрома се доказва от сравнението на основните им характеристики.В допълнение към високата светлочувствителност, фитохромната система се характеризира с нискодозов (тригерен) характер на действие, което прави човек помни и може би обяснява голямата вариабилност на дозите (с разлики от два порядъка), използвани от клиницистите за лазерна биостимулация; конюгирането на фитохромната система (както и ефектите, които описахме) с клетъчни мембрани; контролът на фитохромната система върху синтеза на ДНК, РНК и протеин, чието образуване в тъканите, облъчени с хелиево-неонов лазер, според много автори също се засилва.

Ако животинските клетки действително имат специализирана фоточувствителна система, тогава с помощта на експерименти за определяне на спектъра на действие (зависимостта на големината на биологичната реакция от дължината на вълната) може да се опита да се установи спектърът на поглъщане (и от него химическата идентичност) на съединението, което е първичният акцептор на светлина и задейства верига от процеси, които в крайна сметка водят до фоторегулаторни ефекти. Съответствие между спектрите на действие и спектъра на поглъщане на светлинния акцептор обаче се постига само ако са изпълнени редица методически условия при поставянето на експерименти, което на практика е много трудна задача

Въпреки това не може да не се обърне внимание на сходството на трите криви, характеризиращи спектралната зависимост на различните биологични ефекти, които тествахме, с типичния спектър на абсорбция на порфириновите съединения. Това предполага, че акцепторът на светлината в хипотетичната система за фоторегулация на животинските клетки е някакво съединение от групата на порфирините, които, както е известно, са неразделна част от много важни биохимични компоненти на животинския организъм - хемоглобин, цитохроми, редица ензими и др. S. M. Zubkova (1978) предполага, че биостимулиращият ефект на хелиево-неоновото лазерно лъчение е свързан с абсорбцията му от порфирин-съдържащия ензим каталаза, който има максимум на абсорбция на светлина ~ 628 nm. Облъчването на клетките по периферията на патологичния фокус води до освобождаване от тях на ДНК фактор, който стимулира растежа на фибробластични елементи в тъканите около язвата, като по този начин ускорява нейното заздравяване. Недвусмислено доказателство за това обаче може да се получи само при опити върху животни.

По този начин представените данни очевидно оправдават осъществимостта на използването на лазер (или дори светлинна биостимулация) за терапевтични цели и показват начини за по-нататъшно развитие на този метод. Тези данни имат и по-широко фитобиологично значение, състоящо се в това, че за първи път е установена специфичната светлочувствителност на неретиналните (невизуални) клетки на хора и животни, която се характеризира с редица особености. Тази чувствителност зависи от спектъра и е изключително висока: използваните плътности на мощността, равни на десети от вата на квадратен метър, са сравними с тези, ефективни за растителни фоторегулаторни системи. Както беше установено чрез тест за изолиране на ДНК фактор, такава фоточувствителност имат човешки и животински клетки от различни видове, взети от тъкани и органи: миши, кучешки и човешки лимфоцити, клетки от черен дроб на плъхове, клетки от култури, получени от човешки фибробласти, бъбреци на хамстер и злокачествени миши фибробласти.

Всички тези факти подкрепят предположението, че бозайниците имат специална система за възприятие на светлината, вероятно подобна на фитохромната система на растенията и също изпълняваща регулаторни функции. Сходството на предполагаемата фоточувствителна система на животните със системата за регулиране на фитохрома се доказва чрез сравнение на техните основни характеристики. В допълнение към високата чувствителност към светлина, фитохромната система се характеризира с ниска доза (задействащ) характер на действие, което ни кара да си спомним и, може би, обяснява голямата променливост на дозите (с разлики от два порядъка), използвани от клиницистите за лазерна биостимулация; конюгирането на фитохромната система (както и ефектите, които описахме) с клетъчните мембрани; контролът на фитохромната система върху синтеза на ДНК, РНК и протеин, чието образуване в тъканите, облъчени с хелиево-неонов лазер, според много автори също се засилва.

Ако животинските клетки действително имат специализирана фоточувствителна система, тогава с помощта на експерименти за определяне на спектъра на действие (зависимостта на големината на биологичната реакция от дължината на вълната) може да се опита да се установи спектърът на поглъщане (и от него химическата идентичност) на съединението, което е първичният акцептор на светлина и задейства верига от процеси, които в крайна сметка водят до фоторегулаторни ефекти. Съответствие между спектрите на действие и спектъра на поглъщане на акцептора на светлината обаче се постига само ако са изпълнени редица методически условия при поставянето на експерименти, което на практика е много трудна задача.

ПРЕПРАТКИ

1. А. Н. РЕМИЗОВ „МЕДИЦИНСКА И БИОЛОГИЧНА ФИЗИКА“

2. “ЛАЗЕРИ В ХИРУРГИЯТА” ПОД РЕДАКЦИЯТА НА ПРОФ. ДОБРЕ. СКОБЕЛКИНА

3. “ЛАЗЕРИ В КЛИНИЧНАТА МЕДИЦИНА” ПОД РЕДАКЦИЯТА НА С. Д. ПЛЕТНЕВ

Лазерното лъчение в медицината е принудена или стимулирана вълна от оптичния диапазон с дължина от 10 nm до 1000 микрона (1 микрон = 1000 nm).

Лазерното лъчение има:
- кохерентност - съгласуваното протичане във времето на няколко вълнови процеса с еднаква честота;
- монохроматичен - една дължина на вълната;
- поляризация - организирана ориентация на вектора на напрегнатост на електромагнитното поле на вълната в равнина, перпендикулярна на нейното разпространение.

Физически и физиологични ефекти на лазерното лъчение

Лазерното лъчение (ЛР) има фотобиологична активност. Биофизичните и биохимичните реакции на тъканите към лазерното лъчение са различни и зависят от обхвата, дължината на вълната и фотонната енергия на лъчението:

IR лъчение (1000 микрона - 760 nm, енергия на фотона 1-1,5 EV) прониква на дълбочина 40-70 mm, предизвиквайки колебателни процеси - термично действие;
- видимата радиация (760-400 nm, енергия на фотона 2,0-3,1 EV) прониква на дълбочина 0,5-25 mm, предизвиква дисоциация на молекулите и активиране на фотохимични реакции;
- UV радиация (300-100 nm, енергия на фотона 3,2-12,4 EV) прониква на дълбочина 0,1-0,2 mm, предизвиква дисоциация и йонизация на молекулите - фотохимичен ефект.

Физиологичният ефект на нискоинтензивното лазерно лъчение (НИЛР) се осъществява по нервните и хуморалните пътища:

Промени в биофизичните и химичните процеси в тъканите;
- промени в метаболитните процеси;
- промяна в метаболизма (биоактивация);
- морфологични и функционални промени в нервната тъкан;
- стимулиране на сърдечно-съдовата система;
- стимулиране на микроциркулацията;
- повишаване на биологичната активност на клетъчните и тъканните елементи на кожата, активира вътреклетъчните процеси в мускулите, редокс процесите и образуването на миофибрили;
- повишава съпротивителните сили на организма.

Лазерно лъчение с висок интензитет (10,6 и 9,6 µm) причинява:

Термично изгаряне на тъканите;
- коагулация на биологични тъкани;
- овъгляване, горене, изпаряване.

Терапевтичен ефект на лазер с ниска интензивност (LILI)

Противовъзпалително, намаляващо отока на тъканите;
- аналгетик;
- стимулиране на възстановителните процеси;
- рефлексогенен ефект - стимулиране на физиологичните функции;
- генерализиран ефект - стимулиране на имунния отговор.

Терапевтичен ефект от високоинтензивното лазерно лъчение

Антисептичен ефект, образуване на коагулационен филм, защитна бариера срещу токсични агенти;
- рязане на тъкани (лазерен скалпел);
- заваряване на метални протези, ортодонтски апарати.

LILI показания

Остри и хронични възпалителни процеси;
- нараняване на меките тъкани;
- изгаряния и измръзване;
- кожни заболявания;
- периферни заболявания нервна система;
- заболявания на опорно-двигателния апарат;
- сърдечно-съдови заболявания;
- респираторни заболявания;
- заболявания на стомашно-чревния тракт;
- заболявания на пикочно-половата система;
- заболявания на ушите, носа и гърлото;
- нарушения на имунния статус.

Показания за лазерно облъчване в стоматологията

Заболявания на устната лигавица;
- пародонтални заболявания;
- некариозни лезии на твърди зъбни тъкани и кариес;
- пулпит, периодонтит;
- възпалителен процес и травма на лицево-челюстната област;
- заболявания на ТМС;
- лицева болка.

Противопоказания

Туморите са доброкачествени и злокачествени;
- бременност до 3 месеца;
- тиреотоксикоза, диабет тип 1, заболявания на кръвта, недостатъчност на дихателната, бъбречната, чернодробната и кръвоносната функция;
- трескави състояния;
- психично заболяване;
- наличие на имплантиран пейсмейкър;
- конвулсивни състояния;
- фактор на индивидуална непоносимост.

Оборудване

Лазерите са техническо устройство, което излъчва лъчение в тесен оптичен диапазон. Съвременните лазери са класифицирани:

По активно вещество (източник на индуцирана радиация) - твърдотелни, течни, газови и полупроводникови;
- по дължина на вълната и излъчване - инфрачервени, видими и ултравиолетови;
- според интензитета на излъчване - ниско интензивни и високоинтензивни;
- според режима на генериране на лъчение - импулсни и непрекъснати.

Апаратите са оборудвани с излъчващи глави и специализирани приставки – дентални, огледални, акупунктурни, магнитни и др., осигуряващи ефективността на лечението. Комбинираното използване на лазерно лъчение и постоянно магнитно поле засилва терапевтичния ефект. В търговската мрежа се произвеждат основно три типа лазерно терапевтично оборудване:

1) на базата на хелиево-неонови лазери, работещи в режим на непрекъснато излъчване с дължина на вълната 0,63 микрона и изходна мощност 1-200 mW:

ULF-01, “Ягода”
- AFL-1, AFL-2
- СОВАЛКА-1
- ALTM-01
- FALM-1
- "Платан-М1"
- "Атол"
- ALOC-1 - лазерно устройство за облъчване на кръвта

2) на базата на полупроводникови лазери, работещи в непрекъснат режим на генериране на радиация с дължина на вълната 0,67-1,3 микрона и изходна мощност 1-50 mW:

АЛТП-1, АЛТП-2
- "Изел"
- "Мазик"
- "Вита"
- "Звънец"

3) на базата на полупроводникови лазери, работещи в импулсен режим, генериращи радиация с дължина на вълната 0,8-0,9 микрона, импулсна мощност 2-15 W:

- "Шаблон", "Шаблон-2K"
- "Лазурит-ЗМ"
- "Лузар-МП"
- "Нега"
- "Азор-2К"
- "Ефект"

Апарати за магнитолазерна терапия:

- "Млада"
- AMLT-01
- "Светоч-1"
- "Лазур"
- "Ерга"
- MILTA - магнитен инфрачервен

Технология и методика на лазерното лъчение

Излагането на радиация се извършва върху лезията или органа, сегментно-метамерната зона (кожно), биологично активната точка. При лечение на дълбок кариес и пулпит по биологичен метод, облъчването се извършва в областта на дъното на кариозната кухина и шийката на зъба; пародонтит - световод се вкарва в кореновия канал, предварително обработен механично и медикаментозно, и се придвижва до върха на корена на зъба.

Техниката на лазерно облъчване е стабилна, стабилна - сканираща или сканираща, контактна или дистанционна.

Дозиране

Отговорите на LI зависят от параметрите на дозиране:

дължина на вълната;
- методология;
- режим на работа - непрекъснат или импулсен;
- интензивност, плътност на мощността (PM): нискоинтензивен LR - мек (1-2 mW) се използва за въздействие върху рефлексогенните зони; средна (2-30 mW) и твърда (30-500 mW) - върху областта на патологичния фокус;
- време на излагане на едно поле - 1-5 минути, общо време не повече от 15 минути. ежедневно или през ден;
- курс на лечение от 3-10 процедури, повторени след 1-2 месеца.

Мерки за безопасност

Очите на лекаря и пациента са защитени с очила SZS-22, SZO-33;
- не можете да гледате източника на радиация;
- стените на кабинета да са матирани;
- натиснете бутона "старт", след като инсталирате излъчвателя върху патологичния фокус.

Слово ЛАЗЕР (Усилване на светлината чрез стимулирано излъчване) се превежда от английски като Усилване на светлината чрез стимулиране на радиация. Самото действие на лазера е описано от Айнщайн още през 1917 г., но първият работещ лазер е построен едва 43 години по-късно от Теодор Майман, който е работил в Hugres Aircraft. За да произведе милисекунди импулси на лазерно лъчение, той използва изкуствен рубинен кристал като активна среда. Дължината на вълната на този лазер е 694 nm. След известно време беше изпробван лазер с дължина на вълната 1060 nm, което е близката инфрачервена област на спектъра. Активната среда в този лазер бяха стъклени пръчки, легирани с неодим.

Но по това време лазерът нямаше практическа полза. Водещи физици са търсили предназначението му в различни области на човешката дейност. Първите експериментални експерименти с лазери в медицината не бяха напълно успешни. Лазерното лъчение при тези вълни беше доста слабо погълнато; все още не беше възможно да се контролира точно мощността. Въпреки това през 60-те години червеният рубинен лазер показа добри резултати в офталмологията.

История на използването на лазерите в медицината

През 1964 г. е разработен и тестван аргоновият йонен лазер. Това беше лазер с непрекъсната вълна със синьо-зелен спектър и дължина на вълната 488 nm. Това е газов лазер и беше по-лесно да се контролира мощността му. Хемоглобинът абсорбира добре радиацията си. След кратко време започнаха да се появяват лазерни системи, базирани на аргонов лазер, които помогнаха при лечението на заболявания на ретината.

През същата година 64 лабораторията Bell разработи лазер на базата на итриев алуминиев гранат, легиран с неодим () и. CO2 е газов лазер, чието излъчване е непрекъснато, с дължина на вълната 1060 nm. Водата поглъща много добре радиацията си. И тъй като меки тъканиПри хората те се състоят главно от вода, тогава CO2 лазерът се превърна в добра алтернатива на конвенционалния скалпел. Чрез използването на този лазер за рязане на тъкан загубата на кръв е сведена до минимум. През 70-те години лазерите с въглероден диоксид намират широко приложение в институционалните болници в Съединените щати. Обхват на приложение по това време на лазерните скалпели: гинекология и отоларингология.

1969 г. е годината, когато е разработен първият импулсен лазер с багрило, а още през 1975 г. се появява първият ексимерен лазер. Оттогава лазерът се използва активно и се въвежда в различни области на дейност.

Лазерите започват да навлизат широко в медицината през 80-те години в болници и клиники в САЩ. В по-голямата си част по това време се използват лазери с въглероден диоксид и аргон, които се използват в хирургията и офталмологията. Един от недостатъците на лазерите от онова време е, че имат постоянно непрекъснато излъчване, което изключва възможността за по-прецизна работа, което води до термично увреждане на тъканта около третираната зона. Успешно кандидатстванеЛазерната технология по това време изискваше огромен трудов опит.

Следващата стъпка в развитието на лазерните технологии за медицината беше изобретяването на импулсния лазер. Този лазер дава възможност да се въздейства изключително върху проблемната зона, без да се уврежда околните тъкани. И през 80-те години се появяват първите. Това поставя началото на използването на лазери в козметологията. Такива лазерни системи могат да премахнат капилярни хемангиоми и рождени белези. Малко по-късно се появиха способни лазери. Това бяха лазери с Q-switched (Q-switched lser).

В началото на 90-те години бяха разработени и въведени технологии за сканиране. Точността на лазерната обработка вече беше компютърно контролирана и стана възможно да се извърши лазерно възстановяване на кожата (), което значително увеличи популярността на и.

Днес обхватът на лазерите в медицината е много широк. Това са хирургия, офталмология, стоматология, неврохирургия, козметология, урология, гинекология, кардиология и др. Можете да си представите, че някога лазерът е бил просто добра алтернатива на скалпела, но днес с него могат да се премахват ракови клетки, да се извършват много прецизни операции на различни органи, да се диагностицират сериозни заболявания в най- ранни стадии, като рак. Сега лазерните технологии в медицината вървят към развитие комбинирани методилечение, когато наред с лазерната терапия се използват физиотерапия, лекарства и ултразвук. Например, при лечението на гнойни заболявания е разработен комплекс от мерки, който включва лазерно лечение, използване на антиоксиданти и различни биологично активни материали.

Лазерната технология и медицината трябва да вървят ръка за ръка в бъдещето. И днес най-новите разработки на лазерната медицина помагат за отстраняване на ракови тумори и се използват за корекция на тялото в козметологията и корекция на зрението в офталмологията. Минимално инвазивна хирургия, когато много сложни операции се извършват с помощта на лазер.

Допълнителна информация:

Въпреки че по принцип лазерните технологии сами по себе си не са чак толкова новост в медицината, появата на апарати с нова дължина на вълната, модерни апарати и инструменти коренно промени ролята на лазерите в хирургията и отношението към тях.

, незапознати с лазерните технологии, скоро няма да могат да се мерят с тези, които имат специфични познания и опит в тази област. Хирургията е идеална среда за въвеждане на нови технологии, които позволяват извършването на различни процедури и интервенции без специални устройства, с минимален дискомфорт за пациента, както и намаляване на продължителността на болничния престой.

Ние, разбира се, трябва да сме изключително задължени на Бор за идеята за оптичните резонатори, на Айнщайн за идеята за стимулираното излъчване и на редица други изследователи за всички концепции във физиката, които направиха развитието на лазерите възможен. Терминът лазер е съкращение, съставено от първите букви на следните думи и значения: усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на радиация - усилване на светлината чрез индуцирано излъчване. Концепцията за стимулирано излъчване може да се илюстрира съвсем просто чрез способността да се визуализира единица енергия (топлинна, електрическа), погълната от атом, молекула или йон на лазерна среда, която може да бъде течност или твърдо вещество в основното си състояние. След това атомът, молекулата или йонът преминават на по-високо енергийно ниво.

Лазерният лъч има три уникални свойства: има специфична посока с малко отклонение, кохерентност, което означава, че всяка вълна с определена дължина се разпространява в същата фаза с всички останали вълни, и монохроматичност. Лазерният лъч може да бъде фокусиран от система от лещи или, тъй като лазерният лъч принадлежи към спектъра с къси дължини на вълната, той може да бъде разпространен чрез оптични влакна, достигайки отдалечени обекти с минимална загуба на енергия.

Повечето медицински лазери днес използват електричество като основен и първоначален източник на енергия. Тъй като те генерират много топлина по време на производството на лазерна енергия, трябва да се използва охлаждащ механизъм, когато се използват, използвайки въздух или вода.По този начин, с няколко изключения (главно малки CO лазери), повечето лазери в момента са доста обемисти и изискват специални контакти и връзки към електрическите и водопроводни системи.

Някои лазери, които станаха много популярни, сега се използват в комбинация с наконечници, което позволява постигането на специфичен хирургичен ефект при контакт с тъкан. По същество лазерната енергия загрява върха, който след това работи благодарение на генерираната топлина. Много съвременни лазери могат да предават енергията си през тънки гъвкави кварцови влакна; тези влакна могат да преминават през лумените дори на най-малките ендоскопи, което прави такива лазери идеални за използване в хирургията.

Използването на лазерни технологии при хирургични интервенции има значителни предимства пред останалите традиционни методи.

Една от областите, в които лазерът започва да се използва предимно в медицината, са различни видове съдови аномалии на кожата и подкожните тъкани, брадавици. Лазерът се използва и за фотоподмладяване и нехирургична липосукция. Особено често с лазерни технологии се лекуват съдови аномалии: петна от портвайн, звездовидни ангиоми, телеангиектазии, пиогенни грануломи, ангиокератоми, петна от кафе с мляко и др. Петна от вино различни цветовемогат да бъдат успешно лекувани или поне значително намалени. В повечето от тези случаи се получава добър ефект при липса на усложнения и нежелани странични реакции.

Кожните ангиоми в областта на лицето, свързани с туберозна склероза, също реагират добре на лазерна терапия и, за разлика от големите хеманоми, които изискват многократни лазерни приложения, за тези малки ангиоми обикновено е достатъчна една сесия.

При лечение на повърхностни кожни лезии терапията започва с лазер с относително ниска мощност. Пациентите изпитват минимален дискомфорт, но понякога могат да се образуват мехури. В рамките на 3 седмици в повечето случаи резултатите се появяват ясно и става ясно дали има нужда от повторно използване на лазера или не. Лазерите в медицината правят възможно постигането на същите резултати в рамките на няколко седмици, които се наблюдават само след няколко години с очаквано управление и спонтанна еволюция.