Лазерите се използват във фармацията. Лазери в хирургията

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. Въпреки това, с натрупания опит, са идентифицирани отрицателните аспекти на „електрохирургията“, 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.

ЛАЗЕРИТЕ 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 точностпроизводство на възли и взаимното им монтиране.

Създаването на лазери се оказа възможно в резултат на прилагането на три основни физични идеи: стимулирано излъчване, създаване на термодинамично неравновесна обратна популация на нивата на атомната енергия и използването на положителни обратна връзка.

Възбудените молекули (атоми) са способни да излъчват луминесцентни фотони. Такова излъчване е спонтанен процес. Той е случаен и хаотичен по време, честота (може да има преходи между различни нива), 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. Само по себе си състояние на отрицателна температура не съществува дълго време.

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 стимулирани емисионни молекули на амоняк, генераторът се нарича молекулярен.

През 1960 г. е създаден първият квантов генератор на видимо 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-неонов 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. Интензитетът на най-мощните лазери може 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) популацията на високи електронни нива се извършва по схемата (S 0 --> S1 --> S n), а с hv hv наносекундни импулси (фиг. 4, b) - по 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 интензитета (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.

Светлината се използва за лечение на различни заболявания от векове. Древните гърци и римляни често са „приемали слънцето“ като лекарство. И списъкът от болести, които трябваше да се лекуват със светлина, беше доста голям.

Истинската зора на фототерапията идва през 19 век – с изобретяването на електрическите лампи се появяват нови възможности. В края на 19 век се опитват да лекуват едра шарка и морбили с червена светлина, като поставят пациента в специална камера с червени излъчватели. Също така различни „цветни бани“ (т.е. светлина от различни цветове) успешно се използват за лечение на психични заболявания. Освен това водеща позиция в областта на фототерапията в началото на ХХ век е заета от Руската империя.

В началото на 60-те години се появяват първите лазерни медицински устройства. Днес лазерните технологии се използват за почти всяко заболяване.

1. Физическа основа за използването на лазерната технология в медицината

1.1 Принцип на работа на лазера

Лазерите се основават на явлението стимулирано излъчване, чието съществуване е постулирано от А. Айнщайн през 1916 г. В квантовите системи с дискретни енергийни нива има три вида преходи между енергийни състояния: индуцирани преходи, спонтанни преходи и нерадиационни релаксиращи преходи. Свойствата на стимулираното излъчване определят кохерентността на излъчването и усилването в квантовата електроника. Спонтанното излъчване причинява наличието на шум, служи като зародишен импулс в процеса на усилване и възбуждане на вибрации и, заедно с нерадиационните релаксационни преходи, играе важна роля за получаване и поддържане на термодинамично неравновесно излъчващо състояние.

По време на индуцирани преходи една квантова система може да бъде прехвърлена от едно енергийно състояние в друго, както чрез поглъщане на енергията на електромагнитно поле (преход от по-ниско енергийно ниво към по-високо), така и чрез излъчване на електромагнитна енергия (преход от по-високо ниво към по-нисък).

Светлината се разпространява под формата на електромагнитна вълна, докато енергията по време на излъчване и поглъщане е концентрирана в светлинни кванти, докато по време на взаимодействието на електромагнитното излъчване с материята, както е показано от Айнщайн през 1917 г., заедно с поглъщането и спонтанното излъчване, принудително ( възниква индуцирано) лъчение. ) лъчение, което формира основата за разработването на лазери.

Усилване на електромагнитни вълни поради стимулирано излъчване или иницииране на самовъзбуждащи се трептения на електромагнитно излъчване в сантиметровия вълнов диапазон и по този начин създаване на устройство, наречено мазер(микровълново усилване чрез стимулирано излъчване на радиация), е приложен през 1954 г. След предложение (1958 г.) за разширяване на този принцип на усилване до значително по-къси светлинни вълни, първият лазер(усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на радиация).

Лазерът е светлинен източник, с който може да се произведе кохерентно електромагнитно излъчване, което ни е известно от радиотехниката и микровълновата техника, както и в късовълновите, особено инфрачервените и видимите области на спектъра.

1.2 Видове лазери

Съществуващи видовеЛазерите могат да бъдат класифицирани според няколко критерия. На първо място, според агрегатното състояние на активната среда: газ, течност, твърдо вещество. Всеки от тези големи класове е разделен на по-малки: според характеристиките на активната среда, вида на изпомпване, метода за създаване на инверсия и др. Например, сред лазерите в твърдо състояние е доста ясно разграничен широк клас полупроводникови лазери, в които най-широко се използва инжекционно изпомпване. Газовите лазери включват атомни, йонни и молекулярни лазери. Специално място сред всички други лазери заема лазерът на свободните електрони, чиято работа се основава на класическия ефект на генериране на светлина от релативистки заредени частици във вакуум.

1.3 Характеристики на лазерното лъчение

Лазерното лъчение се различава от лъчението от конвенционалните светлинни източници по следните характеристики:

Висока спектрална енергийна плътност;

едноцветен;

Висока времева и пространствена кохерентност;

Висока стабилност на интензитета на лазерното лъчение в стационарен режим;

Възможност за генериране на много кратки светлинни импулси.

Тези специални свойства на лазерното лъчение му осигуряват голямо разнообразие от приложения. Те се определят главно от процеса на генериране на радиация поради стимулирано излъчване, което е фундаментално различно от конвенционалните източници на светлина.

Основните характеристики на лазера са: дължина на вълната, мощност и режим на работа, който може да бъде непрекъснат или импулсен.

Лазерите намират широко приложение в медицинската практика и предимно в хирургията, онкологията, офталмологията, дерматологията, стоматологията и други области. Механизмът на взаимодействие на лазерното лъчение с биологичен обект все още не е напълно проучен, но може да се отбележи, че възникват или топлинни ефекти, или резонансни взаимодействия с тъканните клетки.

Лазерното лечение е безопасно и е много важно за хора с алергии към лекарства.

2. Механизъм на взаимодействие на лазерното лъчение с биологичните тъкани

2.1 Видове взаимодействие

Важно свойство на лазерното лъчение за хирургия е способността за коагулация на наситена с кръв (васкуларизирана) биологична тъкан.

предимно, коагулациявъзниква поради поглъщането на лазерното лъчение от кръвта, силното й нагряване до точката на кипене и образуването на кръвни съсиреци. По този начин абсорбиращата цел по време на коагулацията може да бъде хемоглобинът или водният компонент на кръвта. Това означава, че радиацията от лазери в оранжево-зелен спектър (KTP лазер, медни пари) и инфрачервени лазери (неодимов, холмиев, ербиев в стъкло, CO2 лазер) ефективно ще коагулира биологичната тъкан.

Въпреки това, при много високо поглъщане в биологична тъкан, като например лазер с ербиев гранат с дължина на вълната 2,94 микрона, лазерното лъчение се абсорбира на дълбочина от 5 - 10 микрона и може дори да не достигне целта - капиляра.

Хирургическите лазери се разделят на две големи групи: аблативен(от латински ablatio - "отнемане"; в медицината - хирургично отстраняване, ампутация) и неаблативенлазери. Аблативните лазери са по-близо до скалпела. Необлационните лазери работят на различен принцип: след третиране на обект, например брадавица, папиломи или хемангиоми, с такъв лазер, този обект остава на мястото си, но след известно време в него се извършват редица биологични ефекти и то умира. На практика това изглежда така: неоплазмата се мумифицира, изсъхва и пада.

Непрекъснатите CO2 лазери се използват в хирургията. Принципът се основава на топлинни ефекти. Предимствата на лазерната хирургия са, че е безконтактна, практически безкръвна, стерилна, локална, осигурява плавно зарастване на дисектираната тъкан, а оттам и добри козметични резултати.

В онкологията е забелязано, че лазерният лъч има разрушителен ефект върху туморните клетки. Механизмът на разрушаване се основава на термичен ефект, поради който възниква температурна разлика между повърхността и вътрешните части на обекта, което води до силни динамични ефекти и разрушаване на туморни клетки.

Днес такава посока като фотодинамичната терапия също е много обещаваща. Множество статии се появяват за клинични приложения този метод. Същността му е, че в тялото на пациента се въвежда специално вещество - фотосенсибилизатор. Това вещество се натрупва избирателно от раков тумор. След облъчване на тумора със специален лазер протича поредица от фотохимични реакции, при които се отделя кислород, който убива раковите клетки.

Един от начините за въздействие върху тялото с лазерно лъчение е интравенозно лазерно облъчване на кръвта(ILBI), който в момента се използва успешно в кардиологията, пулмологията, ендокринологията, гастроентерологията, гинекологията, урологията, анестезиологията, дерматологията и други области на медицината. Задълбоченото научно изследване на проблема и предвидимостта на резултатите допринасят за използването на ILBI както самостоятелно, така и в комбинация с други методи на лечение.

За ILBI обикновено се използва лазерно лъчение в червената област на спектъра
(0,63 микрона) с мощност 1,5-2 mW. Лечението се извършва ежедневно или през ден; на курс от 3 до 10 сесии. Времето на експозиция за повечето заболявания е 15-20 минути на сеанс за възрастни и 5-7 минути за деца. Интравенозната лазерна терапия може да се извърши в почти всяка болница или клиника. Предимството на амбулаторната лазерна терапия е, че намалява възможността от развитие на вътреболнични инфекции, създава добър психо-емоционален фон, позволявайки на пациента да остане функционален дълго време, докато се подлага на процедури и получава пълноценно лечение.

В офталмологията лазерите се използват както за лечение, така и за диагностика. С помощта на лазер се заварява ретината на окото и се заваряват съдовете на очната хориоидея. Аргоновите лазери, излъчващи в синьо-зелената област на спектъра, се използват за микрохирургия за лечение на глаукома. Ексимерните лазери отдавна се използват успешно за корекция на зрението.

В дерматологията много тежки и хронични кожни заболявания се лекуват с лазерно облъчване, премахват се и татуировки. При облъчване с лазер се активира регенеративният процес и се активира обмяната на клетъчните елементи.

Основният принцип на използването на лазери в козметологията е, че светлината въздейства само върху обекта или веществото, което я абсорбира. В кожата светлината се абсорбира от специални вещества - хромофори. Всеки хромофор поглъща в определен диапазон от дължини на вълните, например за оранжевия и зеления спектър това е хемоглобина в кръвта, за червения спектър е меланина в косата, а за инфрачервения спектър е клетъчната вода.

Когато радиацията се абсорбира, енергията на лазерния лъч се преобразува в топлина в областта на кожата, която съдържа хромофора. При достатъчна мощност на лазерния лъч това води до термично разрушаване на целта. Така с помощта на лазер е възможно селективно да се насочат например корените на косата, пигментните петна и други кожни дефекти.

Въпреки това, поради пренос на топлина, съседните области също се нагряват, дори ако съдържат малко хромофори, поглъщащи светлина. Процесите на поглъщане и пренос на топлина зависят от физическите свойства на целта, нейната дълбочина и размер. Ето защо в лазерната козметология е важно внимателно да се подбере не само дължината на вълната, но и енергията и продължителността на лазерните импулси.

В стоматологията лазерното облъчване е най-ефективното физиотерапевтично лечение на пародонтоза и заболявания на устната лигавица.

Вместо акупунктура се използва лазерен лъч. Предимството на използването на лазерен лъч е, че няма контакт с биологичен обект и следователно процесът е стерилен и безболезнен с голяма ефективност.

Световодните инструменти и катетри за лазерна хирургия са предназначени да доставят мощно лазерно лъчение на мястото на операцията по време на открити, ендоскопски и лапароскопски операции в урологията, гинекологията, гастроентерологията, общата хирургия, артроскопията, дерматологията. Позволява рязане, изрязване, аблация, вапоризация и коагулация на тъканите по време на хирургични операциипри контакт с биологична тъкан или при безконтактен начин на приложение (при отстраняване на края на влакното от биологичната тъкан). Излъчването може да бъде изведено или от края на влакното, или през прозорец на страничната повърхност на влакното. Може да се използва както във въздушна (газ), така и във водна (течна) среда. По специална поръчка, за по-лесно използване, катетрите са оборудвани с лесно сваляща се дръжка - държач за световод.

В диагностиката лазерите се използват за откриване на различни нехомогенности (тумори, хематоми) и измерване на параметрите на живия организъм. Основите на диагностичните операции се свеждат до преминаване на лазерен лъч през тялото на пациента (или един от неговите органи) и диагнозата се поставя въз основа на спектъра или амплитудата на предаваното или отразеното лъчение. Известни са методи за откриване на ракови тумори в онкологията, хематоми в травматологията, както и за измерване на кръвни параметри (почти всякакви, от кръвно налягане до съдържание на захар и кислород).

2.2 Характеристики на лазерното взаимодействие при различни параметри на излъчване

За хирургически цели лазерният лъч трябва да бъде достатъчно мощен, за да загрее биологичната тъкан над 50 - 70 ° C, което води до нейната коагулация, разрязване или изпаряване. Ето защо, в лазерната хирургия, когато се говори за мощността на лазерното излъчване на дадено устройство, те използват числа, показващи единици, десетки и стотици ватове.

Хирургическите лазери са непрекъснати или импулсни, в зависимост от вида на активната среда. Условно те могат да бъдат разделени на три групи според нивото на мощност.

1. Коагулация: 1 - 5 W.

2. Изпаряване и плитко рязане: 5 - 20 W.

3. Дълбоко рязане: 20 - 100 W.

Всеки тип лазер се характеризира основно с дължината на вълната на излъчване. Дължината на вълната определя степента на абсорбция на лазерното лъчение от биологичната тъкан и следователно дълбочината на проникване и степента на нагряване както на хирургическата зона, така и на околната тъкан.

Като се има предвид, че водата се съдържа в почти всички видове биологични тъкани, можем да кажем, че за хирургия е за предпочитане да се използва тип лазер, чието лъчение има коефициент на поглъщане във вода над 10 cm-1 или, което е същото, чиято дълбочина на проникване не надвишава 1 мм.

Други важни характеристики на хирургическите лазери,
определяне на употребата им в медицината:

радиационна мощност;

непрекъснат или импулсен режим на работа;

способността за коагулация на наситена с кръв биологична тъкан;

възможност за предаване на радиация чрез оптично влакно.

Когато биологичната тъкан е изложена на лазерно лъчение, тя първо се нагрява и след това се изпарява. За ефективно рязане на биологична тъкан се нуждаете от бързо изпаряване на мястото на срязване, от една страна, и минимално съпътстващо нагряване на околните тъкани, от друга страна.

При същата средна мощност на излъчване кратък импулс загрява тъканта по-бързо от непрекъснатото излъчване и разпространението на топлина към околната тъкан е минимално. Но ако импулсите имат ниска честота на повторение (по-малко от 5 Hz), тогава е трудно да се направи непрекъснат разрез, това е по-скоро като перфорация. Следователно лазерът за предпочитане трябва да има импулсен работен режим с честота на повторение на импулса, по-голяма от 10 Hz, а продължителността на импулса трябва да бъде възможно най-кратка, за да се получи висока пикова мощност.

На практика оптималната изходна мощност за операция варира от 15 до 60 W в зависимост от дължината на вълната на лазера и приложението.

3. Перспективни лазерни методи в медицината и биологията

развитие лазерна медицинапреминава през три основни направления: лазерна хирургия, лазерна терапия и лазерна диагностика. Уникалните свойства на лазерния лъч позволяват извършването на невъзможни досега операции с нови ефективни и минимално инвазивни методи.

Има нарастващ интерес към немедикаментозни лечения, включително физическа терапия. Често възникват ситуации, когато е необходимо да се извърши не една физическа процедура, а няколко, след което пациентът трябва да се движи от една кабина в друга, да се облича и съблича няколко пъти, което създава допълнителни проблеми и загуба на време.

Разнообразието от терапевтични методи налага използването на лазери с различни параметри на излъчване. За тези цели се използват различни излъчващи глави, които съдържат един или повече лазери и електронно устройство за свързване на управляващи сигнали от базовия блок с лазера.

Излъчващите глави са разделени на универсални, което им позволява да се използват както външно (чрез огледални и магнитни приставки), така и вътрекухинно чрез специални оптични приставки; матрични, с голяма площ на облъчване и нанасяни повърхностно, както и специализирани. Различни оптични приставки позволяват радиацията да бъде доставена до желаната зона на облъчване.

Блоковият принцип позволява използването на широка гама от лазерни и LED глави с различни спектрални, пространствено-времеви и енергийни характеристики, което от своя страна повишава ефективността на лечението на качествено ново ниво благодарение на комбинираното прилагане на различни техники за лазерна терапия. Преди всичко се определя ефективността на лечението ефективни методии оборудването, което осигурява изпълнението им. Съвременните техники изискват възможност за избор на различни параметри на експозиция (режим на излъчване, дължина на вълната, мощност) в широк диапазон. Устройството за лазерна терапия (АЛТ) трябва да осигурява тези параметри, тяхното надеждно управление и показване и в същото време да бъде просто и удобно за работа.

4. Лазери, използвани в медицинската техника

4.1 CO2 лазери

CO2 лазер, т.е. Лазер, чийто излъчващ компонент на активната среда е въглероден диоксид CO2, заема специално място сред разнообразието от съществуващи лазери. Този уникален лазер се отличава преди всичко с това, че се характеризира както с висока мощност на енергия, така и с висока ефективност. В непрекъснат режим се получават огромни мощности - няколко десетки киловата, импулсната мощност достига ниво от няколко гигавата, импулсната енергия се измерва в килоджаули. Ефективността на CO2 лазера (около 30%) надвишава ефективността на всички лазери. Скоростта на повторение в импулсно-периодичен режим може да бъде няколко килохерца. Дължините на вълните на CO2 лазерното лъчение са в диапазона 9-10 микрона (IR диапазон) и попадат в прозореца на прозрачност на атмосферата. Следователно CO2 лазерното лъчение е удобно за интензивно излагане на материя. Освен това обхватът на дължината на вълната на CO2 лазерното лъчение включва резонансните честоти на поглъщане на много молекули.

Фигура 1 показва по-ниските вибрационни нива на основното електронно състояние заедно със символично представяне на вибрационния режим на молекулата CO2.

Фигура 20 - Долни нива на молекулата CO2

Цикълът на лазерно изпомпване на CO2 лазер при стационарни условия е както следва. Плазмените електрони с тлеещ разряд възбуждат азотни молекули, които прехвърлят енергията на възбуждане към асиметричната разтягаща вибрация на молекулите на CO2, която има дълъг живот и е горното лазерно ниво. По-ниското лазерно ниво обикновено е първото възбудено ниво на симетричната разтягаща вибрация, която е силно свързана от резонанса на Ферми с огъващата вибрация и следователно бързо се отпуска заедно с тази вибрация при сблъсъци с хелий. Очевидно е, че същият канал за релаксация е ефективен в случая, когато долното лазерно ниво е второто възбудено ниво на режима на деформация. По този начин CO2 лазерът е лазер, използващ смес от въглероден диоксид, азот и хелий, където CO2 осигурява радиация, N2 изпомпва горното ниво, а He изчерпва долното ниво.

CO2 лазерите със средна мощност (десетки - стотици вата) са проектирани отделно под формата на относително дълги тръби с надлъжен разряд и надлъжно изпомпване на газ. Типичен дизайн на такъв лазер е показан на фигура 2. Тук 1 - разрядна тръба, 2 - пръстеновидни електроди, 3 - бавно обновяване на средата, 4 - разрядна плазма, 5 - външна тръба, 6 - охлаждаща течаща вода, 7, 8 - резонатор.

Фигура 20 - Диаграма на CO2 лазер с дифузионно охлаждане

Надлъжното изпомпване служи за отстраняване на продуктите на дисоциация на газовата смес в разряда. Охлаждането на работния газ в такива системи се дължи на дифузия върху външно охладената стена на изпускателната тръба. Топлопроводимостта на материала на стената е от съществено значение. От тази гледна точка е препоръчително да се използват тръби от корунд (Al2O3) или берилиева (BeO) керамика.

Електродите са направени с форма на пръстен, за да не блокират пътя на радиацията. Джауловата топлина се отвежда чрез топлинна проводимост към стените на тръбата, т.е. Използва се дифузионно охлаждане. Твърдото огледало е направено от метал, полупрозрачното е направено от NaCl, KCl, ZnSe, AsGa.

Алтернатива на дифузионното охлаждане е конвекционното охлаждане. Работният газ се издухва през зоната на разреждане с висока скорост и джаулова топлина се отстранява от разряда. Използването на бързо изпомпване позволява да се увеличи плътността на освобождаване на енергия и отстраняване на енергия.

CO2 лазерът се използва в медицината почти изключително като „оптичен скалпел“ за рязане и изпаряване при всички хирургични операции. Режещият ефект на фокусирания лазерен лъч се основава на експлозивното изпаряване на вътре- и извънклетъчната вода в зоната на фокусиране, поради което се разрушава структурата на материала. Разрушаването на тъканта води до характерната форма на ръбовете на раната. В тесен ограничена площвзаимодействие, температурата от 100 °C се надвишава само когато се постигне дехидратация (изпарително охлаждане). По-нататъшното повишаване на температурата води до отстраняване на материала чрез овъгляване или изпаряване на тъканта. Директно в маргиналните зони, поради като цяло лоша топлопроводимост, се образува тънко некротично удебеляване с дебелина 30-40 микрона. На разстояние от 300-600 микрона вече не настъпва увреждане на тъканите. В зоната на коагулация кръвоносните съдове с диаметър до 0,5-1 mm спонтанно се затварят.

Хирургическите устройства, базирани на CO2 лазери, в момента се предлагат в доста широка гама. Насочването на лазерния лъч в повечето случаи се осъществява чрез система от шарнирни огледала (манипулатор), завършваща с инструмент с вградена фокусираща оптика, която хирургът манипулира в оперираната зона.

4.2 Хелиево-неонови лазери

IN хелий-неонов лазерРаботното вещество са неутрални неонови атоми. Възбуждането се осъществява чрез електрически разряд. Трудно е да се създаде инверсия в непрекъснат режим в чист неон. Тази трудност, която в много случаи е доста обща, се преодолява чрез въвеждане на допълнителен газ в разряда - хелий, който действа като донор на възбуждаща енергия. Енергиите на първите две възбудени метастабилни нива на хелий (Фигура 3) доста точно съвпадат с енергиите на нивата 3s и 2s на неона. Следователно условията за резонансно предаване на възбуждане по схемата са добре реализирани

Фигура 20 - Диаграма на He-Ne лазерно ниво

При правилно подбрани налягания на неон и хелий, отговарящи на условието

възможно е да се постигне популация на едно или и двете нива на неон 3s и 2s, която е значително по-висока от тази в случая на чист неон и да се получи инверсия на популацията.

Опустошение на долното лазерни нивелиривъзниква при процеси на сблъсък, включително сблъсъци със стените на газоразрядната тръба.

Възбуждането на хелиеви (и неонови) атоми възниква в слаботоков тлеещ разряд (Фигура 4). В лазерите с непрекъсната вълна върху неутрални атоми или молекули за създаване на активна среда най-често се използва слабо йонизирана плазма на положителния стълб на тлеещ разряд. Плътността на тока на тлеещия разряд е 100-200 mA/cm2. Силата на надлъжното електрическо поле е такава, че броят на електроните и йоните, появяващи се в един сегмент на разрядната междина, компенсира загубата на заредени частици по време на тяхната дифузия към стените на газоразрядната тръба. Тогава положителният стълб на разряда е неподвижен и хомогенен. Електронната температура се определя от произведението на времето на налягането на газа вътрешен диаметъртръби При ниски температури електронната температура е висока, при високи температури е ниска. Постоянството на стойността определя условията за сходство на изхвърлянията. При постоянна плътност на броя на електроните условията и параметрите на разрядите ще останат непроменени, ако продуктът е постоянен. Плътността на броя на електроните в слабо йонизираната плазма на положителния стълб е пропорционална на плътността на тока.

За хелиево-неонов лазер оптималните стойности на , както и частичният състав на газовата смес са малко по-различни за различните спектрални области на генерация.

В областта от 0,63 µm, най-интензивната от линиите в серията, линията (0,63282 µm), съответства на оптималния Tor mm.

Фигура 20 - Проектна схема на He-Ne лазер

Характерните стойности на мощността на излъчване на хелиево-неонови лазери трябва да се считат за десетки миливати в областите от 0,63 и 1,15 микрона и стотици в района от 3,39 микрона. Срокът на експлоатация на лазерите е ограничен от процесите в разряда и се изчислява в години. С течение на времето съставът на газа се променя в изхвърлянето. Поради сорбцията на атоми в стените и електродите възниква процес на "втвърдяване", налягането пада и съотношението на парциалните налягания на He и Ne се променя.

Най-голямата краткотрайна стабилност, простота и надеждност на конструкцията на хелиево-неоновия лазер се постига чрез инсталиране на огледала с кухина вътре в разрядната тръба. Въпреки това, при това разположение, огледалата сравнително бързо се повредят поради бомбардиране от заредени частици на разрядната плазма. Ето защо най-широко използваната конструкция е, при която газоразрядната тръба е поставена вътре в резонатора (Фигура 5), а краищата й са снабдени с прозорци, разположени под ъгъл на Брюстър спрямо оптичната ос, като по този начин се осигурява линейна поляризация на излъчването. Това разположение има редица предимства - настройката на огледалата на резонатора е опростена, експлоатационният живот на газоразрядната тръба и огледалата се увеличава, тяхната подмяна е по-лесна, става възможно управлението на резонатора и използването на дисперсивен резонатор, режим раздяла и др.

Фигура 20 - He-Ne лазерна кухина

Превключването между лазерните ленти (Фигура 6) в регулируем хелий-неонов лазер обикновено се постига чрез въвеждане на призма и обикновено се използва дифракционна решетка за фина настройка на лазерната линия.

Фигура 20 - Използване на призма Leathrow

4.3 YAG лазери

Тривалентният неодимов йон лесно активира много матрици. От тях най-обещаващите бяха кристалите итриев алуминиев гранат Y3Al5O12 (YAG) и стъкло. Изпомпването прехвърля Nd3+ йони от основното състояние 4I9/2 в няколко относително тесни ивици, които играят ролята на горно ниво. Тези ленти се образуват от серия от припокриващи се възбудени състояния и техните позиции и ширини варират леко от матрица до матрица. От лентите на помпата има бързо прехвърляне на енергия на възбуждане към метастабилното ниво 4F3/2 (Фигура 7).

Фигура 20 - Енергийни нива на тривалентни редкоземни йони

Колкото по-близо са лентите на поглъщане до нивото 4F3/2, толкова по-висока е ефективността на генерацията. Предимството на YAG кристалите е наличието на интензивна червена абсорбционна линия.

Технологията за отглеждане на кристали се основава на метода на Чохралски, когато YAG и добавка се разтопяват в иридиев тигел при температура от около 2000 °C, последвано от отделяне на част от стопилката от тигела с помощта на зародиш. Температурата на семето е малко по-ниска от температурата на стопилката и когато се изтегли, стопилката постепенно кристализира върху повърхността на семената. Кристалографската ориентация на кристализиралата стопилка възпроизвежда ориентацията на зародиша. Кристалът се отглежда в инертна среда (аргон или азот) при нормално налягане с малко добавяне на кислород (1-2%). След като кристалът достигне желаната дължина, той бавно се охлажда, за да се предотврати разрушаване поради термичен стрес. Процесът на растеж отнема от 4 до 6 седмици и се контролира от компютър.

Неодимовите лазери работят в широк диапазон от лазерни режими, от непрекъснати до основно импулсни с продължителност, достигаща фемтосекунди. Последното се постига чрез заключване на режима в широка линия на усилване, характерна за лазерните очила.

При създаването на неодимови, както и на рубинени лазери, бяха внедрени всички характерни методи за управление на параметрите на лазерното лъчение, разработени от квантовата електроника. В допълнение към така нареченото свободно генериране, което продължава през почти целия живот на импулса на помпата, режимите на превключен (превключен) Q фактор и синхронизация (самосинхронизация) на режимите станаха широко разпространени.

В режим на свободно генериране продължителността на радиационните импулси е 0,1...10 ms, енергията на излъчване в схемите за усилване на мощността е около 10 ps, ​​когато се използва за добротно превключване на електрооптични устройства. Допълнително съкращаване на импулсите на лазера се постига чрез използване на избелващи филтри както за Q-превключване (0,1...10 ps), така и за заключване на режима (1...10 ps).

Когато биологичната тъкан е изложена на интензивно лъчение от Nd-YAG лазер, се образува достатъчно дълбока некроза (огнище на коагулация). Ефектът от отстраняването на тъканите и следователно ефектът на рязане е незначителен в сравнение с ефекта на CO2 лазера. Следователно Nd-YAG лазерът се използва предимно за коагулация на кървене и за некротизиране на патологично променени участъци от тъкан в почти всички области на хирургията. Тъй като предаването на радиация е възможно и чрез гъвкави оптични кабели, се отварят перспективи за използване на Nd-YAG лазери в телесни кухини.

4.4 Полупроводникови лазери

Полупроводникови лазериизлъчват кохерентно лъчение в UV, видимия или IR диапазони (0,32...32 µm); Като активна среда се използват полупроводникови кристали.

Понастоящем са известни над 40 различни полупроводникови материала, подходящи за лазери. Изпомпването на активната среда може да се извърши чрез електронни лъчи или оптично лъчение (0,32...16 µm), в p-n прехода на полупроводников материал чрез електрически ток от приложено външно напрежение (инжектиране на носители на заряд, 0,57... 32 µm).

Инжекционните лазери се различават от всички други видове лазери по следните характеристики:

Висока енергийна ефективност (над 10%);

Простота на възбуждане (директно преобразуване на електрическата енергия в кохерентно излъчване - както в непрекъснат, така и в импулсен режим на работа);

Възможност за директна модулация чрез електрически ток до 1010 Hz;

Изключително малки по размер (дължина по-малка от 0,5 mm; широчина не повече от 0,4 mm; височина не повече от 0,1 mm);

Ниско напрежение на помпата;

Механична надеждност;

Дълъг експлоатационен живот (до 107 часа).

4.5 Ексимерни лазери

Ексимерни лазери, представляваща нов класлазерните системи отварят UV диапазона за квантовата електроника. Принципът на работа на ексимерните лазери е удобно да се обясни на примера на ксенонов (nm) лазер. Основното състояние на молекулата Xe2 е нестабилно. Невъзбуденият газ се състои главно от атоми. Населението на горното лазерно състояние, т.е. създаването на възбудена стабилност на молекула възниква под действието на лъч от бързи електрони в сложна последователност от сблъсъчни процеси. Сред тези процеси важна роля играят йонизацията и възбуждането на ксенон от електрони.

Ексимерите на халогенидите на благородните газове (монохалидите на благородните газове) представляват голям интерес, главно защото, за разлика от димерите на благородните газове, съответните лазери работят не само с електронен лъч, но и с газоразрядно възбуждане. Механизмът на образуване на горните членове на лазерните преходи в тези ексимери е до голяма степен неясен. Качествените съображения показват по-голяма лекота на тяхното образуване в сравнение със случая на димери на благородни газове. Съществува дълбока аналогия между възбудени молекули, съставени от атоми на алкален материал и халоген. Атом на инертен газ във възбудено електронно състояние е подобен на атом на алкален метал и халоген. Атом на инертен газ във възбудено електронно състояние е подобен на атома на алкалния метал, който го следва в периодичната таблица. Този атом лесно се йонизира, тъй като енергията на свързване на възбудения електрон е ниска. Поради високия афинитет на халогенния електрон, този електрон лесно се отделя и когато съответните атоми се сблъскат, доброволно скача на нова орбита, която обединява атомите, като по този начин извършва така наречената харпунна реакция.

Най-често срещаните типове ексимерни лазери са: Ar2 (126,5 nm), Kr2 (145,4 nm), Xe2 (172,5 nm), ArF (192 nm), KrCl (222,0 nm), KrF (249,0 nm), XeCl (308,0 nm) , XeF (352,0 nm).

4.6 Багрилни лазери

Отличителна черта багрилни лазерие способността да работи в широк диапазон от дължини на вълните от близко инфрачервено до почти ултравиолетово, плавна настройка на дължината на вълната на лазера в диапазон от няколко десетки нанометра широк с монохроматичност, достигаща 1-1,5 MHz. Багрилните лазери работят в непрекъснат, импулсен и импулсно-периодичен режим. Енергията на радиационните импулси достига стотици джаули, непрекъснатата генерираща мощност достига десетки ватове, честотата на повторение е стотици херци, а ефективността е десетки проценти (с лазерно изпомпване). В импулсен режим продължителността на генериране се определя от продължителността на импулсите на помпата. В режим на заключване на режима се постигат пикосекундни и подпикосекундни диапазони на продължителност.

Свойствата на багрилните лазери се определят от свойствата на тяхното работно вещество, органични багрила. багрилаОбичайно е да се наричат ​​сложни органични съединения с разклонена система от сложни химични връзки, които имат интензивни ленти на поглъщане във видимата и близката UV област на спектъра. Цветните органични съединения съдържат наситени хромофорни групитип NO2, N=N, =CO, отговорен за оцветяването. Наличието на т.нар ауксохромни групитип NH3, OH дава оцветяващи свойства на съединението.

4.7 Аргонови лазери

Аргонов лазерсе отнася до вид газоразрядни лазери, които генерират при преходи между йонни нива главно в синьо-зелената част на видимата и близката ултравиолетова област на спектъра.

Този лазер обикновено излъчва при дължини на вълните от 0,488 µm и 0,515 µm, както и ултравиолетови дължини на вълните от 0,3511 µm и 0,3638 µm.

Мощността може да достигне 150 W (промишлени проби 2 часа 10 W, експлоатационен живот в рамките на 100 часа). Проектната диаграма на аргонов лазер с възбуждане с постоянен ток е показана на фигура 8.

Фигура 20 - Диаграма на дизайна на аргонов лазер

1 - лазерни изходни прозорци; 2 - катод; 3 - канал за водно охлаждане; 4 - газоразрядна тръба (капилярна); 5 - магнити; 6 - анод; 7 - байпасна газова тръба; 8 - фиксирано огледало; 9 - полупрозрачно огледало

Газовият разряд се създава в тънка газоразрядна тръба (4) с диаметър 5 mm в капиляр, който се охлажда с течност. Работното налягане на газа е в рамките на десетки Pa. Магнитите (5) създават магнитно поле за „натискане“ на разряда от стените на газоразрядната тръба, което предотвратява докосването на разряда до стените му. Тази мярка дава възможност да се увеличи изходната мощност на лазерното лъчение чрез намаляване на скоростта на релаксация на възбудените йони, което възниква в резултат на сблъсък със стените на тръбата.

Байпасният канал (7) е предназначен да изравни налягането по дължината на газоразрядната тръба (4) и да осигури свободна циркулация на газа. При липса на такъв канал след включване на дъговия разряд в анодната част на тръбата се натрупва газ, което може да доведе до нейното изгасване. Механизмът на казаното е следният. Под въздействието на електрическо поле, приложено между катода (2) и анода (6), електроните се устремяват към анода 6, увеличавайки налягането на газа в анода. Това налага изравняване на налягането на газа в газоразрядната тръба за осигуряване на нормално протичане на процеса, което се осъществява с помощта на байпасна тръба (7).

За да се йонизират неутралните аргонови атоми, е необходимо през газа да премине ток с плътност до няколко хиляди ампера на квадратен сантиметър. Следователно е необходимо ефективно охлаждане на газоразрядната тръба.

Основните области на приложение на аргоновите лазери: фотохимия, термична обработка, медицина. Аргоновият лазер, поради високата си селективност към автогенните хромофори, намира приложение в офталмологията и дерматологията.

5. Серийно произвеждано лазерно оборудване

Терапевтите използват хелиево-неонови лазери с ниска мощност, излъчващи във видимата област на електромагнитния спектър (λ=0,63 микрона). Една от физиотерапевтичните инсталации е лазерна UFL-1, предназначени за лечение на остри и хронични заболявания на лицево-челюстната област; може да се използва за лечение на дълготрайни незаздравяващи язви и рани, както и в травматологията, гинекологията, хирургията (следоперативен период). Използва се биологичната активност на червения лъч на хелиево-неонов лазер (радиационна мощност
20 mW, интензитетът на излъчване на повърхността на обекта е 50-150 mW/cm2).

Има данни, че тези лазери се използват за лечение на венозни заболявания (трофични язви). Курсът на лечение се състои от 20-25 десетминутни сесии на облъчване на трофичната язва с хелий-неонов лазер с ниска мощност и като правило завършва с пълното му излекуване. Подобен ефект се наблюдава при лечение на незаздравяващи травматични и следизгарящи рани с лазер. Дългосрочните ефекти от лазерната терапия при трофични язви и незаздравяващи рани бяха тествани върху голям брой излекувани пациенти за период от две до седем години. През тези периоди язви и рани вече не се отварят при 97% от предишните пациенти и само 3% са имали рецидиви на заболяването.

Светлинната пункция се използва за лечение на различни заболявания на нервната и съдовата система, облекчаване на болка при радикулит, регулиране на кръвното налягане и др. Лазерът овладява все повече нови медицински професии. Лазерно лечение на мозъка. Това се улеснява от активността на видимия спектър на нискоинтензивните хелиево-неонови лазери. Лазерният лъч, както се оказва, може да облекчи болката, да успокои и отпусне мускулите и да ускори регенерацията на тъканите. Много лекарства с подобни свойства обикновено се предписват на пациенти, които са претърпели травматично увреждане на мозъка, което дава изключително объркващи симптоми. Лазерният лъч съчетава ефекта на всички необходими лекарства. Това беше потвърдено от специалисти от Централния изследователски институт по рефлексология на Министерството на здравеопазването на СССР и Научноизследователския институт по неврохирургия на името на. К Н. Бурденко AMS СССР.

Изследванията за възможностите за лечение на доброкачествени и злокачествени тумори с лазерен лъч се провеждат от Московския изследователски онкологичен институт. П.А. Херцен", Ленинградски институт по онкология на името на. Н.Н. Петров и други онкологични центрове.

В този случай се използват различни видове лазери: CO2 лазер в режим на непрекъснато излъчване (λ = 10,6 µm, мощност 100 W), хелиево-неонов лазер с режим на непрекъснато излъчване (λ = 0,63 µm, мощност 30 mW), хелиево-кадмиев лазерен лазер, работещ в режим на непрекъснато излъчване (λ = 0,44 μm, мощност 40 mW), импулсен азотен лазер (λ = 0,34 μm, импулсна мощност 1,5 kW, средна мощност на излъчване 10 mW).

Разработени са и се използват три метода за въздействие на лазерното лъчение върху тумори (доброкачествени и злокачествени):

а) Лазерно облъчване - облъчване на тумор с разфокусиран лазерен лъч, което води до смърт на раковите клетки и загуба на способността за възпроизвеждане.

б) Лазерна коагулация - разрушаване на тумора с умерено фокусиран лъч.

в) Лазерна хирургия - изрязване на тумора заедно с прилежащите тъкани с фокусиран лазерен лъч. Разработени лазерни системи:

"Яхрома"- мощност до 2,5 W на изхода на световода при дължина на вълната 630 nm, време на експозиция от 50 до 750 sec; импулсен с честота на повторение 104 импулса/сек.; на 2 лазера - импулсен багрилен лазер и лазер на медни пари "LGI-202". "Спектрометър"- мощност 4 W с непрекъснат режим на генериране, дължина на вълната 620-690 nm, време на експозиция от 1 до 9999 sec с помощта на устройството "Експо"; на два лазера - непрекъснат багрилен лазер "Аметист"и аргонов лазер "Инверсия"за фотодинамична терапия на злокачествени тумори ( модерен методизбирателно въздействие върху раковите клетки на тялото).

Методът се основава на разликата в абсорбцията на лазерно лъчение от различни по параметри клетки. Лекарят инжектира фотосенсибилизиращо (тялото придобива специфична повишена чувствителност към чужди вещества) лекарство в зоната на натрупване на патологични клетки. Лазерното лъчение, поразяващо телесната тъкан, се абсорбира селективно от раковите клетки, съдържащи лекарството, като ги унищожава, което позволява унищожаването на раковите клетки, без да наранява околната тъкан.

Лазерно устройство АТКУС-10(JSC "Semiconductor Devices"), показан на фигура 9, ви позволява да повлияете на неоплазмите с лазерно лъчение с две различни дължини на вълната 661 и 810 nm. Устройството е предназначено за използване в широк спектър от лечебни заведения, както и за решаване на различни научни и технически проблеми като източник на мощно лазерно лъчение. При използване на устройството няма значителни деструктивни лезии на кожата и меките тъкани. Отстраняването на тумори с хирургичен лазер намалява броя на рецидивите и усложненията, съкращава времето за зарастване на рани, позволява едноетапна процедура и осигурява добър козметичен ефект.

Фигура 20 - Лазерно устройство АТКУС-10

Като излъчватели се използват полупроводникови лазерни диоди. Използва се транспортно оптично влакно с диаметър 600 микрона.

LLC NPF "Techkon" разработи устройство за лазерна терапия " Алфа 1M"(Фигура 10). Както се съобщава на уебсайта на производителя, инсталацията е ефективна при лечение на артроза, невродермит, екзема, стоматит, трофични язви, следоперативни рани и др. Комбинацията от два излъчвателя - непрекъснат и импулсен - предоставя големи възможности за терапевтична и изследователска работа. Вграденият фотометър ви позволява да задавате и контролирате мощността на излъчване. Дискретната настройка на времето и плавната настройка на честотата на импулсите на облъчване са удобни за работа с устройството. Простотата на управление позволява използването на устройството от медицинския персонал.

Фигура 20 - Лазерно терапевтично устройство "Алфа 1М"

Техническите характеристики на устройството са дадени в таблица 1.

Таблица 7 - Технически характеристики на лазерно терапевтично устройство "Алфа 1М"

В началото на 70-те години академик М.М. Краснов и колегите му от 2-ри Московски медицински институт се опитаха да излекуват глаукома (възниква поради нарушено изтичане на вътреочна течност и в резултат на това повишено вътреочно налягане) с помощта на лазер. Лечението на глаукомата се извършва с подходящи лазерни установки, създадени съвместно с физици.

Лазерна офталмологична единица "Ятаган"няма чужди аналози. Предназначен за хирургични операции на предната част на окото. Позволява ви да лекувате глаукома и катаракта, без да нарушавате целостта на външните мембрани на окото. Инсталацията използва импулсен рубинен лазер. Енергията на излъчване, съдържаща се в поредица от няколко светлинни импулса, варира от 0,1 до 0,2 J. Продължителността на отделния импулс е от 5 до 70 ns, интервалът между импулсите е от 15 до 20 μs. Диаметърът на лазерното петно ​​е от 0,3 до 0,5 mm. Лазерна машина "Ятаган 4"с продължителност на импулса 10-7 s., с дължина на вълната на излъчване 1,08 микрона и диаметър на петното 50 микрона. При такова облъчване на окото решаващо става не топлинното, а фотохимичното и дори механичното действие на лазерния лъч (поява на ударна вълна). Същността на метода е, че лазерен "изстрел" с определена мощност се насочва в ъгъла на предната камера на окото и образува микроскопичен "канал" за изтичане на течност и по този начин възстановява дренажните свойства на ириса, създаване на нормален отлив на вътреочна течност. В този случай лазерният лъч преминава свободно през прозрачната роговица и "експлодира" върху повърхността на ириса. В този случай не е парене, което води до възпалителни процеси в ириса и бързо елиминиране на канала, а пробиване на дупка. Процедурата отнема приблизително 10 до 15 минути. Обикновено се пробиват 15-20 дупки (канали) за изтичане на вътреочна течност.

В Ленинградската клиника по очни болести на Военномедицинската академия група специалисти, ръководени от доктора на медицинските науки професор В. В. Волков, използваха своя метод за лечение на дистрофични заболявания на ретината и роговицата с помощта на лазер с ниска мощност. LG-75, работещи в непрекъснат режим. При това лечение върху ретината на окото действа радиация с ниска мощност, равна на 25 mW. Освен това радиацията е разпръсната. Продължителността на една сесия на облъчване не надвишава 10 минути. За 10-15 сеанса с интервал между тях от един до пет дни лекарите успешно лекуват кератит, възпаление на роговицата и други възпалителни заболявания. Схемите на лечение са получени емпирично.

През 1983 г. американският офталмолог С. Трокел изрази идеята за възможността за използване на ултравиолетов ексимерен лазер за коригиране на късогледството. У нас изследванията в тази насока са проведени в Московския научноизследователски институт по очна микрохирургия под ръководството на професор С.Н. Федоров и А. Семенов.

За извършване на такива операции е създадена лазерна инсталация съвместно от МНТК „Микрохирургия на очите“ и Института по обща физика под ръководството на академик А. М. Прохоров "Профил 500"с уникална оптична система, която няма аналог в света. При излагане на роговицата възможността за изгаряне е напълно елиминирана, тъй като нагряването на тъканта не надвишава 4-8 ° C. Продължителността на операцията е 20-70 секунди, в зависимост от степента на късогледство. От 1993 г. "Профил 500" се използва успешно в Япония, в Токио и Осака, в Иркутския междурегионален лазерен център.

Хелий-неонов лазерен офталмологичен апарат МАКДЕЛ-08(JSC MAKDEL-Technologies), показан на фигура 11, има цифрова система за управление, измервател на мощността, захранване с оптично влакно и комплекти оптични и магнитни приставки. Лазерното устройство работи от мрежа с променлив ток с честота 50 Hz с номинално напрежение 220 V ± 10%. Позволява ви да зададете времето на сесията (лазерно лъчение) в диапазона от 1 до 9999 секунди с грешка не повече от 10%. Има дигитален дисплей, който ви позволява първоначално да зададете времето и да контролирате времето до края на процедурата. При необходимост сесията може да бъде прекратена предсрочно. Устройството осигурява честотна модулация на лазерното лъчение от 1 до 5 Hz на стъпки от 1 Hz, освен това има непрекъснат режим на излъчване, когато честотата е настроена на 0 Hz.

Фигура 20 - Лазерно офталмологично устройство MAKDEL-08

Инфрачервена лазерна машина МАКДЕЛ-09предназначени за корекция на акомодативно-рефракционно увреждане на зрението. Лечението се състои от извършване на 10-12 процедури по 3-5 минути. Резултатите от терапията продължават 4-6 месеца. Ако показателите за настаняване намалят, е необходимо да се повтори курсът. Процесът на подобряване на обективните зрителни показатели продължава 30-40 дни след процедурите. Средните стойности на положителната част на относителната акомодация стабилно се увеличават с 2,6 диоптъра. и достигат нормални нива. Максималното увеличение на резерва е 4,0 диоптъра, минималното е 1,0 диоптъра. Реоциклографските изследвания показват стабилно увеличаване на обема на циркулиращата кръв в съдовете на цилиарното тяло. Устройството ви позволява да зададете време за лазерна сесия от 1 до 9 минути. Цифровият дисплей на контролния блок ви позволява да направите първоначалната настройка на времето, както и да контролирате времето до края на сесията. При необходимост сесията може да бъде прекратена предсрочно. В края на лечебната сесия устройството издава предупредителен звуков сигнал. Системата за регулиране на разстоянието между центровете ви позволява да настроите разстоянието между центровете на каналите от 56 до 68 mm. Задаването на необходимото разстояние от център до център може да се извърши с помощта на линийка на изпълнителния блок или според изображението на еталонните светодиоди.

Аргонови лазерни модели АРГУСот Aesculap Meditek (Германия) за офталмология, използван за фотокоагулация на ретината. Само в Германия се използват повече от 500 аргонови лазера, всички от които работят безопасно и надеждно. ARGUS има удобни контроли и е съвместим с обичайните модели нарязани лампи от Zeiss и Haag-Streit. ARGUS е оптимално подготвен за работа заедно с Nd:YAG лазер на едно работно място.

Въпреки че ARGUS е проектиран като единична единица, инструменталната стойка и лазерната единица могат да бъдат поставени една до друга или на различни места и стаи, благодарение на свързващ кабел с дължина до 10 метра. Стойката за инструменти с регулируема височина осигурява максимална свобода за пациента и лекаря. Дори ако пациентът седи в инвалидна количка, лечението му не е трудно.

За да предпази очите, ARGUS интегрира контролиран нискошумен филтър за лекаря. Филтърът се вкарва в лазерния лъч при натискане на крачния превключвател, т.е. само непосредствено преди задействане на лазерната светкавица. Фотоклетки и микропроцесори контролират правилната му позиция. Оптимално осветлениезоната на коагулация се осигурява от специално устройство за насочване на лазерния лъч. Пневматичният микроманипулатор позволява прецизно позициониране на лъча с една ръка.

Технически характеристики на устройството:

Лазерен тип непрекъснат аргонов йонен лазер за офталмологична BeO керамична тръба

Захранване на роговицата:

върху роговицата: 50 mW - 3000 mW за всички линии, 50 mW - 1500 mW за 514 nm

със захранване с ограничена консумация на ток:

върху роговицата: 50 mW - 2500 mW за всички линии, 50 mW - 1000 mW за 514 nm

Аргонов пилотен лъч за всички линии или 514 nm, максимум 1 mW

Продължителност на импулса 0,02 - 2,0 сек, регулируема на 25 стъпки или плавно

Импулсна последователност 0,1 - 2,5 сек., с регулируеми интервали в 24 стъпки

Пускане на импулс с крачен превключвател; в режим на импулсна последователност желаната серия от светкавици се активира чрез натискане на крачния превключвател;

функцията се прекъсва при отпускане на педала

Захранване на лъча чрез светлинен водач, диам. 50 µm, дължина 4,5 m, двата края със SMA конектор

Налични опции за дистанционно управление:

дистанционно 1: ръчна настройка с помощта на ръчното колело;

дистанционно управление 2: настройка на контактните площадки на филмовата клавиатура.

Общи характеристики: електролуминисцентен дисплей, дисплей на мощността в цифрова и аналогова форма, цифров дисплей на всички други параметри за настройка, дисплей на работния статус (напр. сервизни препоръки) в ясен текст

Микропроцесорно управление, контрол на мощността, защитен филтър за лекаря и щори в режим 10 милисекунди

Охлаждане

въздух: вградени вентилатори намалено нивошум

вода: дебит от 1 до 4 l/min, при налягане от 2 до 4 bar и температура не по-висока от 24 °C

Мрежовото захранване се предлага в три различни единици за избор:

AC ток, монофазен с нулев проводник 230 V, 32 A, 50/60 Hz

AC ток, монофазен с максимална консумация на ток, ограничена до 25 A

трифазен ток, три фази и неутрален проводник, 400 V, 16 A, 50/60 Hz

Записване на резултатите: отпечатване на параметрите за обработка с помощта на допълнителен принтер

Размери

устройство: 95cm x 37cm x 62cm (Ш x Д x В)

маса: 93cm x 40cm (Ш x Д)

височина на масата: 70 - 90 см

"лазерен скалпел"намира приложение при заболявания на храносмилателната система (О. К. Скобелкин), пластична хирургия на кожата и заболявания на жлъчните пътища (А. А. Вишневски), в сърдечната хирургия (А. Д. Арапов) и много други области на хирургията.

В хирургията се използват CO2 лазери, излъчващи в невидимата инфрачервена област на електромагнитния спектър, което налага определени условия по време на операция, особено във вътрешните органи на човек. Поради невидимостта на лазерния лъч и трудното манипулиране с него (ръката на хирурга няма обратна връзка и не усеща момента и дълбочината на дисекцията), за осигуряване на точността на разреза се използват скоби и показалки.

Първите опити за използване на лазери в хирургията не винаги бяха успешни; близките органи бяха наранени и лъчът изгаряше тъканите. Освен това, ако се борави невнимателно, лазерният лъч може да бъде опасен за лекаря. Но въпреки тези трудности лазерната хирургия напредна. И така, в началото на 70-те години, под ръководството на академик Б. Петровски, професор Скобелкин, доктор Брехов и инженер А. Иванов започват да създават лазерен скалпел "скалпел 1"(Фигура 12).

Фигура 20 - Лазерна хирургическа единица "Скалпел-1"

Лазерният хирургичен апарат “Скалпел 1” се използва за операции на стомашно-чревния тракт, за спиране на кървене от остри язви на стомашно-чревния тракт, за кожни пластични операции, за лечение на гнойни рани и за гинекологични операции. Използван е CO2 лазер с непрекъснато излъчване с изходна мощност от световода 20 W. Диаметърът на лазерното петно ​​е от 1 до 20 микрона.

Диаграма на механизма на действие на CO2 лазерната светлина върху тъканта е представена на фигура 13.

Фигура 20 - Диаграма на механизма на действие на CO2 лазерната светлина върху тъканта

С помощта на лазерен скалпел операциите се извършват безконтактно, CO2 лазерната светлина има антисептично и антибластно действие, образува се плътен коагулационен филм, който осигурява ефективна хемостаза (лумените на артериалните съдове до 0,5 mm и венозните съдове до 1 mm в диаметър са заварени и не изискват лигиращи лигатури), създава бариера срещу инфекциозни (включително вируси) и токсични агенти, като същевременно осигурява високоефективна абластика, стимулира посттравматична тъканна регенерация и предотвратява белези (вижте диаграмата).

"лазерно"(Конструкторско бюро за приборостроене) е изградено на базата на полупроводникови лазери, излъчващи при дължина на вълната 1,06 микрона. Устройството е високо надеждно, малко габаритни размерии тегло. Лъчението се доставя до биологична тъкан чрез лазерен модул или с помощта на световод. Основното излъчване се насочва чрез пилотно осветление на полупроводников лазер. Клас на лазерна опасност 4 по GOST R 50723-94, клас на електрическа безопасност I със защита тип B по GOST R 50267.0-92.

Лазерно хирургично устройство "Ланцет-1"(Фигура 14) е модел на CO2 лазер, предназначен за хирургични операции в различни области на медицинската практика.

Фигура 20 - Лазерно хирургично устройство "Ланцет-1"

Апаратът е хоризонтален, преносим, ​​с оригинална опаковка под формата на калъф и отговаря на най-съвременните изисквания за хирургични лазерни системи както по отношение на техническите си възможности, така и по отношение на осигуряването на оптимални условия за работа на хирурга, лекота на управление и дизайн.

Техническите характеристики на устройството са дадени в таблица 2.

Таблица 7 - Технически характеристики на лазерно хирургично устройство "Lancet-1"

6. Медицинска лазерна апаратура, разработена от KBAS

Универсална оптична приставка ( НЕ) до лазери като LGN-111, LG-75-1(Фигура 15) е проектиран да фокусира лазерното лъчение в светлинния водач и да променя диаметъра на петното по време на външно облъчване.

Фигура 20 - Универсална оптична приставка (OU)

Приставката се използва при лечение на редица заболявания, свързани с нарушения на кръвообращението чрез въвеждане на светлинен проводник във вената и облъчване на кръвта, както и при лечение на дерматологични и ревматични заболявания. Приставката е лесна за използване, лесно се монтира върху тялото на лазера и бързо се настройва към режима на работа. При външно облъчване диаметърът на петното се променя чрез преместване на събирателната леща.

Техническите характеристики на LEU са дадени в таблица 3.

Таблица 7 - Технически характеристики на LEU

Физиотерапевтичен блок "Спрут-1"(Фигура 16) е предназначен за лечение на редица заболявания в различни области на медицината: травматология, дерматология, стоматология, ортопедия, рефлексотерапия, невралгия.

Фигура 20 - Лазерна физиотерапевтична единица "Sprut-1"

Лечението с инсталацията Sprut-1 осигурява липса на алергични реакции, безболезненост и асептичност, а също така води до значително намаляване на времето за лечение и спестяване на лекарства.

Принципът на работа се основава на използването на стимулиращия ефект на енергията на лазерното лъчение с дължина на вълната 0,63 микрона.

Инсталацията се състои от емитер, чието положение се регулира плавно спрямо хоризонталната равнина, захранващ блок с брояч за броя пускания и брояч за общото време на работа на инсталацията.

Излъчвателят и захранването са монтирани на лека подвижна стойка.

Техническите характеристики на инсталацията Sprut-1 са дадени в таблица 4.

Таблица 7 - Технически характеристики на физиотерапевтичната инсталация "Sprut-1"

Устройство за лазерна офталмологична терапия "Лота"(Фигура 17) се използва при лечението на ерозии и язви от трофичен характер, след наранявания, изгаряния, кератит и кератоконюнктивит, следоперативни кератопатии, както и за ускоряване на процеса на присаждане на присадка по време на трансплантация на роговица.

Фигура 20 - Лазерна офталмологична терапевтична единица "Лота"

Техническите характеристики на инсталацията са дадени в таблица 5.

Таблица 7 - Технически характеристики на лазерна система “Лота”.

Медицинска лазерна машина "Алмицин"(Фигура 18) се използва в терапията, стоматологията, фтизиатрия, пулмология, дерматология, хирургия, гинекология, проктология и урология. Методи на лечение: бактерициден ефект, стимулиране на микроциркулацията в огнището на увреждане, нормализиране на имунните и биохимични процеси, подобряване на регенерацията, повишаване на ефективността на лекарствената терапия.

Фигура 20 - Медицинско лазерно устройство "Алмицин"

Техническите характеристики на инсталацията са дадени в таблица 6.

Таблица 7 - Технически характеристики на медицинската лазерна система "Алмицин"

Оптично влакно "Ариадна-10"(Фигура 19) се предлага да замени нископодвижния и инерционен огледален шарнирен механизъм за предаване на радиация за хирургически инсталации (тип Scalpel-1), използващи CO2 лазери.

Основните елементи на приставката са: устройство за въвеждане на радиация и световод за обща хирургия.

Фигура 20 - Приставка за оптични влакна "Ариадна-10"

Световодът на приставката работи заедно с устройство за изпускане на дим, което позволява едновременното отстраняване на продуктите от взаимодействието на радиацията с биологичните тъкани от хирургичното пространство по време на извършване на хирургични операции.

Благодарение на гъвкавостта на световода, възможностите за използване на лазерни хирургични системи, използващи CO2 лазери, са значително разширени.

Техническите характеристики на инсталацията са дадени в таблица 7.

Таблица 7 - Технически характеристики на приставката за оптични влакна "Ариадна-10"

Диаграмата на закрепване е показана на фигура 20.

Фигура 20 - Диаграма на приставката за оптични влакна "Ариадна-10"

Списък на използваните източници

1. Захаров В.П., Шахматов Е.В. Лазерна технология: учебник. надбавка. - Самара: Издателство Самар. състояние космическото пространство университет, 2006. - 278 с.

2. Наръчник по лазерна техника. пер. от немски. М., Енергоатомиздат, 1991. - 544 с.

3. Жуков Б.Н., Лисов Н.А., Бакуцки В.Н., Анисимов В.И. Лекции по лазерна медицина: Урок. - Самара: Медия, 1993. - 52 с.

4. Използване на лазерен хирургичен апарат “Скалпел-1” за лечение на стоматологични заболявания. - М.: Министерство на здравеопазването на СССР, 1986. - 4 с.

5. Канюков В.Н., Терегулов Н.Г., Винярски В.Ф., Осипов В.В. Развитие на научно-технически решения в медицината: Учебник. - Оренбург: OSU, 2000. - 255 с.

В медицината лазерите са намерили своето приложение под формата на лазерен скалпел. Използването му за хирургични операции се определя от следните свойства:

Прави сравнително безкръвен разрез, тъй като едновременно с дисекцията на тъканите коагулира краищата на раната чрез „запечатване“ на не твърде големи кръвоносни съдове;

Лазерният скалпел се отличава с постоянни режещи свойства. Контактът с твърд предмет (например кост) не деактивира скалпела. За механичен скалпел подобна ситуация би била фатална;

Лазерният лъч, поради своята прозрачност, позволява на хирурга да вижда оперираната област. Острието на обикновен скалпел, както и острието на електрически нож, винаги до известна степен блокира работното поле от хирурга;

Лазерният лъч разрязва тъканта на разстояние, без да оказва механично въздействие върху тъканта;

Лазерният скалпел осигурява абсолютна стерилност, тъй като само радиацията взаимодейства с тъканта;

Лазерният лъч действа строго локално, изпаряването на тъканите става само във фокусната точка. Съседните области на тъканта се увреждат значително по-малко, отколкото при използване на механичен скалпел;

Клиничната практика показва, че рана, причинена от лазерен скалпел, почти не боли и заздравява по-бързо.

Практическа употребалазерите в хирургията започват в СССР през 1966 г. в Института А. В. Вишневски. Лазерният скалпел е използван при операции на вътрешните органи на гръдната и коремната кухина. В момента лазерните лъчи се използват за извършване на кожни пластични операции, операции на хранопровода, стомаха, червата, бъбреците, черния дроб, далака и други органи. Много е изкушаващо да се извършват операции с лазер върху органи, съдържащи голям брой кръвоносни съдове, например върху сърцето и черния дроб.

Особено широко използван лазерни инструментив очната хирургия. Окото, както знаете, е орган с много фина структура. В очната хирургия прецизността и бързината на манипулацията са особено важни. Освен това се оказа, че при правилен подбор на честотата на лазерното лъчение, то свободно преминава през прозрачните тъкани на окото, без да оказва никакво въздействие върху тях. Това ви позволява да извършвате операции върху лещата на окото и фундуса, без да правите никакви разрези. В момента успешно се извършват операции за отстраняване на лещата чрез изпаряването й с много кратък и мощен импулс. В този случай няма увреждане на околните тъкани, което ускорява лечебния процес, който отнема буквално няколко часа. От своя страна това значително улеснява последващото имплантиране на изкуствена леща. Друга успешно овладяна операция е заваряване на отлепена ретина.

Лазерите се използват доста успешно и при лечението на такива често срещани очни заболявания като миопия и далекогледство. Една от причините за тези заболявания е промяна в конфигурацията на роговицата по някаква причина. С помощта на много прецизно дозирано облъчване на роговицата с лазерно лъчение е възможно да се коригират нейните дефекти, възстановявайки нормалното зрение.

Трудно е да се надцени значението на използването на лазерната терапия при лечението на множество онкологични заболявания, причинени от неконтролираното делене на модифицирани клетки. Чрез прецизно фокусиране на лазерния лъч върху клъстери от ракови клетки, клъстерите могат да бъдат напълно унищожени, без да се увреждат здравите клетки.

Различни лазерни сонди намират широко приложение при диагностициране на заболявания на различни вътрешни органи, особено в случаите, когато използването на други методи е невъзможно или много трудно.

За медицински цели се използва нискоенергийно лазерно лъчение. Лазерната терапия се основава на комбинацията от излагане на тялото на импулсно широколентово лъчение от близкия инфрачервен диапазон заедно с постоянно магнитно поле. Терапевтичният (лечебен) ефект на лазерното лъчение върху живия организъм се основава на фотофизични и фотохимични реакции. На клетъчно ниво, в отговор на действието на лазерното лъчение, енергийната активност на клетъчните мембрани се променя, активира се ядреният апарат на клетките на ДНК-РНК-протеиновата система и следователно се увеличава биоенергийният потенциал на клетките. Реакцията на ниво организъм като цяло се изразява в клинични прояви. Това са аналгетични, противовъзпалителни и антиедематозни ефекти, подобряване на микроциркулацията не само в облъчените тъкани, но и в околните тъкани, ускоряване на заздравяването на увредената тъкан, стимулиране на общи и локални имунопротективни фактори, намаляване на холецистита в кръвта, бактериостатичен ефект.

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;
- заболявания на периферната 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:

от активно вещество(източник на стимулирано лъчение) - 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.

Уляновски държавен университет

Факултет по трансферни специалности

Есе

По дисциплина:

„Концепции на съвременната естествена наука“

По темата за:

“Лазер и приложението му в медицината”

Завършено:

Студент от група FTS-17

Алешин Алексей

Уляновск, 2009 г

1. Въведение 3

2.Лазер 4

2.1 Лазерно устройство 5

2.2 Лазерна класификация 9

3. Лазери в медицината 10

3.1 Стоматология 11

3.2 Хирургия 15

3.3 Съдови кожни заболявания 16

3.4 Фотоподмладяване на кожата 17

3.5 Премахване на татуировки и възрастови петна 18

3.6 Използване на лазер при лечение на УНГ заболявания 19

3.7 Офталмология 20

4. Заключение 21

Източници 22

1. Въведение

Още самото начало на 20 век е белязано от най-големите постижения на човешкия ум. На 7 май 1895 г. на заседание на Руското физико-химическо общество А. С. Попов демонстрира изобретено от него устройство за безжична комуникация, а година по-късно подобно устройство е предложено от италианския техник и предприемач Г. Маркони. Така се роди радиото. В края на отминалия век е създаден автомобил с бензинов двигател, който заменя този, изобретен през 18 век. парна кола. В началото на 20 век линиите на метрото вече работят в Лондон, Ню Йорк, Будапеща и Виена. На 17 декември 1903 г. американските инженери братята Орвил и Уилбър Райт прелитат 260 метра с първия в света самолет, а 12 години по-късно руският инженер И. И. Сикорски проектира и построява първия в света многомоторен самолет, давайки му името „Иля Муромец“. Постиженията във физиката бяха не по-малко зашеметяващи. Само за едно десетилетие в началото на двата века бяха направени пет открития. През 1895г Немският физик В. Рентген открива нов вид радиация, по-късно наречена на негово име; за това откритие той получава през 1901г. Нобелова награда, като по този начин става първият нобелов лауреат в историята. През 1896г Френският физик Антоан Анри Бекерел открива явлението радиоактивност - Нобелова награда 1903 г. През 1897 г. Английският физик Дж. Дж. Томсън открива електрона и измерва заряда му на следващата година - Нобелова награда за 1906 г. 14 декември 1900 г на среща на Германското физическо дружество Макс Планк извежда формулата за излъчвателната способност на черно тяло; това заключение се основава на напълно нови идеи, които се превърнаха в основата на квантовата теория - една от основните физични теории на 20-ти век. През 1905 г. младият Алберт Айнщайн - тогава само на 26 години - публикува специалната теория на относителността. Всички тези открития направиха зашеметяващо впечатление и хвърлиха мнозина в объркване - те не се вписваха в рамките на съществуващата физика и изискваха преразглеждане на нейните основни понятия. Едва започнал, 20-ти век предвещава раждането на нова физика и маркира невидима граница, отвъд която остава старата физика, наречена „класическа“. И днес човек има на разположение всемогъщ лазерен лъч. За какво ще използва това ново завоюване на ума? Какво ще стане лазерът: универсален инструмент, надежден помощник или, напротив, страхотно космическо оръжие, друг разрушител?

2. Лазер

Лазер(Английски) лазер, съкр. от Л добре Аусилване от Сстимулирани дмисия на Радиация- „усилване на светлината чрез стимулирано излъчване“), оптичен квантов генератор е устройство, което преобразува енергията на помпата (светлинна, електрическа, топлинна, химическа и т.н.) в енергията на кохерентен, монохроматичен, поляризиран и силно насочен радиационен поток. Физическата основа на лазерната работа е квантово-механичният феномен на принудително (индуцирано) излъчване. Лазерният лъч може да бъде непрекъснат, с постоянна амплитуда или импулсен, достигащ изключително високи пикови мощности. В някои схеми лазерният работен елемент се използва като оптичен усилвател за излъчване от друг източник. Има голям брой видове лазери, които използват всички агрегатни състояния на материята като работна среда. Някои типове лазери, като например лазери с разтвор на багрило или полихроматични лазери в твърдо състояние, могат да генерират диапазон от честоти (модове на оптична кухина) в широк спектрален диапазон. Размерите на лазерите варират от микроскопични за някои полупроводникови лазери до размера на футболно игрище за някои неодимови стъклени лазери. Уникалните свойства на лазерното лъчение направиха възможно използването им в различни области на науката и технологиите, както и в ежедневието, от четене и запис на компактдискове до изследвания в областта на контролирания термоядрен синтез. Физическата основа на лазерната работа е явлението принудително (индуцирано) лъчение. Същността на явлението е, че възбуден атом е способен да излъчи фотон под въздействието на друг фотон без неговото поглъщане, ако енергията на последния е равна на разликата в енергиите на нивата на атома преди и след фотона. радиация. В този случай излъченият фотон е кохерентен с фотона, причинил излъчването (той е негово „точно копие“). По този начин светлината се усилва. Това явление се различава от спонтанното излъчване, при което излъчените фотони имат произволна посока на разпространение, поляризация и фаза.

Хелий-неонов лазер. Светещият лъч в центъра не е самият лазерен лъч, а електрически разряд, който произвежда сияние, подобно на това, което се случва в неоновите лампи. Лъчът се проектира върху екрана вдясно като светеща червена точка. Вероятността случаен фотон да предизвика стимулирано излъчване от възбуден атом е точно равна на вероятността за поглъщане на този фотон от атом в невъзбудено състояние. Следователно, за да се усили светлината, е необходимо в средата да има повече възбудени атоми, отколкото невъзбудени (т.нар. инверсия на населението). В състояние на термодинамично равновесие това условие не е изпълнено, затова се използват различни системи за изпомпване на лазерната активна среда (оптични, електрически, химически и др.). Основният източник на генериране е процесът на спонтанно излъчване, следователно, за да се осигури непрекъснатостта на генерирането на фотони, е необходимо наличието на положителна обратна връзка, поради която излъчените фотони предизвикват последващи актове на индуцирана емисия. За целта лазерната активна среда се поставя в оптична кухина. В най-простия случай той се състои от две огледала, едното от които е полупрозрачно - през него лазерният лъч частично излиза от резонатора. Отразявайки се от огледалата, радиационният лъч преминава многократно през резонатора, предизвиквайки индуцирани преходи в него. Излъчването може да бъде непрекъснато или импулсно. В същото време, използвайки различни устройства (въртящи се призми, клетки на Кер и др.) За бързо изключване и включване на обратната връзка и по този начин намаляване на периода на импулсите, е възможно да се създадат условия за генериране на радиация с много висока мощност ( така наречените гигантски импулси.Този режим на работа на лазера се нарича режим с Q-превключване Лъчението, генерирано от лазер, е монохроматично (една или дискретен набор от дължини на вълната), тъй като вероятността за излъчване на фотон с определена дължина на вълната е по-голяма от тази на близко разположена, свързана с разширяването на спектралната линия, и съответно вероятността от индуцирани преходи при тази честота също е максимална.Затова постепенно в процеса на генериране фотоните с дадена дължина на вълната ще доминират над всички останали фотони Освен това, поради специалното разположение на огледалата в лазерния лъч, се задържат само тези фотони, които се разпространяват в посока, успоредна на оптичната ос на резонатора на малко разстояние от него, останалите фотони бързо напускат кухината сила на звука. Така лазерният лъч има много малък ъгъл на отклонение. И накрая, лазерният лъч има строго определена поляризация. За да направите това, в резонатора се въвеждат различни поляроиди; например те могат да бъдат плоски стъклени плочи, монтирани под ъгъл на Брюстър спрямо посоката на разпространение на лазерния лъч.

2.1 Лазерно устройство.

Всички лазери се състоят от три основни части:

• активна (работна) среда;
• помпени системи (източник на енергия);
• оптичен резонатор (може да липсва, ако лазерът работи в режим на усилвател).

Всеки от тях гарантира, че лазерът изпълнява специфичните си функции.

Активна среда

В момента всички агрегатни състояния на материята се използват като работна среда на лазер: твърдо, течно, газообразно и дори плазма. В нормално състояние броят на атомите, разположени на възбудени енергийни нива, се определя от разпределението на Болцман:

Тук н- броят на атомите във възбудено състояние с енергия д , н 0 - брой атоми в основно състояние, к- константа на Болцман, T- температура на околната среда. С други думи, има много малко такива атоми, така че вероятността фотон, разпространяващ се през средата, да предизвика стимулирано излъчване, също е много малка в сравнение с вероятността за неговото поглъщане. Следователно електромагнитната вълна, преминавайки през вещество, изразходва енергията си за възбуждане на атоми. В този случай интензитетът на излъчване намалява според закона на Бугер:

Тук аз 0 - начален интензитет, аз l е интензитетът на радиацията, изминаваща разстоянието лв материята а 1 е коефициентът на поглъщане на веществото. Тъй като зависимостта е експоненциална, радиацията се абсорбира много бързо.

В случай, че броят на възбудените атоми е по-голям от невъзбудените (т.е. в състояние на инверсия на населението), ситуацията е точно обратната. Актовете на стимулирано излъчване преобладават над поглъщането и радиацията се увеличава според закона:

Където а 2 - квантов фактор на усилване. В реалните лазери усилването се получава, докато количеството енергия, получено поради стимулирано излъчване, стане равно на количеството енергия, загубено в резонатора. Тези загуби са свързани с насищането на метастабилното ниво на работното вещество, след което енергията на изпомпване се използва само за нагряването му, както и с наличието на много други фактори (разсейване от нееднородности на средата, абсорбция от примеси). , несъвършенство на отразяващите огледала, полезно и нежелано излъчване в околната среда и др. ).

Помпена система

Използват се различни механизми за създаване на инверсия на населението в лазерната среда. В твърдотелните лазери се извършва чрез облъчване с мощни газоразрядни флаш лампи, фокусирано слънчево лъчение (така нареченото оптично изпомпване) и лъчение от други лазери (по-специално полупроводникови). В този случай работата е възможна само в импулсен режим, тъй като са необходими много високи плътности на енергията на помпата, които при продължително излагане причиняват силно нагряване и разрушаване на пръта на работното вещество. Газовите и течни лазери (вижте хелий-неонов лазер, багрилен лазер) използват изпомпване с електрически разряд. Такива лазери работят в непрекъснат режим. Химическите лазери се изпомпват чрез химични реакции, протичащи в тяхната активна среда. В този случай инверсията на населението възниква или директно в продуктите на реакцията, или в специално въведени примеси с подходяща структура на енергийни нива. Полупроводниковите лазери се изпомпват под въздействието на силен прав ток през pn прехода, както и чрез електронен лъч. Съществуват и други методи на изпомпване (газодинамични, които включват рязко охлаждане на предварително загряти газове; фотодисоциация, специален случай на химическо изпомпване и др.).

На фигурата: а - тристепенна и б - четиристепенна помпени вериги за лазерната активна среда.

Класическата тристепенна система за изпомпване на работната среда се използва например в рубинен лазер. Рубинът е корундов кристал Al 2 O 3, легиран с малко количество Cr 3+ хромни йони, които са източник на лазерно лъчение. Поради влиянието на електрическото поле на кристалната решетка на корунда, външното енергийно ниво на хрома д 2 се разделя (виж ефекта на Старк). Това прави възможно използването на немонохроматично лъчение като изпомпване. В този случай атомът преминава от основното състояние с енергия д 0 в развълнуван от енергия около д 2. Атомът може да остане в това състояние за сравнително кратко време (около 10-8 s); нерадиационен преход към нивото настъпва почти веднага д 1, където един атом може да остане много по-дълго (до 10 −3 s), това е така нареченото метастабилно ниво. Възниква възможността за индуцирано лъчение под въздействието на други случайни фотони. Веднага щом има повече атоми в метастабилно състояние, отколкото в основно състояние, процесът на генериране започва.

Трябва да се отбележи, че за да се създаде инверсия на населението на хромните атоми Cr, използвайки изпомпване директно от нивото д 0 на ниво д 1 не е възможно. Това се дължи на факта, че ако абсорбцията и стимулираната емисия се появят между две нива, тогава и двата процеса протичат с еднаква скорост. Следователно в този случай изпомпването може само да изравни популациите на две нива, което не е достатъчно за възникване на генерация.

Някои лазери, например неодимови лазери, чиято активна среда е специален тип стъкло, легирано с Nd 3+ неодимови йони, използват четиристепенна помпена верига. Тук между метастабилни д 2 и основно ниво д 0 има средно - работно ниво д 1 . Стимулираното излъчване възниква, когато атом преминава между нивата д 2 и д 1 . Предимството на тази схема е, че прагът на генериране се достига, когато популацията на метастабилното ниво стане по-голяма от популацията на работното ниво, което е незначително в състояние на термодинамично равновесие, тъй като последното е достатъчно далеч от нивото на земята. Това значително намалява изискванията към източника на помпата. В допълнение, такава схема позволява да се създават мощни лазери, работещи в непрекъснат режим, което е много важно за някои приложения.

Оптичен резонатор

ширина спектрална линия , показано в зелено на фигурата, се подрежда по три естествени честоти резонатор . В този случай излъчването, генерирано от лазера, ще бъде три режима . За виолетовата линия излъчването ще бъде чисто едноцветен .

Лазерните огледала не само осигуряват положителна обратна връзка, но и действат като резонатор, като усилват някои модове, генерирани от лазера, съответстващи на стоящите вълни на даден резонатор, и отслабват други. Ако при оптична дължина Лрезонаторът отговаря на цяло число (в смисъл на „не дробно“) брой полувълни н :

тогава такива вълни, преминавайки през резонатора, не променят своята фаза и поради смущения се подсилват взаимно. Всички други близко разположени вълни постепенно взаимно се компенсират. Така спектърът на естествените честоти на оптичния резонатор се определя от съотношението:

Тук ° С- скоростта на светлината във вакуум. Интервалите между съседните честоти на резонатора са еднакви и равни:

Поради различни причини (доплерово разширение, външни електрически и магнитни полета, квантово-механични ефекти и др.) линиите в спектъра на излъчване винаги имат определена ширина. Следователно могат да възникнат ситуации, когато няколко естествени честоти на резонатора се вписват в ширината на спектралната линия. В този случай лазерното лъчение ще бъде многомодово. Синхронизирането на тези режими позволява излъчването да бъде последователност от къси и мощни импулси. Ако, тогава в лазерното лъчение ще присъства само една честота, в този случай резонансните свойства на огледалната система са слабо изразени на фона на резонансните свойства на спектралната линия. При по-строго изчисление е необходимо да се вземе предвид, че вълните, разпространяващи се не само успоредно на оптичната ос на резонатора, но и под малък ъгъл спрямо него, се усилват. Тогава условието за усилване приема формата:

Това води до факта, че интензитетът на лазерния лъч варира в зависимост от различни точкиравнина, перпендикулярна на този лъч. Тук има система от светли петна, разделени от тъмни възлови линии. За отстраняване на тези нежелани ефекти се използват различни диафрагми, разсейващи нишки и различни оптични резонаторни вериги.

2.2 Класификация на лазера:

· Твърдотелни лазери върху луминисцентни твърди среди (диелектрични кристали и стъкла). Като активатори обикновено се използват редкоземни йони или йони от желязната група Fe. Изпомпването е оптично и от полупроводникови лазери, извършвано по три- или четиристепенна схема. Съвременните твърдотелни лазери могат да работят в импулсен, непрекъснат и квазинепрекъснат режим.

· Полупроводникови лазери. Формално те също са твърдотелни, но традиционно се класифицират като отделна група, тъй като имат различен механизъм на изпомпване (инжектиране на излишни носители на заряд през pn преход или хетеропреход, електрически пробив в силно поле, бомбардиране с бързи електрони) и квантовите преходи възникват между разрешените енергийни ленти, а не между дискретни енергийни нива. Полупроводниковите лазери са най-често използваният вид лазер в ежедневието. Освен това те се използват в спектроскопията, в помпени системи за други лазери, както и в медицината (виж фотодинамична терапия).

· Багрилни лазери. Вид лазер, който използва разтвор от флуоресцентни багрила като активна среда за образуване на широкоспектърни органични багрила. Лазерните преходи възникват между различни вибрационни поднива на първото възбудено и основно синглетно електронно състояние. Оптично изпомпване; може да работи в непрекъснат и импулсен режим. Основната характеристика е възможността за регулиране на дължината на вълната на излъчване в широк диапазон. Използва се в спектроскопски изследвания.

· Газовите лазери са лазери, чиято активна среда е смес от газове и пари. Те се отличават с висока мощност, монохроматичност и тясна насоченост на излъчване. Те работят в непрекъснат и импулсен режим. В зависимост от изпомпващата система газовите лазери се разделят на газоразрядни, газови лазери с оптично възбуждане и възбуждане от заредени частици (например лазери с ядрено изпомпване; в началото на 80-те години бяха тествани системи за противоракетна отбрана, базирани на тях, но , без особен успех), газодинамични и химически лазери. Въз основа на вида на лазерните преходи се прави разлика между газови лазери, базирани на атомни преходи, йонни лазери, молекулярни лазери, базирани на електронни, вибрационни и ротационни преходи на молекули, и ексимерни лазери.

· Газодинамични лазери - газови лазери с термично изпомпване, при които се създава инверсия на населението между възбудени вибрационно-ротационни нива на хетероядрени молекули чрез адиабатно разширение на газова смес, движеща се с висока скорост (обикновено N 2 +CO 2 +He или N 2 +CO 2 +H 2 О, работното вещество е CO 2).

· Ексимерните лазери са вид газови лазери, които работят върху енергийните преходи на ексимерни молекули (димери на благородни газове, както и техните монохалогениди), които могат да съществуват известно време само във възбудено състояние. Изпомпването се осъществява чрез преминаване на лъч електрони през газовата смес, под въздействието на което атомите преминават във възбудено състояние с образуване на ексимери, които всъщност са среда с инверсия на населеността. Ексимерните лазери се отличават с високи енергийни характеристики, малко разпространение на дължината на вълната на генерация и възможност за плавна настройка в широк диапазон.

· Химическите лазери са вид лазери, при които източник на енергия са химични реакции между компонентите на работната среда (газова смес). Лазерните преходи възникват между възбудени вибрационно-ротационни и основни нива на съставните молекули на реакционните продукти. За извършване на химични реакции в околната среда е необходимо постоянното присъствие на свободни радикали, за което те се използват различни начиниповлияване на молекулите, за да ги дисоциира. Те се отличават с широк диапазон на генериране в близката инфрачервена област, висока мощност на непрекъснато и импулсно излъчване.

· Лазери на свободни електрони са лазери, чиято активна среда е поток от свободни електрони, осцилиращи във външно електромагнитно поле (поради което възниква излъчване) и разпространяващи се с релативистка скорост по посока на излъчването. Основната характеристика е възможността за плавна широкообхватна настройка на честотата на генериране. Има убитрони и скатрони, първите се изпомпват в пространствено периодичното статично поле на ондулатора, а вторите - от мощно поле на електромагнитна вълна. Има и циклотронни резонансни мазери и строфотрони, базирани на електронно спирачно лъчение, както и флиматрони, използващи ефекта на Черенков и преходното лъчение. Тъй като всеки електрон излъчва до 10 8 фотона, лазерите със свободни електрони всъщност са класически устройства и се описват от законите на класическата електродинамика.

· Квантовите каскадни лазери са полупроводникови лазери, които излъчват в средния и далечния инфрачервен диапазон. За разлика от конвенционалните полупроводникови лазери, които излъчват чрез принудителни преходи между разрешените нива на електрони и дупки, разделени от забранената лента на полупроводника, излъчването на квантовите каскадни лазери възниква от прехода на електрони между слоевете на полупроводникова хетероструктура и се състои от два вида лъчи , а вторичният лъч има много необичайни свойства и не изисква големи количества енергия.

· Други видове лазери, разработването на принципите на които в момента е приоритетна изследователска задача (рентгенови лазери, гама лазери и др.).

3. Лазери в медицината

С появата на индустриалните лазери започна нова ера в хирургията. В този случай опитът на специалистите по лазерна обработка на метали беше полезен. Лазерното заваряване на отлепена ретина е точково контактно заваряване; лазерен скалпел - автогенно изрязване; заваряване на кости - челно заваряване чрез синтез; свързването на мускулна тъкан също е съпротивително заваряване. За да има ефект от лазерното лъчение, тъканта трябва да го абсорбира. Най-популярният лазер в хирургията е въглеродният диоксид. Други лазери са монохроматични, тоест те нагряват, разрушават или заваряват само определени биологични тъкани с много специфичен цвят. Например аргонов лазерен лъч преминава свободно през непрозрачното стъкловидно тяло и предава енергията си на ретината, чийто цвят е близък до червено. Лазерът с въглероден диоксид е подходящ в повечето случаи, например когато е необходимо да се режат или заваряват платове с различни цветове един към друг. Това обаче поражда друг проблем. Тъканите са наситени с кръв и лимфа, съдържат много вода, а лазерното лъчение във водата губи енергия. Възможно е да се увеличи енергията на лазерния лъч, но това може да доведе до изгаряне на тъканите. Създателите на хирургически лазери трябва да прибягват до всякакви трикове, което значително оскъпява оборудването. Специалистите по заваряване на метали отдавна знаят, че при рязане на купчина тънки метални листове е необходимо те да прилягат плътно един към друг, а при точково съпротивително заваряване е необходим тесен контакт между заварените части. допълнителен натиск. Този метод се използва и в хирургията: професор О. И. Скобелкин и неговите съавтори предложиха при заваряване на тъкани те да бъдат леко притиснати, за да се измести кръвта. За прилагането на новия метод е създаден цял набор от инструменти, които днес се използват в стомашно-чревната хирургия, при операции на жлъчните пътища, далака, черния дроб и белите дробове.

3.1 Стоматология

Анализът на литературните данни за лечението на заболявания на устната лигавица и пародонтоза показва, че някои лекарства, особено антибиотици и стероидни лекарства, променят редокс потенциала на слюнката, отслабват активността на лизозима, насърчават развитието на алергични реакции и причиняват намаляване на устойчивостта на организма към патогенни влияния. Всичко това затруднява протичането и лечението на патологичния процес в устната лигавица и пародонта. Тези фактори налагат намирането на нови методи на лечение – без използването на лекарства. Една от тях е физиотерапията, като сред най-ефективните е нискоинтензивното лазерно облъчване. Лазерното лъчение значително повишава пролиферативната активност на клетките с 1,3-3,5 пъти. Установено е, че LILI има противовъзпалителен ефект върху травматичен дефект на устната лигавица, насърчава ускоряването на епителизацията и органоспецифичното възстановяване на тъканите на лигавицата в областта на дефекта. Този ефект се дължи основно на интензификацията на синтеза на ДНК в клетките. Установено е, че в момента на облъчване интензивността на кръвоснабдяването се увеличава с 20%. Оптималната вазоконстрикторна радиационна доза беше 100 mW/cm2 (за GNL) с експозиция от 2 минути (12 J/cm2) [. Александров М.Т., Прохончуков А.А., 1981]. Някои изследователи също свързват аналгетичния ефект на лазерното облъчване, наблюдаван в клиниката, с развитието на констрикторната реакция. В експеримент върху модел на посттравматична регенерация на лигавицата на езика е отбелязано по-бързо и по-добро епителизиране на раната след излагане на хелиево-неонова лазерна светлина (плътност на мощността 200 mW/cm 2 за еднократно излагане и 1 mW/cm 2 за дневна експозиция) [Vinogradov A.V. et al., 1990]. Изследванията на ултраструктурата на венците след 1, 3 и 6 сеанса ежедневно облъчване с GNL светлина показват наличието на изразена реакция от страна на основните елементи на венците. В епителните клетки на роговия слой се увеличава броят на светлите вакуоли и силно осматираните бучки, а в гранулирания слой се увеличава броят на осматираните гранули. В мускулните влакна се появяват голям брой митохондрии, а в кръвоносните съдове се откриват натрупвания на червени кръвни клетки. Всичко това показва увеличаване на синтеза на вещества в клетките под въздействието на LILI [Zazulevskaya L.Ya. et al., (1990)]. Въз основа на резултатите от изследванията са определени спектърът на действие и параметрите за непрекъснато лъчение с дължина на вълната 0,63 микрона (лазерна глава KLO4 за ALT “Matrix”), които имат противовъзпалително (съдово), стимулиращо клетъчната пролиферация и инхибиращо действие. ефекти. Така се наблюдава стимулиране на клетъчната пролиферация при плътност на мощността от 10 до 100 mW/cm2, експозиция на едно поле от 30 s до 5 min; противовъзпалителен и аналгетичен ефект - при плътност на мощността 100-200 mW/cm 2, експозиция на едно поле за 2-5 минути; инхибиращ ефект - при плътност на мощността 100-400 mW/cm 2 и време на експозиция 1-6 минути. Трябва да се отбележи, че посочените стойности на плътността на мощността на лазерното лъчение се постигат с помощта на специални световоди. Импулсните полупроводникови лазери, по-специално излъчващите глави на инфрачервения спектър (LO4) за Matrix ALT, позволяват в повечето случаи да се направи без оптични влакна. Когато въздействието се извършва върху проекцията на засегнатата област с помощта на огледални и огледално-магнитни приставки. Това често е по-ефективно и не изисква толкова висока плътност на мощността. Характеристиките на импулсното инфрачервено (IR) лъчение позволяват прилагането на техники за лазерна терапия с по-висока ефективност при значително по-ниско енергийно натоварване (плътност на мощността). Доказано е, че лазерното импулсно инфрачервено лъчение стимулира процесите на пролиферативна активност на клетъчните структури при доза 0,03-0,86 J/cm 2 с максимален ефект при доза 0,22 J/cm 2 . Докато за GNL (непрекъснато излъчване на червения спектър), максималният ефект се постига при 3 J/cm 2. Използването на комбинирано излагане на двата вида радиация в комплексното лечение на пациенти с одонтогенни флегмони на лицето позволява да се получат най-добри резултати от лечението и да се намали продължителността на инвалидността средно с 8 дни [Platonova V.V., 1990]. Импулсното IR лазерно лъчение в комбинация с постоянно магнитно поле от 35-50 mT може да се използва ефективно на всички етапи от ортодонтското лечение. Липсата на усложнения и рецидиви, повишената производителност на лекарите и медицинския персонал като цяло дава общ икономически ефект от 36-43% [Kuznetsova M.A., 2000]. Използването на импулсна лазерна светлина с нисък интензитет поради нейния общ (общоздравословен) ефект разширява показанията за ортодонтско лечение на лицево-зъбни аномалии:

· при различни неблагоприятни условия (гингивит поради скупченост на зъбите, лоша устна хигиена, ювенилен, травматичен; пародонтит);

· с изразени възпалително-дистрофични усложнения в пародонта на преместени зъби, както и при отслабени деца с нарушен имунен статус (имунен дефицит, алергични явления, сенсибилизация, хормонално-имунологични нарушения и др.);

· при подготовка за активно ортодонтско лечение. LILI статистически надеждно ви позволява да спрете възпалителните процеси 1,6 пъти по-бързо (средно 4-6 дни) в сравнение с традиционни начини, което от своя страна съкращава подготвителния етап 2,3 пъти, създавайки оптимални условия за започване на ортодонтско лечение;

· при отстраняване на отделни постоянни зъби по ортодонтски причини, оголване на коронките на реколтираните зъби, пластика на френулума на езика и френулума на устните, удълбочаване на преддверието на устната кухина. Използването на импулсен IR LILI с нисък интензитет в противовъзпалителни и стимулиращи регенерацията дози позволява да се ускори зарастването на следоперативни рани на меките тъкани на устната кухина без образуване на нишки и белези със средно 4- 5 дни в сравнение с конвенционалните методи;

· при елиминиране на зъбно-алвеоларни аномалии с помощта на съвременна фиксирана технология, лазерната терапия позволява да се премахне болката след фиксиране и активиране на елементите на апарата, да се предотврати възможна реакция на травматично възпаление в областта на прилагане на ортодонтските сили, улеснявайки периода на физиологична и психологическа адаптация към ортодонтския апарат и намаляване (средно с 6 ±1,2 месеца в сравнение с конвенционалните методи) на общото време за лечение.

LT, осигурявайки надеждна ретенция, статистически достоверно дава възможност за фиксиране на изместени зъби в желаната позиция и съкращаване на крайния период на лечение (средно с 4-6 месеца), ускорява пробива на зъбите, задържани в челюстта, 4,7 пъти без хирургическа намеса интервенция, която често е метод на избор. Едновременното комбинирано използване на ниско интензивен импулсен IR LILI и постоянно магнитно поле значително повишава превантивната и терапевтичната ефективност на преместването на зачатъците на ретинираните зъби (промяна на позицията им в челюстта и поставянето им в посока на пробива) и ускорява пробива им с 5,3 пъти без оперативна намеса. Изброените свойства на лазерното лъчение позволяват диференцираното му използване в стоматологията при заболявания на устната лигавица, които са придружени от разрушаване на епитела, бавна регенерация, възпаление, болка, както и при лезии с вирусен произход (фотодинамичен ефект). При възпаление лазерното лъчение предизвиква общи и локални ефекти. Общи ефектисе изразяват в повишаване на неспецифичните хуморални защитни фактори (комплемент, интерферон, лизозим), обща реакция на левкоцитите, стимулиране на хематопоезата на костния мозък и повишаване на фагоцитната активност на микро- и макрофагалните системи. Появява се десенсибилизиращ ефект, активиране на имунокомпетентната система, клетъчна и хуморална специфична имунологична защита, повишаване на общите защитни и адаптивни реакции на организма. Локални ефекти се определят от основните елементи на възпалителната реакция: ексудация, алтерация, пролиферация. Ексудация: разширяване на кръвоносните съдове, активиране на микроциркулацията с последваща вазоконстрикция - предотвратяване на развитието на фазови нарушения на микроциркулацията и нормализиране на кръвообращението в комбинация с нормализиране на пропускливостта на съдовата стена (съдово-тъканна бариера), намаляване на тъканния оток . Под въздействието на LILI лъчение се осъществява оптималното образуване на неутрофилни и моноцитни бариери, повишаване на фагоцитната активност на микро- и макрофагите, производството на бактерицидни вещества и стимуланти на растежа, стимулиране на пролиферацията и активиране на бариерните свойства на устната лигавица. Промяна: активиране на функциите на митохондриите и други клетъчни органели, метаболизъм с повишена консумация на кислород и активиране на тъканното дишане. В същото време се потискат анаеробните процеси, предотвратява се развитието на ацидоза и вторични дистрофични промени и в крайна сметка се улеснява регенерацията на увредените тъкани. Пролиферация: стимулиране на системата ДНК-РНК-протеин, повишаване на митотичната (пролиферативна) активност на клетките, активиране на реакцията на съединителната тъкан. Морфологично клетъчната реакция се проявява в ускоряване и засилване на образуването на фибробластната бариера (на фона на освобождаването на стимуланти на растежа), стимулиране на образуването на гранулационна тъкан, ускоряване на узряването на фибробластите, активиране на образуването на колагенови влакна и узряване на гранулационна тъкан. В резултат на това настъпва бърза и по-физиологична епителизация, ускорена и пълна регенерация на лигавицата в засегнатия участък. Терапевтичният ефект (стимулиране) на процесите на тъканна регенерация се изразява в активиране на ДНК-РНК-протеиновата система, повишен синтез на нуклеинови киселини и ядрени протеини, увеличаване на ядрената маса, повишен синтез на цитоплазмени протеини и натрупването им по време на интерфазата до критична ниво. Митозата се стимулира, ускорява се и настъпва повишена пролиферация на съединителната тъкан и епителните клетки. Терапевтичният ефект от лазерното излагане върху тъканите на живия организъм се засилва значително в постоянно магнитно поле (CMF) поради засилване на метаболитните процеси. Магнитно-лазерната терапия (MLT) е предложена в края на 70-те години. и е получил най-широко разпространение поради високата си терапевтична ефективност поради потенцирането на действието на магнитното поле и лазерното лъчение [Mostovnikov V.A. et al., 1991; Полонски А.К. et al., 1981]. При комбинирано магнитно лазерно излагане, особено при лечение на дълбоко разположени патологични огнища, използването на LILI от близката инфрачервена част на спектъра (дължина на вълната 0,8–1,3 μm) е по-ефективно поради следните обективни причини. Първо, максималното предаване на електромагнитно излъчване от човешката кожа е в този диапазон. Второ, PMF, чрез ориентиране на диполите в една линия по протежение на светлинната вълна колинеарно, насърчава резонансното взаимодействие на биологичните структури и подобрява абсорбцията на светлина в инфрачервения диапазон. Импулсното IR (λ = 0,89 μm) лазерно лъчение има по-голям ефект върху стабилността на клетъчните мембрани, докато в комбинация с PMF този фактор има изразен ефект върху микроциркулаторните процеси [Zubkova S.M. et al., 1991]. При извършване на МЛТ се използват специални магнитни приставки с оптимална форма на полето, което освобождава лекаря от необходимостта да отчита специфичното действие на северния и южния полюс на магнита. Оптималното време за MLT е 1,5–2 минути при PMF от 15–75 mT и импулсна IR LILI мощност от 10–15 W; броят на процедурите е от 5 до 10. За стимулиране на периферния кръвен поток оптимално е PMP с индукция от 50 mT. MLT има хипокоагулант, лек седативен и хипотензивен ефект, има положителен ефект върху отделните компоненти на имунната система [Builin V.A., 1997; Москвин С.В., Буйлин В.А., 2005]. Показания към лазерна терапия: пародонтит в острия стадий, пародонтоза (хиперестезия), херпес на устните и херпесен стоматит при възрастни, синдром на Melkersson-Rosenthal, хроничен рецидивиращ афтозен стоматит, десквамативен глосит, хроничен гингивит, улцерозен гингивит, травматично увреждане на устната лигавица, ексудативна еритема мултиформе и др. Противопоказания: всички форми на левкоплакия, както и пролиферативни явления върху устната лигавица (папиломатоза, ограничена хиперкератоза, ромбоиден глосит); тежки заболявания на сърдечно-съдовата система (атеросклеротична кардиосклероза с тежко увреждане на коронарната циркулация, церебрална склероза с нарушение на церебралната циркулация етапи II-III), хипертония III етап, хипотония; изразена и тежка степен на белодробен емфизем; туберкулозна интоксикация; злокачествени тумори; доброкачествени тумори, локализирани в областта на главата и шията; тежък захарен диабет в некомпенсирано състояние или с нестабилна компенсация; заболявания на кръвта; състояние след инфаркт на миокарда (в рамките на 6 месеца след инцидента).

3.2 Хирургия

В момента е трудно да си представим напредъка в медицината без лазерни технологии, които откриха нови възможности за решаване на много медицински проблеми.
Изследването на механизмите на действие на лазерното лъчение с различни дължини на вълните и енергийни нива върху биологични тъкани дава възможност да се създадат многофункционални лазерни медицински устройства, чийто обхват на приложение в клиничната практика стана толкова широк, че е много трудно да се отговори на въпроса. въпрос: за лечение на кои заболявания не се използват лазери? Развитието на лазерната медицина следва три основни направления: лазерна хирургия, лазерна терапия и лазерна диагностика. Нашата област на дейност са лазери за приложения в хирургията и козметологията, с достатъчно висока мощност за рязане, вапоризация, коагулация и други структурни промени в биологична тъкан.

В ЛАЗЕРНАТА ХИРУРГИЯ

Използват се достатъчно мощни лазери със средна мощност на излъчване десетки вата, които са способни силно да нагряват биологичната тъкан, което води до нейното разрязване или изпаряване. Тези и други характеристики на хирургическите лазери определят използването в хирургията на различни видове хирургически лазери, работещи върху различни лазерни активни среди. Уникалните свойства на лазерния лъч позволяват извършването на невъзможни досега операции с нови ефективни и минимално инвазивни методи. Хирургичните лазерни системи осигуряват: ефективна контактна и безконтактна вапоризация и деструкция на биологична тъкан;

• сухо хирургично поле;
• минимално увреждане на околните тъкани;
• ефективна хемо- и аеростаза;
• спиране на лимфните пътища;
• висока стерилност и абластичност;
• съвместимост с ендоскопски и лапароскопски инструменти

Това дава възможност за ефективно използване на хирургични лазери за извършване на голямо разнообразие от хирургични интервенции в урологията, гинекологията, оториноларингологията, ортопедията, неврохирургията и др. Според нас най-добрият избор за хирурга поради неговите физически свойства е холмиевият лазер. Затова обръщаме основно внимание на холмиевите лазери в хирургията.

KTP - лазер

Това е добре познат лазер с неодимов гранат (Nd:YAG), свързан с нелинеен кристал на калиев титанил фосфат (KTP), който удвоява честотата на излъчваната светлина, за да произведе дължина на вълната от 532 nm, разположена в зелената област на спектъра. Лазерното лечение на съдови заболявания се основава на топлинния ефект на лазерното лъчение върху кръвоносните съдове, без да се променя структурата на съседните тъкани. Зеленото лъчение на KTP лазера прониква в повърхностните слоеве на кожата и се абсорбира добре от хемоглобина в кръвта. В резултат на това в увредения кръвоносен съд се отделя голямо количество топлина, кръвта се съсирва и вътрешната стена се разрушава. Впоследствие патологичният съд е обрасъл със съединителна тъкан и кожата придобива естествен цвят. На практика е важно да се вземе предвид времето за термична релаксация на съда, което съответства на периода, необходим за пренос на топлина извън съда. Това време зависи основно от диаметъра на съда и може да варира от 1 ms (за съд с диаметър 50 μm) до 80 ms (за съд с диаметър 400 μm). При облъчване с много къси импулси на много интензивен лазер кръвоносният съд поглъща достатъчно голямо количество енергия, което няма време да се разсее. Поради това температурата и налягането вътре в съда се повишават значително, което води до разкъсване на стената му и микрокръвоизлив. Клинично това се проявява като пурпура или микрохеморагии. С увеличаване на продължителността на лазерния импулс е възможно да се получи селективен режим на коагулация, когато с постепенно повишаване на температурата на стената на съда настъпва нейното запояване и изчезване. Продължителността на импулса трябва да бъде по-голяма от времето за релаксация на съда, но ограничена, в противен случай голямо количество топлина се разсейва напразно навън и могат да настъпят значителни промени в голяма площ от околната дерма. На мястото на лазерно излагане естественият цвят на кожата се възстановява. Тъканта около съда практически не абсорбира лазерното лъчение и остава неувредена, така че след операцията не се образува белег.

3.4 Фотоподмладяване на кожата

При абсорбиране на KTP лазерното лъчение от кръвния хемоглобин, освен фотокоагулация на кръвоносните съдове и почистване на кожата от пигментни и съдови лезии, може да се получи още един ефект - фотоподмладяване на кожата. Фотоподмладяването е видимо подобряване на състоянието на кожата с помощта на лазер или друг източник на светлина. Какво се случва директно в кожата, когато тя бъде облъчена с мощни светлинни импулси? Когато светлината се абсорбира и стените на кръвоносните съдове се нагряват, те от своя страна пренасят топлина навън. Селективното нагряване на дермалния колаген (до температура 55 градуса С) предизвиква стимулиране на специални клетки в съединителната тъкан - фибробласти, които започват активно да синтезират нов колаген. Така в стареещата кожа се появяват нови колагенови и еластинови влакна и тя възвръща своя младежки, свеж вид. Синтезът на нов колаген е биохимичен процес, който изисква определено време, така че резултатът не се забелязва веднага. Може да са необходими общо 3 - 6 сесии на интервали от 3 седмици. След курс от процедури цветът и структурата на кожата се подобряват, лицето се стяга, контурите му се подобряват, порите се стесняват. Благодарение на общия лифтинг малките и средни бръчки се изглаждат. Така фотоподмладяването с KTP лазер е нов и ефективен неинвазивен метод за подмладяване на кожата с минимален риск и без дълъг възстановителен период за пациента.

Лазерното дермабразио е:

• ниска инвазивност на операциите;
• минимално термично увреждане и бързо възстановяване на кожата;
• минимален риск от постоперативни рецидиви и усложнения;
• бързо заздравяване на рани

Пилинг механизъм на действие

Въз основа на способността на кожата бързо да се самовъзстановява. Всяко травматично въздействие - изгаряне, ожулване, порязване - предизвиква незабавна реакция на тялото. При най-малкото нараняване всички сили се хвърлят в защита - започва процесът на регенерация. При възстановяването на кожата обаче не се използват стари материали. Факт е, че по време на нараняване деформираните клетки се унищожават и активността на младите и здрави хора се насърчава повече от всякога. Разбира се, в допълнение към регенерацията, в кожата непрекъснато протичат и други процеси на обновяване. Такава е например програмата за дейност на кератиноцитите – основните клетки на епидермиса. По същество епидермисът се състои от слоеве кератиноцити с различна възраст. И всеки слой изпълнява своя собствена физиологична задача (да речем, най-горният рогов слой е плътна защитна бариера от мъртви клетки). С годините могат да започнат смущения в жизнената програма на кератиноцитите, след което клетките, заедно с натрупаните увреждания, остават в междинния слой. Негативността, излъчвана от тях (подобно на инфекциозните заболявания), неизбежно се отразява на дейността на други клетки.
В резултат на това деленето на клетките в живите тъкани се забавя (те стават по-тънки), а роговият слой, напротив, се удебелява, придавайки на кожата вид на пергамент. В тази ситуация добре ще послужи и пилингът, който същевременно създава предпоставки за цялостно почистване на горната бариера и улеснява контролиран процес на обновяване. Индуцираната ексфолиация на кожата като изкуствено увреждане на епидермиса се извършва чрез селективно щадящи методи, без болка и дискомфорт. Ако регенерацията протича нормално, тогава кожата изглежда много по-добре след рехабилитация. Роговият слой става по-тънък и по-равномерен, а дермата става еластична.