Lazeris padeda vaistams. „Lazeris ir jo taikymas medicinoje“

LAZERIAI medicinoje

Lazeris yra prietaisas, skirtas gaminti siaurus didelio intensyvumo šviesos spindulius. Lazeriai sukurti 1960 m., SSRS) ir Charlesas Townesas (JAV), kuriems už šį atradimą 1964 m. buvo skirta Nobelio premija. Yra įvairių tipų lazerių – dujinių, skystųjų ir dirbančių su kietosiomis medžiagomis. Lazerio spinduliuotė gali būti nuolatinė arba impulsinė.

Pats terminas „lazeris“ yra santrumpa iš anglų kalbos „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“, t. y. „light amplification by stimulated emission“. Iš fizikos žinoma, kad „lazeris yra koherentinės elektromagnetinės spinduliuotės šaltinis, atsirandantis dėl optinio rezonatoriuje esančios aktyviosios terpės priverstinės fotonų emisijos.“ Lazerio spinduliuotei būdingas monochromatiškumas, didelis tankis ir šviesos srauto tvarkingumas. Šiandien naudojamų spinduliuotės šaltinių įvairovė lemia lazerinių sistemų taikymo sričių įvairovę.

Lazeriai į mediciną atėjo septintojo dešimtmečio pabaigoje. Netrukus susiformavo trys lazerinės medicinos sritys, kurių skirtumą lėmė lazerio šviesos srauto galia (ir dėl to jo biologinio poveikio tipas). Mažos galios spinduliuotė (mW) daugiausia naudojama kraujo terapijoje, vidutinės galios (W) – endoskopijoje ir piktybinių navikų fotodinaminėje terapijoje, o didelės galios (W) – chirurgijoje ir kosmetologijoje. Chirurginis lazerių (vadinamųjų „lazerinių skalpelių“) naudojimas pagrįstas tiesioginiu mechaniniu didelio intensyvumo spinduliuotės poveikiu, leidžiančiu pjauti ir „suvirinti“ audinius. Tas pats efektas grindžiamas lazerių naudojimu kosmetologijoje ir estetinėje medicinoje (pastaraisiais metais kartu su odontologija – viena pelningiausių sveikatos priežiūros šakų). Tačiau biologus labiausiai domina lazerių gydomojo poveikio reiškinys. Yra žinoma, kad mažo intensyvumo lazerio ekspozicija sukelia tokius teigiamus efektus kaip padidėjęs tonusas, atsparumas stresui, gerėja nervų ir imuninės endokrininės sistemos veikla, pašalinami išeminiai procesai, gyja lėtinės opos ir daugelis kitų... Lazerio terapija yra neabejotinai labai veiksmingas, bet Keista, bet vis dar nėra aiškaus supratimo apie jo biologinius mechanizmus! Mokslininkai vis dar tik kuria modelius, paaiškinančius šį reiškinį. Taigi žinoma, kad mažo intensyvumo lazerio spinduliuotė (LILR) veikia ląstelių proliferacinį potencialą (tai yra, skatina jų dalijimąsi ir vystymąsi). Manoma, kad to priežastis – vietiniai temperatūros pokyčiai, kurie gali paskatinti biosintezės procesus audiniuose. LILI taip pat stiprina organizmo antioksidacines gynybines sistemas (o didelio intensyvumo spinduliuotė, priešingai, sukelia masinį reaktyviųjų deguonies rūšių atsiradimą.) Greičiausiai būtent šiais procesais paaiškinamas gydomasis LILI poveikis. Tačiau, kaip jau minėta, yra ir kita lazerio terapijos rūšis – vadinamoji. fotodinaminė terapija, naudojama kovojant su piktybiniais navikais. Jis pagrįstas dar 60-aisiais atrastų fotosensibilizatorių – specifinių medžiagų, kurios gali selektyviai kauptis ląstelėse (daugiausia vėžio ląstelėse) – naudojimu. Švitinant vidutinės galios lazeriu, fotosensibilizatoriaus molekulė sugeria šviesos energiją, virsta aktyvia forma ir vėžinėje ląstelėje sukelia daugybę destruktyvių procesų. Taigi pažeidžiamos mitochondrijos (viduląstelinės energijos struktūros), labai pasikeičia deguonies apykaita, dėl ko atsiranda didžiulis kiekis laisvųjų radikalų. Galiausiai, stiprus vandens kaitinimas ląstelės viduje sukelia jos membraninių struktūrų (ypač išorinės ląstelės membranos) sunaikinimą. Visa tai galiausiai sukelia intensyvią naviko ląstelių mirtį. Fotodinaminė terapija yra palyginti nauja lazerinės medicinos sritis (besivystanti nuo devintojo dešimtmečio vidurio) ir dar nėra tokia populiari kaip, tarkime, lazerinė chirurgija ar oftalmologija, tačiau dabar onkologai į tai deda pagrindines viltis.

Apskritai galime teigti, kad lazerio terapija šiandien yra viena dinamiškiausiai besivystančių medicinos šakų. Ir, stebėtinai, ne tik tradiciniai. Kai kurie terapiniai lazerių efektai lengviausiai paaiškinami tuo, kad organizme yra energijos kanalų ir akupunktūroje naudojamų taškų sistemos. Pasitaiko atvejų, kai vietinis atskirų audinių gydymas lazeriu sukėlė teigiamų pokyčių kitose kūno vietose. Mokslininkai vis dar turi atsakyti į daugybę klausimų, susijusių su gydomųjų savybių lazerio spinduliuotė, kuri tikrai atvers naujas XXI amžiaus medicinos raidos perspektyvas.

Lazerio spindulio veikimo principas pagrįstas tuo, kad sufokusuoto šviesos pluošto energija smarkiai padidina temperatūrą apšvitinamoje srityje ir sukelia audinio krešėjimą (krešėjimą). audiniai. Biologinės savybės lazerio spinduliuotės poveikis priklauso nuo lazerio tipo, energijos galios, jos pobūdžio, struktūros ir biologinių savybių. apšvitintų audinių savybės. Siauras, didelės galios šviesos spindulys leidžia atlikti griežtai apibrėžto audinio ploto fotokoaguliaciją per sekundės dalį. Aplinkiniai audiniai nepažeidžiami. Be krešėjimo, biologinės. audinys, turintis didelę spinduliuotės galią, jo sprogstamasis sunaikinimas yra įmanomas dėl savotiškos smūginės bangos, susidariusios dėl momentinio audinių skysčio perėjimo į dujinę būseną, veikiant aukštai temperatūrai. Audinio tipas, spalva (pigmentacija), storis, tankis ir kraujo pripildymo laipsnis. Kuo didesnė lazerio spinduliuotės galia, tuo giliau jis prasiskverbia ir tuo stipresnis jo poveikis.

Akių gydytojai pirmieji lazeriais pradėjo gydyti ligonius, kurie juos naudojo tinklainės krešėjimui jos atsiskyrimo ir plyšimo metu (), taip pat mažiems akies navikams naikinti ir optiniam regėjimui sukurti. skylės akyje su antrine katarakta. Be to, lazerio spinduliu naikinami nedideli, paviršutiniškai išsidėstę navikai, koaguliuojami patologiniai audiniai. dariniai ant odos paviršiaus (pigmentinės dėmės, kraujagyslių navikai ir kt.). Lazerio spinduliuotė taip pat naudojama diagnostikoje. kraujagyslėms tirti, vidaus organams fotografuoti ir kt. Nuo 1970 m. lazerio spinduliai pradėti naudoti chirurginėse procedūrose. operacijos kaip „lengvas skalpelis“ kūno audiniams išskrosti.

Medicinoje lazeriai naudojami kaip bekraujiški skalpeliai, naudojami gydant akių ligas (kataraktą, tinklainės atšoką, lazerinę regos korekciją ir kt.). Taip pat plačiai naudojami kosmetologijoje (plaukelių šalinimas lazeriu, kraujagyslių ir pigmentinių odos defektų gydymas, šveitimas lazeriu, tatuiruočių ir amžiaus dėmių šalinimas).

Chirurginių lazerių tipai

Lazerinėje chirurgijoje naudojami gana galingi lazeriai, veikiantys nuolatiniu arba impulsiniu režimu, galintys stipriai įkaitinti biologinį audinį, dėl ko jie pjaunami ar išgaruoja.

Lazeriai paprastai vadinami aktyvios terpės, kuri generuoja lazerio spinduliuotę, tipo. Labiausiai žinomi lazerinėje chirurgijoje yra neodimio lazeris ir anglies dioksido lazeris (arba CO2 lazeris).

Kai kurie kiti didelės energijos lazerių tipai, naudojami medicinoje, paprastai turi savo siauras taikymo sritis. Pavyzdžiui, oftalmologijoje eksimeriniai lazeriai naudojami tiksliai išgarinti ragenos paviršių.

Kosmetologijoje kraujagysliniams ir pigmentiniams odos defektams šalinti naudojami KTP lazeriai, dažų ir vario garų lazeriai, plaukams šalinti – aleksandrito ir rubino lazeriai.

CO2 lazeris

Anglies dioksido lazeris yra pirmasis chirurginis lazeris ir aktyviai naudojamas nuo 1970 m. iki šių dienų.

Dėl didelės vandens ir organinių junginių absorbcijos (įprastas įsiskverbimo gylis 0,1 mm) CO2 lazeris tinka įvairioms chirurginėms procedūroms, įskaitant ginekologiją, otorinolaringologiją, bendrąją chirurgiją, dermatologiją, dermatologiją ir kosmetinę chirurgiją.

Lazerio paviršiaus poveikis leidžia iškirpti biologinius audinius be gilių nudegimų. Dėl to CO2 lazeris nekenksmingas akims, nes spinduliuotė neprasiskverbia pro rageną ir lęšį.

Žinoma, galingas nukreiptas spindulys gali pažeisti rageną, tačiau apsaugai pakanka turėti įprastus stiklinius ar plastikinius akinius.

10 µm bangos ilgio trūkumas yra tas, kad labai sunku pagaminti tinkamą optinį skaidulą su geru pralaidumu. O kol kas geriausias sprendimas – veidrodinis šarnyrinis manipuliatorius, nors tai gana brangus įrenginys, sunkiai reguliuojamas ir jautrus smūgiams bei vibracijai.

Kitas CO2 lazerio trūkumas yra nuolatinis jo veikimas. Chirurgijoje, norint efektyviai pjauti, būtina greitai išgarinti biologinį audinį, nekaitinant aplinkinių audinių, o tam reikalinga didelė didžiausia galia, t.y. impulsinis režimas. Šiandien CO2 lazeriai šiems tikslams naudoja vadinamąjį „superimpulsinį“ režimą, kai lazerio spinduliuotė įgauna trumpų, bet 2–3 kartus galingesnių impulsų paketą, palyginti su vidutine nepertraukiamo lazerio galia.

Neodimio lazeris

Neodimio lazeris yra labiausiai paplitęs kietojo kūno lazerio tipas tiek pramonėje, tiek medicinoje.

Jo aktyvioji terpė – itrio aliuminio granato kristalas, aktyvuotas neodimio jonais Nd:YAG – leidžia gauti galingą artimo IR diapazono spinduliuotę, kurios bangos ilgis yra 1,06 µm, esant beveik bet kokiam veikimo režimui su dideliu efektyvumu ir pluošto galimybe. spinduliuotės išeiga.

Todėl po CO2 lazerių neodimio lazeriai atėjo į mediciną tiek chirurgijos, tiek terapijos tikslais.

Tokios spinduliuotės įsiskverbimo į biologinį audinį gylis yra 6 - 8 mm ir gana stipriai priklauso nuo jo tipo. Tai reiškia, kad norint pasiekti tokį patį pjovimo ar išgarinimo efektą kaip CO2 lazeris, neodimio lazeriui reikia kelis kartus didesnės spinduliuotės galios. Antra, labai pažeidžiami audiniai, esantys po ir aplink lazerinę žaizdą, o tai neigiamai veikia jos pooperacinį gijimą, sukelia įvairias nudegimo reakcijai būdingas komplikacijas – randus, stenozę, susiaurėjimą ir kt.

Pageidautina chirurginio neodimio lazerio taikymo sritis yra tūrinė ir gilioji koaguliacija urologijoje, ginekologijoje, onkologiniuose navikuose, vidiniame kraujavime ir kt., tiek atvirose, tiek endoskopinėse operacijose.

Svarbu atsiminti, kad neodimio lazerio spinduliuotė yra nematoma ir pavojinga akims net esant mažoms išsklaidytos spinduliuotės dozėms.

Neodimio lazeryje panaudojus specialų netiesinį kristalinį KTP (kalio titano fosfatą), galima dvigubai padidinti lazerio skleidžiamos šviesos dažnį. Gautas KTP lazeris, spinduliuojantis matomoje žalioje spektro srityje, esant 532 nm bangos ilgiui, turi galimybę efektyviai koaguliuoti kraujo prisotintus audinius ir yra naudojamas kraujagyslių bei kosmetinėje chirurgijoje.

Holmio lazeris

Holmio jonų aktyvuotas itrio aliuminio granato kristalas Ho:YAG gali generuoti 2,1 mikrono bangos ilgio lazerio spinduliuotę, kurią gerai sugeria biologinis audinys. Jo įsiskverbimo į biologinį audinį gylis yra apie 0,4 mm, t.y. panašus į CO2 lazerį. Todėl holmio lazeris turi visus CO2 lazerio privalumus chirurgijoje.

Tačiau dviejų mikronų holmio lazerio spinduliuotė tuo pačiu metu gerai praeina per kvarcinį optinį pluoštą, todėl jį galima naudoti patogiam spinduliuotės tiekimui į chirurginę vietą. Tai ypač svarbu, ypač atliekant minimaliai invazines endoskopines operacijas.

Holmio lazerio spinduliuotė efektyviai koaguliuoja iki 0,5 mm dydžio kraujagysles, o to visiškai pakanka daugeliui chirurginių intervencijų. Dviejų mikronų spinduliuotė taip pat yra gana saugi akims.

Tipiniai holmio lazerio išėjimo parametrai: vidutinė išėjimo galia W, maksimali spinduliavimo energija - iki 6 J, impulsų pasikartojimo dažnis - iki 40 Hz, impulso trukmė - apie 500 μs.

Holmio lazerio spinduliuotės fizikinių parametrų derinys pasirodė esąs optimalus chirurginiams tikslams, o tai leido rasti daugybę pritaikymų įvairiose medicinos srityse.

Erbio lazeris

Erbio (Er:YAG) lazerio bangos ilgis yra 2,94 µm (vidutinis infraraudonųjų spindulių). Darbo režimas – pulsas.

Erbio lazerio spinduliuotės įsiskverbimo į biologinį audinį gylis yra ne didesnis kaip 0,05 mm (50 mikronų), t. y. jos sugertis net kelis kartus didesnė nei CO2 lazerio, o poveikis yra išskirtinai paviršutiniškas.

Tokie parametrai praktiškai neleidžia koaguliuoti biologinio audinio.

Pagrindinės erbio lazerio taikymo sritys medicinoje:

Odos mikrosluoksniavimas,

Odos perforacija kraujo ėmimui,

Kietų danties audinių išgarinimas,

Akies ragenos paviršiaus išgarinimas toliaregystės korekcijai.

Erbio lazerio spinduliuotė nekenkia akims, kaip ir CO2 lazeris, o patikimo ir pigaus pluošto instrumento jam taip pat nėra.

Diodinis lazeris

Šiuo metu yra daugybė diodinių lazerių, kurių bangos ilgiai yra nuo 0,6 iki 3 mikronų ir spinduliavimo parametrai. Pagrindiniai diodinių lazerių privalumai yra didelis efektyvumas (iki 60%), miniatiūrinis dydis ir ilgas tarnavimo laikas (daugiau nei 10 000 valandų).

Tipinė vieno diodo išėjimo galia nepertraukiamu režimu retai viršija 1 W, o impulso energija yra ne didesnė kaip 1 - 5 mJ.

Norint gauti operacijai pakankamą galią, pavieniai diodai sujungiami į 10–100 elementų rinkinius, išdėstytus liniuotėje, arba prie kiekvieno diodo pritvirtinami ploni pluoštai ir surenkami į ryšulį. Tokie kompozitiniai lazeriai leidžia gaminti 50 W ar didesnę nepertraukiamą spinduliuotę nm bangos ilgiu, kurie šiandien naudojami ginekologijoje, oftalmologijoje, kosmetologijoje ir kt.

Diodinių lazerių pagrindinis veikimo režimas yra nepertraukiamas, o tai riboja jų panaudojimo galimybes lazerinėje chirurgijoje. Bandant įdiegti superimpulsinį veikimo režimą, pernelyg ilgi impulsai (maždaug 0,1 s), kai generuojami diodinių lazerių bangos ilgiai artimo infraraudonųjų spindulių diapazone, gali sukelti pernelyg didelį įkaitimą ir vėlesnį aplinkinių audinių uždegimą.

Medicinoje lazeriai buvo pritaikyti lazerinio skalpelio forma. Jo naudojimą chirurginėms operacijoms lemia šios savybės:

Pjūvis yra gana bekraujas, nes kartu su audinių išpjaustymu koaguliuoja žaizdos kraštus, „užsandarindamas“ ne per dideles kraujagysles;

Lazerinis skalpelis išsiskiria pastoviomis pjovimo savybėmis. Palietus kietą daiktą (pavyzdžiui, kaulu), skalpelis neišjungiamas. Mechaniniam skalpeliui tokia situacija būtų lemtinga;

Lazerio spindulys dėl savo skaidrumo leidžia chirurgui matyti operuojamą vietą. Įprasto skalpelio ašmenys, taip pat elektrinio peilio ašmenys, visada tam tikru mastu blokuoja chirurgo darbo lauką;

Lazerio spindulys perpjauna audinį per atstumą, nedarydamas jokio mechaninio poveikio audiniui;

Lazerinis skalpelis užtikrina absoliutų sterilumą, nes su audiniu sąveikauja tik spinduliuotė;

Lazerio spindulys veikia griežtai lokaliai, audinių išgaravimas vyksta tik židinio taške. Gretimos audinių sritys pažeidžiamos žymiai mažiau nei naudojant mechaninį skalpelį;

Klinikinė praktika parodė, kad lazeriniu skalpeliu padaryta žaizda beveik neskauda ir greičiau gyja.

Praktinis lazerių panaudojimas chirurgijoje prasidėjo SSRS 1966 metais A.V.Višnevskio institute. Lazerinis skalpelis buvo naudojamas atliekant krūtinės ląstos ir pilvo ertmės vidaus organų operacijas. Šiuo metu lazerio spinduliais atliekamos odos plastinės operacijos, stemplės, skrandžio, žarnyno, inkstų, kepenų, blužnies ir kitų organų operacijos. Labai pagunda lazeriu atlikti operacijas organuose, kuriuose yra daug kraujagyslių, pavyzdžiui, širdyje ir kepenyse.

Lazeriniai instrumentai ypač plačiai naudojami akių chirurgijoje. Akis, kaip žinote, yra labai plonos struktūros organas. Akių chirurgijoje ypač svarbus manipuliacijos tikslumas ir greitis. Be to, paaiškėjo, kad teisingai parinkus lazerio spinduliuotės dažnį, jis laisvai praeina per skaidrius akies audinius, neturėdamas jiems jokios įtakos. Tai leidžia atlikti akies lęšiuko ir dugno operacijas visiškai nedarant pjūvių. Šiuo metu sėkmingai atliekamos lęšio pašalinimo operacijos, išgarinant jį labai trumpu ir galingu impulsu. Tokiu atveju aplinkiniai audiniai nepažeidžiami, o tai pagreitina gijimo procesą, kuris trunka tiesiogine prasme kelias valandas. Savo ruožtu tai labai palengvina vėlesnį dirbtinio lęšio implantavimą. Dar viena sėkmingai įvaldyta operacija – atsiskyrusios tinklainės suvirinimas.

Lazeriai taip pat gana sėkmingai naudojami gydant tokias įprastas akių ligas kaip trumparegystė ir toliaregystė. Viena iš šių ligų priežasčių – dėl tam tikrų priežasčių pasikeitusi ragenos konfigūracija. Labai tiksliai dozuoto ragenos apšvitinimo lazeriu pagalba galima ištaisyti jos defektus, atkuriant normalų regėjimą.

Sunku pervertinti lazerio terapijos naudojimo svarbą gydant daugybę onkologinių ligų, kurias sukelia nekontroliuojamas modifikuotų ląstelių dalijimasis. Tiksliai sufokusavus lazerio spindulį į vėžinių ląstelių grupes, grupes galima visiškai sunaikinti nepažeidžiant sveikų ląstelių.

Įvairūs lazeriniai zondai plačiai naudojami diagnozuojant įvairių vidaus organų ligas, ypač tais atvejais, kai kitų metodų panaudojimas neįmanomas arba labai sunkus.

Medicininiais tikslais naudojama mažos energijos lazerio spinduliuotė. Lazerio terapija grindžiama artimo infraraudonųjų spindulių diapazono impulsinės plačiajuosčio spinduliuotės ir nuolatinio magnetinio lauko deriniu. Lazerio spinduliuotės gydomasis (gydomasis) poveikis gyvam organizmui pagrįstas fotofizinėmis ir fotocheminėmis reakcijomis. Ląstelių lygmenyje, reaguojant į lazerio spinduliuotę, kinta ląstelių membranų energetinis aktyvumas, suaktyvėja DNR – RNR – baltymų sistemos ląstelių branduolinis aparatas, taigi, didėja ląstelių bioenergetinis potencialas. Reakcija viso organizmo lygmeniu išreiškiama klinikinėmis apraiškomis. Tai analgetinis, priešuždegiminis ir antiedeminis poveikis, mikrocirkuliacijos gerinimas ne tik apšvitintuose, bet ir aplinkiniuose audiniuose, pažeistų audinių gijimo pagreitinimas, bendrųjų ir vietinių imunoprotekcinių faktorių stimuliavimas, cholecistito mažinimas. kraujas, bakteriostatinis poveikis.

LAZERIS(santrumpa iš anglų kalbos pradinių raidžių. Šviesos stiprinimas skatinant spinduliuotę – šviesos stiprinimas skatinant spinduliuotę; sin. optinis kvantinis generatorius) - techninis prietaisas, skleidžianti elektromagnetinę spinduliuotę, sufokusuotą spindulio pavidalu nuo infraraudonųjų iki ultravioletinių spindulių, kuri turi didelį energijos ir biologinį poveikį. L. 1955 metais sukūrė N. G. Basovas, A. M. Prochorovas (SSRS) ir Ch. Townesas (JAV), už šį išradimą apdovanoti 1964 m. Nobelio premija.

Pagrindinės lazerio dalys yra darbinis skystis arba aktyvioji terpė, siurblio lempa ir veidrodinis rezonatorius (1 pav.). Lazerio spinduliuotė gali būti nuolatinė arba impulsinė. Puslaidininkiniai lazeriai gali veikti abiem režimais. Dėl stiprios šviesos blyksnio iš siurblio lempos veikliosios medžiagos elektronai pereina iš ramios būsenos į susijaudinusią. Veikdami vienas kitą, jie sukuria šviesos fotonų laviną. Atspindėdami nuo rezonansinių ekranų, šie fotonai, prasiskverbę pro permatomą veidrodinį ekraną, iškyla kaip siauras monochromatinis didelės energijos šviesos spindulys.

Darbinis stiklo skystis gali būti kietas (dirbtinio rubino kristalai su chromo, kai kurių volframo ir molibdeno druskų, įvairių tipų stiklai su neodimio ir kai kurių kitų elementų priemaiša ir kt.), skystas (piridinas, benzenas, toluenas, bromonaftalenas, nitrobenzenas ir kt.), dujos (helio ir neono mišinys, helio ir kadmio garai, argonas, kriptonas, anglies dioksidas ir kt.).

Norėdami perkelti darbinio skysčio atomus į sužadintą būseną, galite naudoti šviesos spinduliuotę, elektronų srautą, radioaktyviųjų dalelių srautą, cheminę medžiagą. reakcija.

Jei aktyviąją terpę įsivaizduotume kaip dirbtinį rubino kristalą su chromo priemaiša, kurio lygiagretūs galai yra suprojektuoti veidrodžio pavidalu su vidiniu atspindžiu ir vienas iš jų yra permatomas, o šis kristalas yra apšviestas galingu pompos lempos blyksnis, tada dėl tokio galingo apšvietimo arba, kaip paprastai vadinama, optinis siurbimas, didesnis skaičius chromo atomai pereis į sužadinimo būseną.

Grįžęs į pradinę būseną, chromo atomas spontaniškai išspinduliuoja fotoną, kuris, susidūręs su sužadintu chromo atomu, išmuša kitą fotoną. Šie fotonai, savo ruožtu, susitikę su kitais sužadintais chromo atomais, vėl išmuša fotonus, ir šis procesas didėja kaip lavina. Nuo veidrodžio galų pakartotinai atsispindinčių fotonų srautas didėja tol, kol spinduliuotės energijos tankis pasiekia ribinę vertę, pakankamą peršviečiamam veidrodžiui įveikti, ir prasiveržia monochromatinės koherentinės (griežtai nukreiptos) spinduliuotės impulso pavidalu, kurio bangos ilgis kuri yra 694 .3 nm ir impulso trukmė 0.5-1.0 ms su energija nuo frakcijų iki šimtų džaulių.

Šviesos blyksnio energiją galima įvertinti naudojant tokį pavyzdį: bendras spektro energijos tankis saulės paviršiuje yra 10 4 W/cm 2 , o sufokusuotas 1 MW galios šviesos spindulys sukuria spinduliavimo intensyvumą židinys iki 10 13 W/cm 2 .

Monochromatiškumas, koherentiškumas, mažas pluošto divergencijos kampas ir optinio fokusavimo galimybė leidžia išgauti didelę energijos koncentraciją.

Fokusuotas lazerio spindulys gali būti nukreiptas į kelių mikronų plotą. Taip pasiekiama kolosali energijos koncentracija ir sukuriama itin aukšta temperatūra apšvitintame objekte. Lazerio spinduliuotė išlydo plieną ir deimantą ir sunaikina bet kokią medžiagą.

Lazeriniai įrenginiai ir jų taikymo sritys

Ypatingos lazerio spinduliuotės savybės – didelis kryptingumas, koherentiškumas ir monochromatiškumas – atveria praktiškai dideles galimybes jį panaudoti įvairiose mokslo, technologijų ir medicinos srityse.

Dėl medaus Tikslams naudojami įvairūs lazeriai, kurių spinduliavimo galią lemia chirurginio ar terapinio gydymo tikslai. Priklausomai nuo švitinimo intensyvumo ir jo sąveikos su skirtingais audiniais ypatybių, pasiekiamas koaguliacijos, ekstirpacijos, stimuliacijos ir regeneracijos poveikis. Chirurgijoje, onkologijoje ir oftalmologinėje praktikoje naudojami dešimčių vatų galios lazeriai, o stimuliuojančiam ir priešuždegiminiam poveikiui gauti – dešimčių milivatų galios lazeriai.

L. pagalba galima vienu metu perduoti didžiulį skaičių telefoninių pokalbių, bendrauti tiek žemėje, tiek erdvėje, nustatyti dangaus kūnų vietą.

Nedidelė lazerio spindulio divergencija leidžia juos naudoti geodezinėje praktikoje, didelių inžinerinių konstrukcijų statyboje, orlaivių tūpimui ir mechaninėje inžinerijoje. Dujiniai lazeriai naudojami trimačiams vaizdams gauti (holografija). Geodezinėje praktikoje plačiai naudojami įvairių tipų lazeriniai tolimačiai. L. naudojami meteorologijoje, aplinkos taršos stebėjimui, matavimo ir kompiuterinėse technologijose, prietaisų gamyboje, mikroelektroninių grandinių matmeniniam apdorojimui, cheminėms reakcijoms inicijuoti. reakcijos ir kt.

Lazerinėje technologijoje naudojami tiek kietojo kūno, tiek dujiniai impulsinio ir nuolatinio veikimo lazeriai. Įvairių didelio stiprumo medžiagų – plieno, lydinių, deimantų, laikrodžių akmenų – pjovimui, gręžimui ir suvirinimui gaminamos lazerinės sistemos ant anglies dioksido (LUND-100, TILU-1, Impulse), ant azoto (Signal-3), ant rubinas (LUCH-1M, K-ZM, LUCH-1 P, SU-1), ant neodimio stiklo (Kvant-9, Korund-1, SLS-10, Kizil) ir kt. Dauguma lazerinių technologijų procesų naudoja terminį šviesos poveikis, kurį sukelia jos absorbcija apdorota medžiaga. Norint padidinti spinduliuotės srauto tankį ir lokalizuoti gydymo zoną, naudojamos optinės sistemos. Lazerinės technologijos ypatumai yra šie: didelis spinduliuotės energijos tankis apdorojimo zonoje, kuris per trumpą laiką suteikia reikiamą šiluminį efektą; įtakojančios spinduliuotės lokalizacija dėl jos fokusavimo galimybės ir itin mažo skersmens šviesos pluoštai; maža termiškai paveikta zona, kurią sudaro trumpalaikis radiacijos poveikis; galimybė atlikti procesą bet kokioje skaidrioje aplinkoje, per technologinius langus. fotoaparatai ir kt.

Valdymo ir ryšio sistemų valdymo ir matavimo prietaisams naudojamų lazerių spinduliuotės galia yra maža, 1-80 mW. Eksperimentiniams tyrimams (skysčių srauto matavimui, kristalams tirti ir kt.) naudojami galingi lazeriai, generuojantys spinduliuotę impulsiniu režimu, kurio didžiausia galia nuo kilovatų iki hektvatų, o impulso trukmė 10 -9 -10 -4 sekundės. . Medžiagoms apdoroti (pjovimui, suvirinimui, skylių pradūrimui ir kt.) naudojami įvairūs lazeriai, kurių išėjimo galia nuo 1 iki 1000 vatų ar daugiau.

Lazeriniai įrenginiai žymiai padidina darbo efektyvumą. Taigi, pjovimas lazeriu leidžia žymiai sutaupyti žaliavų, momentinis skylių išmušimas bet kokiose medžiagose palengvina gręžėjo darbą, lazerinis mikroschemų gamybos būdas pagerina gaminių kokybę ir tt Galima teigti, kad lazeris tapo vienu iš dažniausiai naudojamų prietaisų mokslo, technikos ir medicinos reikmėms. tikslus.

Lazerio spindulio veikimo mechanizmas biologiniams audiniams pagrįstas tuo, kad šviesos pluošto energija staigiai padidina temperatūrą nedidelėje kūno vietoje. Temperatūra apšvitintoje vietoje, anot J. P. Minton, gali pakilti iki 394°, todėl patologiškai pakitusi vieta akimirksniu dega ir išgaruoja. Šiluminis poveikis aplinkiniams audiniams tęsiasi labai trumpu atstumu, nes tiesioginio monochromatinės fokusuotos spinduliuotės pluošto plotis lygus

0,01 mm. Lazerio spinduliuotės įtakoje vyksta ne tik gyvų audinių baltymų krešėjimas, bet ir jų sprogstamasis sunaikinimas dėl savotiškos smūginės bangos. Ši smūginė banga susidaro dėl to, kad esant aukštai temperatūrai audinių skystis akimirksniu virsta dujine būsena. Savybės biol, veiksmai priklauso nuo bangos ilgio, impulso trukmės, galios, lazerio spinduliuotės energijos, taip pat nuo apšvitintų audinių struktūros ir savybių. Svarbu spalva (pigmentacija), storis, tankis, audinių prisipildymo krauju laipsnis, jų fiziolis, būklė ir patolio buvimas, jų pokyčiai. Kuo didesnė lazerio spinduliuotės galia, tuo giliau jis prasiskverbia ir tuo stipresnis jo poveikis.

Eksperimentiniais tyrimais buvo tiriamas įvairaus diapazono šviesos spinduliuotės poveikis ląstelėms, audiniams ir organams (odai, raumenims, kaulams, vidaus organams ir kt.). rezultatai skiriasi nuo šiluminio ir radiacinio poveikio. Tiesiogiai veikiant lazerio spinduliuote audinius ir organus, juose atsiranda riboti įvairaus ploto ir gylio pažeidimai, priklausomai nuo audinio ar organo pobūdžio. Kai gistol, tiriant L. paveiktus audinius ir organus, juose galima išskirti tris morfo pakitimų zonas: paviršinės krešėjimo nekrozės zona; kraujavimo ir patinimo sritis; distrofinių ir nekrobiotinių pokyčių ląstelėje zona.

Lazeriai medicinoje

Impulsinių lazerių, taip pat nuolatinių lazerių, galinčių generuoti didelio energijos tankio šviesos spinduliuotę, sukūrimas sudarė sąlygas plačiai naudoti lazerius medicinoje. Iki 70-ųjų pabaigos. 20 a Apšvitinimas lazeriu pradėtas taikyti diagnostikai ir gydymui įvairiose medicinos srityse – chirurgijoje (įskaitant traumatologiją, širdies ir kraujagyslių, pilvo chirurgiją, neurochirurgiją ir kt.) > onkologijoje, oftalmologijoje, odontologijoje. Reikia pabrėžti, kad steigėjas šiuolaikiniai metodai Lazerinė akių mikrochirurgija yra sovietinis oftalmologas, SSRS medicinos mokslų akademijos akademikas M. M. Krasnovas. Atsirado perspektyvų L. praktiškai panaudoti terapijoje, fizioterapijoje ir kt. Biologinių objektų spektrocheminiai ir molekuliniai tyrimai jau yra glaudžiai susiję su lazerinės emisijos spektroskopijos, sugerties ir fluorescencinės spektrofotometrijos kūrimu naudojant reguliuojamą dažnį L., lazerinį Raman spektroskopija. Šie metodai kartu su matavimų jautrumo ir tikslumo didinimu sutrumpina analizės laiką, o tai labai išplėtė profesinių ligų diagnostikos, vaistų vartojimo stebėsenos, teismo medicinos srities tyrimų apimtis. tt Derinant su šviesolaidžiu, lazerinės spektroskopijos metodais galima atlikti krūtinės ertmės rentgenografiją, kraujagysles, vidaus organų fotografavimą, siekiant ištirti jų funkcijas, funkcijas ir aptikti navikus.

Stambių molekulių (DNR, RNR ir kt.) ir virusų tyrimas ir identifikavimas, imunolis, tyrimai, kinetikos ir biolo, mikroorganizmų aktyvumo, mikrocirkuliacijos kraujagyslėse tyrimas, biolio, skysčių tėkmės greičio matavimas, skysčiai – pagrindinės taikymo sritys lazerinių Rayleigh ir Doplerio spektrometrijos metodų, labai jautrių ekspresinių metodų, leidžiančių atlikti matavimus esant itin mažoms tiriamų dalelių koncentracijoms. L. pagalba atliekama audinių mikrospektrinė analizė, vadovaujantis spinduliuotės įtakoje išgaravusios medžiagos pobūdžiu.

Lazerio spinduliuotės dozimetrija

Dėl galios svyravimų aktyvus kūnas L., ypač dujų (pavyzdžiui, helio-neono), jų veikimo metu, taip pat pagal saugos reikalavimus, dozimetrinis stebėjimas sistemingai atliekamas naudojant specialius dozimetrus, kalibruotus pagal standartinius etaloninius galios matuoklius, ypač IMO-2 tipo. , ir sertifikuota Valstybinė metrologinė tarnyba. Dozimetrija leidžia nustatyti efektyvias terapines dozes ir galios tankį, kuris lemia biol, lazerio spinduliuotės efektyvumą.

Lazeriai chirurgijoje

Pirmoji L. taikymo sritis medicinoje buvo chirurgija.

Indikacijos

L. spindulio gebėjimas išskrosti audinį leido jį pritaikyti chirurginėje praktikoje. „Lazerinio skalpelio“ baktericidinis poveikis ir krešėjimo savybės buvo pagrindas jį naudoti atliekant virškinimo trakto operacijas. takų, parenchiminių organų, neurochirurginių operacijų metu, pacientams, kenčiantiems nuo padidėjusio kraujavimo (hemofilija, spindulinė liga ir kt.).

Helio-neono ir anglies dioksido lazeriai sėkmingai naudojami tam tikroms chirurginėms ligoms ir traumoms gydyti: infekuotoms, ilgai negyjančioms žaizdoms ir opoms, nudegimams, naikinančiam endarteritui, deformuojančiai artrozei, lūžiams, odos autotransplantacijai ant nudegimo paviršių, abscesams ir flegmonoms gydyti. minkštieji audiniai ir kt. Lazeriniai aparatai „Scalpel“ ir „Pulsar“ skirti kaulams ir minkštiesiems audiniams pjauti. Nustatyta, kad L. spinduliuotė skatina regeneracijos procesus, keičia žaizdos proceso fazių trukmę. Pavyzdžiui, atidarius opas ir apdorojus L. ertmių sieneles, žaizdų gijimo laikas, palyginti su kitais gydymo metodais, žymiai sutrumpėja, nes sumažėja žaizdos paviršiaus infekcija, pagreitėja žaizdos apsivalymas nuo pūlingų-nekrozinių. masės ir granuliacijų susidarymas bei epitelizacija. Gistol ir citolio tyrimai parodė, kad padidėja reparaciniai procesai dėl padidėjusios RNR ir DNR sintezės fibroblastų citoplazmoje ir glikogeno kiekio neutrofilų leukocitų ir makrofagų citoplazmoje, sumažėjus mikroorganizmų skaičiui ir mikrobų asociacijų skaičius žaizdos išskyrose, biol sumažėjimas, patogeninio stafilokoko aktyvumas.

Metodika

Pažeidimas (žaiza, opa, nudegimo paviršius ir kt.) sutartinai skirstomas į laukus. Kiekvienas laukas apšvitinamas kasdien arba kas 1-2 dienas mažos galios lazeriais (10-20 mW) 5-10 minučių. Gydymo kursas yra 15-25 seansų. Jei reikia, po 25-30 dienų galite pakartoti kursą; paprastai jie kartojami ne daugiau kaip 3 kartus.

Lazeriai onkologijoje

1963-1965 metais SSRS ir CETA buvo atlikti eksperimentai su gyvūnais, kurie parodė, kad L. spinduliuotė gali sunaikinti persodinamus navikus. 1969 m. Ukrainos TSR mokslų akademijos Onkologijos problemų institute (Kijeve) buvo atidarytas pirmasis lazerinės terapijos onkologijos skyrius, aprūpintas specialia instaliacija, kurios pagalba buvo gydomi pacientai, turintys odos navikų ( 2 pav.). Vėliau buvo bandoma plisti lazerinė terapija navikams ir kitoms lokalizacijoms.

Indikacijos

L. vartojamas gerybiniams ir piktybiniams odos navikams, taip pat kai kurioms moterų lytinių organų ikivėžinėms ligoms gydyti. Dėl poveikio giliai gulintiems navikams paprastai reikia juos atskleisti, nes lazerio spinduliuotė labai susilpnėja, kai praeina per audinį. Dėl intensyvesnės šviesos sugerties pigmentiniai navikai – melanomos, hemangiomos, pigmentiniai navikai ir kt. – lengviau pritaikomi lazerio terapijai nei nepigmentuoti (3 pav.). Kuriami metodai L. naudoti kitų organų (gerklų, lytinių organų, pieno liaukų ir kt.) navikams gydyti.

Kontraindikacija L. vartojimui yra augliai, esantys prie akių (dėl regėjimo organo pažeidimo pavojaus).

Metodika

Yra du L. panaudojimo būdai: naviko švitinimas nekrotizavimo tikslais ir jo ekscizija. Atliekant gydymą, siekiant sukelti naviko nekrozę, atliekama: 1) objekto apdorojimas nedidelėmis spinduliuotės, jodo dozėmis, kurios sunaikina naviko sritį, o likusi dalis palaipsniui tampa nekrozine; 2) švitinimas didelėmis dozėmis (nuo 300 iki 800 J/cm2); 3) daugkartinis švitinimas, dėl kurio navikas visiškai miršta. Gydant nekrotizacijos metodu, odos navikų švitinimas pradedamas nuo periferijos, palaipsniui judant centro link, dažniausiai užfiksuojama 1,0-1,5 cm pločio normalaus audinio kraštinė.Būtina apšvitinti visą naviko masę, nes ne -apšvitintos vietos yra ataugimo šaltinis. Spinduliuotės energijos kiekį lemia lazerio tipas (impulsinis ar nuolatinis), spektrinė sritis ir kiti spinduliavimo parametrai, taip pat naviko ypatybės (pigmentacija, dydis, tankis ir kt.). Gydant nepigmentinius navikus, į juos galima švirkšti spalvotų junginių, kad būtų sustiprinta spinduliuotės absorbcija ir naviko sunaikinimas. Dėl audinių nekrozės odos auglio vietoje susidaro juoda arba tamsiai pilka pluta, kraštai išnyksta po 2-6 savaičių. (4 pav.).

Ekscizuojant naviką lazeriu, pasiekiamas geras hemostatinis ir aseptinis poveikis. Metodas kuriamas.

Rezultatai

L. gali būti sunaikintas bet koks navikas, prieinamas spinduliuotei. Šiuo atveju nėra šalutinio poveikio, ypač kraujodaros sistemoje, todėl galima gydyti senyvus, nusilpusius pacientus ir vaikus. ankstyvas amžius. Pigmentiniuose navikuose selektyviai sunaikinamos tik naviko ląstelės, o tai užtikrina švelnų poveikį ir kosmetiškai palankius rezultatus. Spinduliuotė gali būti tiksliai sufokusuota, todėl intervencija gali būti griežtai lokalizuota. Hemostatinis lazerio spinduliuotės poveikis leidžia apriboti kraujo netekimą). Sėkmingi odos vėžio gydymo rezultatai, remiantis 5 metų stebėjimais, buvo pastebėti 97% atvejų (5 pav.).

Komplikacijos: anglis

audiniai, kai jie išpjaustomi.

Lazeriai oftalmologijoje

Tradiciniai impulsiniai nemoduliuoti lazeriai (dažniausiai rubino) buvo naudojami iki 70-ųjų. katerizacijai ant dugno, pavyzdžiui, chorioretinaliniams klijams formuoti gydant ir profilaktikai tinklainės atsiskyrimui, mažiems navikams ir pan. Šiame etape jų taikymo sritis buvo maždaug tokia pati kaip ir fotokoaguliatorių, naudojančių sutartinis (nevienspalvis, nenuoseklus) šviesos spindulys.

70-aisiais Oftalmologijoje sėkmingai naudojami nauji lazerių tipai (spalv. 1 ir 2 pav.): pastovaus veikimo dujiniai lazeriai, moduliuoti lazeriai su „milžiniškais“ impulsais („šaltieji“ lazeriai), dažų pagrindu veikiantys lazeriai ir daugybė kitų. Tai žymiai išplėtė pleišto taikymo sritį ant akies - tapo įmanoma aktyviai įsikišti į vidines akies membranas, neatidarant jos ertmės.

Šios sritys pleištinė, lazerinė oftalmologija turi didelę praktinę reikšmę.

1. Yra žinoma, kad akies dugno kraujagyslių ligos kyla (ir daugelyje šalių jau atsidūrė) tarp nepagydomo aklumo priežasčių. Tarp jų diabetinė retinopatija yra plačiai paplitusi, ji išsivysto beveik visiems diabetu sergantiems pacientams, kurių ligos trukmė yra 17-20 metų.

Pacientai dažniausiai praranda regėjimą dėl pasikartojančių intraokulinių kraujavimų iš naujai suformuotų patologiškai pakitusių kraujagyslių. Lazerio spindulio pagalba (geriausi rezultatai gaunami naudojant dujas, pavyzdžiui, argoną, nuolatinius lazerius) koaguliuojasi tiek pakitusios kraujagyslės su ekstravazacijos sritimis, tiek naujai susidariusių kraujagyslių zonos, ypač jautrios plyšimui. Sėkmingas rezultatas, trunkantis keletą metų, pastebimas maždaug 50% pacientų. Paprastai koaguliuojamos nepaveiktos tinklainės sritys, kurios neatlieka pirminės funkcijos (panretinalinė koaguliacija).

2. Tinklainės kraujagyslių (ypač venų) trombozė taip pat tapo prieinama tiesioginiam gydymui. ekspozicija tik naudojant L. Lazerinė koaguliacija padeda suaktyvinti tinklainės kraujotaką ir deguonies tiekimą, sumažinti arba panaikinti trofinę tinklainės edemą, kurios negalima gydyti. ekspozicija dažniausiai baigiasi sunkiais negrįžtamais pakitimais (spalva. 7-9 pav.).

3. Tinklainės degeneracija, ypač transudacijos stadijoje, kai kuriais atvejais gali būti sėkmingai gydoma lazerio terapija, kuri yra praktiškai vienintelis būdas aktyviai įsikišti į šį patologinį procesą.

4. Židininiai uždegiminiai procesai dugne, periflebitas, ribotos apraiškos angiomatozę kai kuriais atvejais taip pat galima sėkmingai gydyti lazerio terapija.

(žr.) leido atlikti nechirurginę iridektomiją“ ir taip transformuoti chirurgija dėl ambulatorinės procedūros. Šiuolaikiniai lazerinės iridektomijos metodai, ypač dviejų pakopų iridektomijos metodas, naudojant du L., sukurtas SSRS M. M. Krasnov ir kt., leidžia atlikti iridektomiją beveik 100% pacientų (6 pav.); jo hipotenzinis poveikis (kaip ir chirurginės intervencijos atveju) labai priklauso nuo procedūros savalaikiškumo (vėlesnėse stadijose priekinės kameros kampe atsiranda sąaugų – vadinamoji goniosinechija, reikalaujanti papildomų priemonių). Su vadinamuoju atviro kampo glaukoma, naudojant lazerinės goniopunktūros metodą, gali išvengti chirurginio gydymo maždaug 60% pacientų (7 pav. ir spalva. 3 pav.); Tuo tikslu Sovietų Sąjungoje pirmą kartą pasaulyje buvo sukurta fundamentali lazerinės goniopunktūros technika, naudojant moduliuotą impulsinį („šaltą“) L. Lazerinis ciliarinio kūno koaguliacija taip pat galima sumažinti akispūdį mažinant. intraokulinio skysčio gamyba. Įrodytas teigiamas L. poveikis virusinių procesų eigai ragenoje, ypač kai kurioms herpetinio keratito formoms, kurių gydymas buvo sudėtingas.

Atsiradus naujoms lazerių rūšims ir naujiems jo panaudojimo akims metodams, lazerinės terapijos ir lazerinės mikrochirurgijos galimybės oftalmologijoje nuolat plečiasi. Dėl lyginamojo lazerinių metodų naujoviškumo reikia išsamiau išaiškinti daugelio ligų (diabetinių akių pažeidimų, uždegiminių ir degeneracinių procesų tinklainėje ir kt.) ilgalaikių gydymo rezultatų pobūdį.

Iš papildomų medžiagų

Lazeris gydant glaukomą. Glaukomos gydymo lazeriu tikslas (žr.) – normalizuoti akispūdį (žr.). Lazerio spinduliuotės hipotenzinio poveikio esmė ir mechanizmas gali skirtis priklausomai nuo glaukomos formos ir naudojamo lazerio šaltinio savybių. Didžiausias paplitimas yra oftalmologijoje. Praktiškai buvo gauti nuolatinių bangų argono lazeriai ir impulsiniai lazeriniai šaltiniai, kurių pagrindą sudaro rubinas ir itrio-aliuminio granatas. Rubino lazerio šaltinyje aktyvioji terpė yra rubino kristalas, praturtintas trivalenčių chromo jonų (A1203:

Cr3+), ir lazerio šaltinyje, kurio pagrindas yra itrio-aliuminio granatas -

itrio aliuminio granato kristalas, aktyvuotas trivalenčiais neodimio jonais (Y3A15012:

Esant uždarojo kampo glaukomai, lazeriu sukuriama kiaurymė pažeistos akies rainelėje (lazerinė iridotomija), dėl kurios pagerėja akies skysčio nutekėjimas.

Lazerinės iridotomijos indikacijos yra periodiškai pasikartojantys ūmūs padidėjusio akispūdžio priepuoliai esant normaliam jo lygiui interiktaliniu laikotarpiu, taip pat nuolatinis akispūdžio padidėjimas, kai nėra sinekinių akies priekinės kameros kampo pokyčių; Naudojama trijų tipų lazerinė iridotomija: sluoksninė, vienpakopė ir kombinuota lazerinė iridotomija. Taikant visus tris lazerio poveikio būdus, parenkama ploniausia rainelės periferinės dalies stromoje vieta (žr.).

Sluoksnis po sluoksnio lazerinė iridotomija atliekama naudojant argono lazerį. Tokiu atveju impulsai paeiliui nukreipiami į vieną tašką, dėl kurio laipsniškai susidaro įdubimas rainelės stromoje, o vėliau - skylė. Gydymo metu nuo 1 iki

4 seansai. Norint vienu metu atlikti lazerinę iridotomiją, naudojamas trumpo impulso lazeris. Kai vienas fokusuotas lazerio impulsas yra nukreipiamas į rainelės paviršių, susidaro skylė (žr. Coloboma). Kombinuota lazerinė iridotomija sujungia sluoksnio ir vienos pakopos iridotomijos elementus ir atliekama dviem etapais. Pirmajame etape rainelė koaguliuojama naudojant argono lazerio spinduliuotę, kad ji susidarytų per ateinančias 2-3 savaites. stromos atrofijos ir plonėjimo sritis. Antrame etape trumpo impulso lazerio spinduliuote atliekama vieno impulso rainelės perforacija.

Esant atviro kampo glaukomai, lazeris naudojamas pažeistos drenažo sistemos pralaidumui atkurti; šiuo atveju naudojama lazerinė goniopunktūra (susidaro dirbtinės angos trabekulėse ir Schlemmo kanalo vidinėje sienelėje) ir lazerinė trabekuloplastika - trabekulių arba ciliarinio (ciliarinio) kūno priekinės dalies koaguliacija, dėl kurios atsiranda blakstienų įtempimas. trabekulės ir tarptrabekulinių erdvių išsiplėtimas. Gydymas lazeriu skiriamas esant neveiksmingam medikamentiniam gydymui ar netoleruojant vartojamų vaistų, ligai progresuojant.

Lazerinėje goniopunktūroje kaip lazerio šaltinis naudojamas trumpo impulso lazeris. Vienoje eilėje paeiliui taikoma 15-20 lazerio impulsų, nukreiptų į trabekulių paviršių Schlemmo kanalo projekcijoje; intervencija atliekama apatinėje akies priekinės kameros kampo pusėje.

Lazerinėje trabekuloplastikoje kaip lazerio šaltinis naudojamas argono lazeris. Aplink visą Schlemmo kanalo perimetrą 80–120 impulsų yra punktyrinės linijos tarp Schlemmo kanalo ir priekinio ribojančio Schwalbe žiedo (žr. Gonioskopija) arba dvi lygiagrečios eilės išilgai priekinės ciliarinio kūno dalies. (lazerinis trabekulo spazmas).

Glaukomos gydymo lazeriu komplikacijos gali būti lengvas kraujavimas iš rainelės kraujagyslių, sunaikintų lazerio impulsu; ilgalaikis vangus iritas (žr. Iridociklitas) be akivaizdžių pleištų, apraiškų, su plokščių užpakalinių sinechijų susidarymu vėlesnėse stadijose; reaktyvus akispūdžio padidėjimas, atsirandantis po nepilnos lazerinės iridotomijos; retais atvejais stebimas ragenos endotelio pažeidimas (žr.) lazerio spinduliuote, kai lazerio spindulys nėra aiškiai sufokusuotas į rainelės paviršių. Laikantis būtinų prevencinių priemonių (teisingas poveikio vietos pasirinkimas ir teisingas techninis metodo įgyvendinimas), šių komplikacijų dažnis yra minimalus.

Glaukomos gydymo lazeriu prognozė yra palanki, ypač pradinėje ligos stadijoje: dažniausiai stebimas akispūdžio normalizavimas ir regos funkcijų stabilizavimas.

Taip pat žiūrėkite Glaukoma.

Lazerinė fotokoaguliacija gydant diabetinę retinopatiją. Konservatyvūs diabetinės retinopatijos gydymo metodai (žr.) yra neveiksmingi. Pastarąjį dešimtmetį šios ligos gydymui aktyviai naudojami lazeriai. Didelių išeminės tinklainės plotų fotokoaguliacija lazeriu sukelia jos sunaikinimą ir sustabdo naujai susidariusių kraujagyslių augimą.

Lazerinė fotokoaguliacija pacientams, sergantiems diabetine retinopatija, nurodoma, kai atsiranda pirmieji tinklainės išemijos požymiai, nustatyti fluoresceino angiografija (žr.): patol. pralaidūs

tinklainės kapiliarų tiltas; neperfuzuotų tinklainės sričių, esančių už geltonosios dėmės srities, atsiradimas; neovaskuliarizacijos požymiai pirmą kartą buvo aptikti ant regos nervo galvos ir išilgai pagrindinių centrinių arterijų šakų bei tinklainės venos. Vėlesnėse proceso stadijose, kurioms būdingas ryškus glijos proliferacija, lazerinė fotokoaguliacija yra kontraindikuotina. Diabetinės retinopatijos gydymui labiausiai paplitęs lazerio šaltinis yra argono lazerinis fotokoaguliatorius. Optimali technika yra panretininė lazerinė fotokoaguliacija, kai koaguliuojama didelė tinklainės paviršiaus sritis - nuo centrinių sekcijų iki pusiaujo ir, jei reikia, kraštutinės periferijos. Tik geltonosios dėmės sritis su papilominiu ryšuliu ir regos nervo galvutė lieka nepažeista. Jų impulsai taikomi intervalais, lygiais pusei lazerio taško skersmens. Normalios tinklainės kraujagyslės nekoaguliuoja. Tolstant nuo dugno centro į periferiją, didėja lazerio spindulio židinio taško skersmuo. Panretinalinė fotokoaguliacija atliekama per 3–4 seansus su 2–7 dienų intervalu. Bendras lazerinių koaguliacijų skaičius vienai akiai gali siekti 2000-2500. Taip pat galima naudoti tiesioginį koaguliacinį lazerio efektą naujai suformuotose kraujagyslėse – tiesioginę židinio lazerio fotokoaguliaciją. Naujai susiformavusių kraujagyslių ryšuliai koaguliuojami spaudžiant juos daugybe impulsų, kol kraujotaka juose visiškai sustoja.

Panretininė ir židinio lazerinė fotokoaguliacija dažnai derinama.

Dažniausia diabetinės retinopatijos gydymo lazeriu komplikacija (iki 10 proc. atvejų) yra tinklainės (žr.) ir stiklakūnio (žr.) kraujavimai – dalinis arba visiškas hemoftalmas (žr.), sunkinantis diabetinės retinopatijos eigą, mažinantis regėjimą. aštrumas ir apsunkinamas tolesnis lazerinės fotokoaguliacijos naudojimas. Galima reaktyvi tinklainės geltonosios dėmės srities edema arba ūminės išemijos išsivystymas, stiklakūnio kūno raukšlėjimasis (dėl per didelio jo įkaitimo), dėl kurio negrįžtamai sumažėja regėjimo aštrumas.

Aprašytų lazerinės fotokoaguliacijos komplikacijų prevencija susideda iš indikacijų ir kruopštaus metodo technikos laikymosi. Kai šios sąlygos yra įvykdytos, lazerio fotokoaguliacija lemia ilgalaikį pagerėjimą daugiau nei pusei pacientų, sergančių diabetine retinopatija.

Taip pat žr. Cukrinis diabetas.

Bibliografija V. S. Pirminės glaukomos gydymo lazeriu metodai, Vestn. oftalm., Nr. 6, p. 1982 m.; Ako

Pyan V.S. ir Drozdova N.M. Terapinė ir prevencinė lazerinės iridektomijos vertė pirminės kampinės glaukomos klinikoje, ten pat, Nr. 1, p. 10, 1977; jie yra, Vieno impulso lazerinė iridektomija, ten pat, Nr.4 p. 15, 1981; Krasnovas M. M. Lazerinė akių mikrochirurgija, ten pat, Nr. 1, p. 3, 1973; Krasnovas M. M. Priekinės kameros kampo punkcija lazeriu sergant glaukoma, ten pat, Nr. 3, p. 27, 1972; o N e, Mikrochirurgija dėl glaukomos, M., 1980;

Krasnov M. M. ir kt., Pirminės atviro kampo glaukomos gydymas lazeriu, Vestn. oftalm., Nr. 5, p. 18, 1982; Bass M. S., Perkins E. S. a. Wheeler S. B. Eksperimento rezultatai su impulsiniu dažų lazeriu, Advanc. Oftal., v. 34, p. 164, 1977; Bosas M. S. a. o. Vienkartinė lazerinė iridotomija, Brit, J. Ophthal., v. 63, p. 29, 1979; Diabetinės retinopatijos tyrimas. Šeštoji ir septintoji diabetinės retinopatijos tyrimo ataskaitos,

Investuoti. Oftalinė. Vis. Mokslas, v. 21, N 1, pt 2, 1981; Diabetinės retinopatijos tyrimo grupė, Proliferacinės diabetinės retinopatijos gydymas fotokoaguliacija, Oftalmologija, v. 85, p. 82, 1978; The

diabetinės retinopatijos tyrimo grupė, Preliminari fotokoaguliacijos terapijos poveikio ataskaita, Amer. J. Ophthal., v. 81, p. 383, 1976; Hageris H. Besondere

mikrochirurgische Eingriffe, 2. Etst Er-fahrungen mitdem Argon-Laser-Gerat 800, Klin. MES. Augenheilk., Bd 162, S. 437, 1973; L'Esperance F. A. a. James W. A. ​​Diabetinė retinopatija, klinikinis įvertinimas ir valdymas, Sent Luisas, 1981 m.; Perkins E. S. Lazerinė iridotomija, Brit. med. J., v. 1, p. 580, 1970; Perkinsas E. S. a. Brown N. W. A. ​​Iridotomija rubino lazeriu, Brit. J. Ophthal., v. 57, p. 487, 1973; Wise J. B, Glaukomos gydymas trabekuliniu suveržimu argono lazeriu, Int. oftalmologinis Klin., v. 21, p. 69, 1981; o k-

n D. M. a. Wickham M. G. Argono lazerinė trabekulotomija, Trans. Amer. Akad. Oftalinė. Otolaryng., v. 78, p. 371,

1974. V. S. Akopjanas.

Lazeriai odontologijoje

Eksperimentinis ir teorinis spinduliuotės panaudojimo odontologijoje pagrindimas buvo įvairių rūšių spinduliuotės poveikio dantis (žr. Dantys, pažeidimai), žandikaulius, burnos gleivinę veikimo mechanizmo ypatumų tyrimas.

Dantų ir žandikaulių ligų diagnostika naudojant L. turi didelių pranašumų lyginant su rentgenografija. L. naudojamas transiliuminacijai (transiliuminacijai) lanksčių stiklo pluošto šviesos kreiptuvų pagalba, siekiant aptikti mikroįtrūkimus danties emalyje (įskaitant proksimalinius sunkiai pasiekiamus danties vainikėlių paviršius), podanteninį akmenį ir nustatyti danties būklę. dantų pulpa (dantukai, mumifikacija, nekrozė ir kt.) ir kt.), pieninių dantų šaknų būklė, vainikėlių užuomazgos ir vaikų nuolatinių dantų šaknys. Lazerio šviesos šaltiniai naudojami fotopletizmografijoje (žr. Pletizmografija) ir dantų pulpos, periodonto ir žandikaulių ligoms diagnozuoti. Lazerinė holografija atliekama įgimtų ir įgytų veido deformacijų diagnostikai ir gydymo efektyvumui įvertinti bei odontologijos, ligų funkcinėje diagnostikoje, iššifruoti ir analizuoti reogramas, polarogramas, fotopletizmogramas, miogramas ir kt.

Prevencija pradiniai etapaiėduonis ir nekarioziniai dantų pažeidimai (erozijos, pleištiniai defektai ir kt.) atliekami „įstiklinant“ pažeistas dantų emalio vietas granatu, anglies dioksidu ir kitais lazeriais, veikiančiais radiaciniu Q perjungimo režimu (maža impulsų galia). ir didelis pulso dažnis), leidžianti išvengti neigiamo aukštos temperatūros poveikio danties pulpai, mikroįtrūkimų susidarymo emale ir dentine. Tais pačiais lazeriais virinamos siūlės tarp plombų ir dantų emalio, užkertančios kelią ėduonies atkryčiams, o ultravioletiniais lazeriais kietinami sialantai (klijai), dengiant vaikų kramtomųjų dantų įtrūkimus.

Intervencijoms į žandikaulius (kaulo pjovimas, fenestracija, kompaktosteotomija, žandikaulio fragmentų uždėjimas kaulinėmis siūlėmis lūžių atveju, osteoplastika ir kt.) naudojami granato, anglies dvideginio ir kiti lazeriai. Šių pačių lazerių pagalba dantys yra išvalomi. atliekamas paruošiamasis ir avarinis ertmės atidarymas danties dėl pulpito, danties šaknies viršūnės rezekcija sergant periodontitu, cistotomija ir cistektomija, žandikaulio sinusotomija, alveolotomija, žandikaulių rezekcija dėl kaulo, pvz., adamantomos, odontomijos ir kt. žandikaulių navikai. Minkštųjų audinių operacijoms, įskaitant lūpų ir veido odos raudonos kraštinės plastines operacijas, seilių liaukų, hemangiomų ir kitų žandikaulių srities navikų chirurginiam gydymui naudojamas lazerinis „skalpelis“.

Odontologijoje plačiausiai naudojami labai veiksmingi helio-neon L. uždegiminėms burnos gleivinės ligoms gydyti (herpetinis ir lėtinis, pasikartojantis aftinis stomatitas, lūpų pūslelinė, glosalgija, glositas, plokščioji kerpligė, eksudacinė daugiaformė eritema, Melkersson-Rosenthal). sindromas ir kt.). periodonto liga. Pažymima, kad lazerio spinduliuotę lydi pooperacinių žaizdų gijimo stimuliavimas, burnos gleivinės ir veido odos nudegimai, burnos ertmės trofinės opos ir kt.

Komplikacijos. Neteisingai ir neatsargiai naudojama lazerio spinduliuotė gali padaryti didelę žalą tiek pacientui, tiek medicinos personalui – sukelti kraujo išsiliejimą iš kraujagyslių, sukelti akių nudegimus, nekrozę, pažeisti kaulus, kraujagysles, parenchiminius organus, kraują ir endokrinines liaukas. Komplikacijų prevencija labai priklauso nuo tinkamo gydymo technikos išmanymo, pacientų atrankos ir optimalios gydymo technikos.

Darbo higiena dirbant su lazeriais

Lazerinių įrenginių eksploataciją lydinčių gamybos veiksnių higieninės charakteristikos.

Klinikiniais, higieniniais ir eksperimentiniais tyrimais įrodyta, kad lazerio spinduliuotė yra viena iš biologiškai aktyvių fizinių medžiagų. veiksnius ir gali kelti pavojų žmonėms. Ši aplinkybė lemia būtinybę parengti darbuotojų sveikatos ir saugos priemones dirbant su lazerinėmis sistemomis bei organizuoti eilinę ir profilaktinę priežiūrą. jų įgyvendinimo ir veikimo priežiūra.

Biol mechanizme, lazerių su nuolatine spinduliuote veikimas, šiluminis efektas yra pirmiausia. Trumpėjant impulsui ir didėjant spinduliuotės galiai, didėja mechaninio poveikio reikšmė. Eksperimentiniai veikimo mechanizmo tyrimai parodė, kad biol, poveikis priklauso nuo spinduliuotės bangos ilgio, energijos, impulso trukmės, impulsų pasikartojimo dažnio, spinduliuotės pobūdžio (tiesioginio, veidrodinio ar difuzinio atspindėjimo), taip pat nuo anatominės ir apšvitinto objekto fiziologinės savybės.

Veikiant santykinai didelio intensyvumo lazerio spinduliuotei, kartu su morfoliu, tiesiogiai švitinimo vietoje keičiasi audiniai, atsiranda įvairių funkcijų ir refleksinio pobūdžio poslinkių. Taip pat nustatyta, kad lazerių įrenginius aptarnaujantiems asmenims, veikiant mažo intensyvumo lazerio spinduliuotei, išsivysto funkcijos ir pokyčiai c. n. p., širdies ir kraujagyslių, endokrininės sistemos, regos analizatoriuje. Eksperimentiniai duomenys ir žmonių stebėjimai rodo, kad funkciniai pokyčiai gali būti ryškūs ir sukelti sveikatos problemų. Todėl koncertas. Taikant priemones reikėtų atsižvelgti ne tik į žalingo lazerio energijos poveikio galimybę, bet ir iš to, kad šis veiksnys yra nepakankamas dirgiklis organizmui net esant mažam intensyvumui. Kaip parodė I. R. Petrovo, A. I. Semenovo ir kitų darbai, biol, lazerio spinduliuotės poveikis gali padidėti pakartotinai veikiant ir kartu su kitais pramoninės aplinkos veiksniais.

Tiesioginis medicinos personalo kontaktas su L. yra periodiškas ir trunka nuo 3 iki 40 valandų. per savaitę. Atliekant papildomus eksperimentinius darbus, laikas dirbant su L. gali padvigubėti. Inžinieriai ir technikai, dalyvaujantys nustatant ir reguliuojant lazerius, gali būti tiesiogiai veikiami tiesioginės lazerio spinduliuotės. Gydytojai ir slaugytojai yra veikiami spinduliuotės, atsispindinčios iš audinių. Radiacijos lygis medicinos personalo darbo vietose gali būti 4*10 -4 -1*10 -5 W/cm 2 ir priklauso nuo apšvitintų audinių atspindžio.

Naudojant helio-neonines lempas, kurių išėjimo galia yra 40-50 m, galios srauto tankis personalo darbo vietose gali būti 1,5 * 10 -4 -2,2 * 10 -4 W/cm 2 . Kai lazerio išėjimo galia yra 10-25 m, galios srauto tankis sumažėja 2-3 dydžiais. Darant deimantinius štampus ir skylutes laikrodžių akmenyse, naudojant neodimio lazerius, kurių impulso energija iki 8-10 J, energijos srauto tankis darbuotojų akių lygyje yra 3*10 -4 - 3*10 -5 J/cm. 2 ir 5* 10 -5 -2*10 -6 j/cm2. Didelis difuziškai atspindėtos spinduliuotės energijos tankis gali susidaryti darbo vietose, kai galingi anglies dvideginio lazeriai pjaustomi plieno lakštams, audiniams, odai ir kt.

Be galimo neigiamo tiesioginio, veidrodinio ar difuzinio atspindžio lazerio spinduliuotės poveikio, impulsinių siurblių lempų šviesos energija, kai kuriais atvejais siekianti 20 kJ, gali turėti žalingą poveikį darbuotojų regėjimo funkcijai. Ksenoninės lempos blykstės ryškumas yra maždaug. 4*10 8 nt (cd/m 2), kurių impulso trukmė 1 - 90 ms. Siurblio lempų spinduliuotės poveikis galimas, kai jos yra neekranuotos arba nepakankamai ekranuotos, Ch. arr. bandant blykstės lempų veikimo režimą. Pavojingiausi atvejai yra neekranuotų lempų savaiminio išsikrovimo atvejai, nes tokiu atveju darbuotojai nespėja imtis apsaugos priemonių. Tuo pačiu metu galimas ne tik regėjimo adaptacijos pažeidimas, kuris išlieka keletą minučių, bet ir organiniai įvairių akies dalių pažeidimai. Subjektyviai neekranuotos lempos išlydis suvokiamas kaip „nepakeliamas akinimas“. Blykstės lempų emisijos spektre taip pat yra ilgųjų bangų UV spindulių, kurie gali paveikti personalą tik dirbant su atviromis arba nepakankamai ekranuotomis blykstės lempomis, sukeldami papildomą, specifinę akies reakciją.

Taip pat būtina atkreipti dėmesį į daugybę nespecifinių veiksnių, susijusių su darbu su lazeriu. Atsižvelgiant į tai, kad lazerio spinduliuotė kelia didžiausią pavojų akims, ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas darbo vietų ir patalpų apšvietimui. Darbo su L. pobūdis, kaip taisyklė, reikalauja didelio regėjimo įtempimo. Be to, esant silpnam apšvietimui, sustiprėja lazerio spinduliuotės poveikis tinklainei, nes tokiu atveju akies vyzdžio plotas ir tinklainės jautrumas žymiai padidės. Visa tai lemia poreikį sukurti pakankamai aukštus lygius gamybinių patalpų apšvietimas dirbant su L.

Lazerinių sistemų veikimą gali lydėti triukšmas. Esant stabiliam triukšmui, siekiančiam 70–80 dB, dėl lazerio spindulio poveikio apdorojamai medžiagai arba dėl mechaninių sklendžių, ribojančių spinduliavimo trukmę, garso impulsai atsiranda spragtelėjimų arba spragtelėjimų pavidalu. pulsas. Per darbo dieną iššokimų ar paspaudimų skaičius gali siekti šimtus ar net tūkstančius, o garsumo lygiai – 100-120 dB. Impulsinių siurblio lempų iškrovas, taip pat, galbūt, lazerio spindulio sąveikos su apdorojama medžiaga (plazminiu degikliu) procesą lydi ozono susidarymas, kurio kiekis gali labai skirtis.

Bendrojo lazerio spindulių poveikio klinikinės apraiškos. Saugių darbo sąlygų su lazeriais užtikrinimo problemoje ypatingą vietą užima regėjimo organas. Skaidrios akies terpės laisvai perduoda spinduliuotę iš optinio diapazono, įskaitant matomą spektro dalį ir artimųjų infraraudonųjų spindulių sritį (0,4-1,4 mikrono), ir sufokusuoja ją į akies dugną, dėl ko energijos tankis ant jo padidėja daug kartų. Tinklainės ir gyslainės pažeidimo sunkumas priklauso nuo radiacijos parametrų. Patomorfolio išraiškingumas. pakitimų ir pleišto, regos funkcijų sutrikimų vaizdas gali būti įvairus – nuo ​​nedidelių funkcinių pakitimų, pakitimų, nustatytų instrumentiniu būdu, iki visiško regėjimo praradimo. Dažniausias pažeidimas yra chorioretinalinis nudegimas. Patol, pakitimai priekinėse akies dalyse gali atsirasti esant didesniam lazerio spinduliuotės energijos lygiui. Tokios patologijos atsiradimas naudojant L. technologijoje ir medicinoje praktiškai atmestas. Tačiau dėl didėjančios lazerio galios ir naujų spinduliuotės diapazonų (ultravioletinių, infraraudonųjų) kūrimo padidėja priekinių akies dalių pažeidimo tikimybė.

Oda gali nudegti, kai veikiama didelės lazerio spinduliuotės energijos, kuri siekia kelis J/cm2. Turimi duomenys rodo, kad odą veikiant mažo intensyvumo lazerio spinduliuotei, organizme vyksta bendri funkciniai ir biocheminiai pokyčiai.

Jei akis ir odą netyčia paveikė didelio tankio lazerio energija, nukentėjusysis turi nedelsdamas kreiptis į gydytoją, kad jis nustatytų sužalojimą ir suteiktų medicininę pagalbą. Pirmosios pagalbos principai šiais atvejais yra tokie patys, kaip ir kitų etiologijų akių ir odos nudegimams (žr. Akis, nudegimai; Nudegimai).

Prevencinės priemonės nuo lazerio spindulių padarytos žalos

Apsauginis ir koncertas. priemonės, skirtos užkirsti kelią neigiamam radiacijos ir kitų susijusių veiksnių poveikiui, turėtų apimti kolektyvinio pobūdžio priemones: organizacines, inžinerines ir technines. planavimo, sanitarijos ir higienos, taip pat aprūpinti asmeninėmis apsaugos priemonėmis.

Prieš pradedant eksploatuoti lazerio instaliaciją, būtina įvertinti pagrindinius nepalankius lazerio spinduliuotės (tiek tiesioginės, tiek atspindėtos) sklidimo veiksnius ir ypatybes. Instrumentiniais matavimais (kraštutiniais atvejais – skaičiuojant) nustatomos tikėtinos kryptys ir sritys, kuriose galimos pavojingos organizmui (viršijančios didžiausią leistiną ribą) radiacijos lygis.

Siekiant užtikrinti saugias darbo sąlygas, be griežto kolektyvinių priemonių laikymasis, rekomenduojama naudoti asmenines apsaugos priemones – akinius, skydus, kaukes su spektriniu selektyviniu skaidrumu, specialius apsauginius drabužius. Buitinių apsauginių akinių nuo lazerio spinduliuotės spektrinėje srityje pavyzdys, kurio bangos ilgis yra 0,63-1,5 mikrono, yra mėlynai žalio stiklo SZS-22 stiklai, kurie apsaugo akis nuo rubino ir neodimio spinduliuotės. Dirbant su galingais lazeriais Veiksmingesni yra apsauginiai skydai ir kaukės, ant rankų užsimaunamos pirštinės iš zomšos ar odos. Rekomenduojama dėvėti įvairių spalvų prijuostes ir chalatus. Apsaugos priemones kiekvienu konkrečiu atveju turi pasirinkti individualiai kvalifikuoti specialistai.

Dirbančių su lazeriais medicininė priežiūra. Darbai, susiję su lazerinių sistemų priežiūra, yra įtraukti į darbų su pavojingomis darbo sąlygomis sąrašą, o darbuotojams atliekama išankstinė ir periodinė (kartą per metus) medicininė apžiūra. Atliekant tyrimą turi dalyvauti oftalmologas, terapeutas ir neurologas. Tiriant regėjimo organą, naudojama plyšinė lempa.

Be medicininės apžiūros, atliekamas pleištas ir kraujo tyrimas hemoglobino, raudonųjų kraujo kūnelių, retikulocitų, trombocitų, leukocitų ir ROE nustatymui.

Bibliografija: Aleksandrovas M. T. Lazerių taikymas eksperimentinėje ir klinikinėje odontologijoje, Med. abstrakčiai. žurnalas, sek. 12 - Odontologija, Nr. 1, p. 7, 1978, bibliogr.; Gamaleya N. F. Lazeriai eksperimente ir klinikoje, M., 1972, bibliogr.; Kavetskis R. E. ir kt., Lazeriai biologijoje ir medicinoje, Kijevas, 1969 m. K o r y t n y D. L. Lazerinė terapija ir jos taikymas odontologijoje, Alma-Ata, 1979; Krasnovas M. M. Lazerinė akies mikrochirurgija, Vestn, oftalm., Nr. 1, p. 3, 1973, bibliogr.; Lazarevas I. R. Lazeriai onkologijoje, Kijevas, 1977, bibliogr.; Osipov G. I. ir Pyatin M. M. Akies pažeidimas lazerio spinduliu, Vestn, oftalm., Nr. 1, p. 50, 1978; P l e t n e S. D. ir kt., Dujiniai lazeriai eksperimentinėje ir klinikinėje onkologijoje, M., 1978; P r o-khonchukov A. A. Kvantinės elektronikos pasiekimai eksperimentinėje ir klinikinėje odontologijoje, Stomatologija, t. 56, Nr. 5, p. 21, 1977, bibliogr.; Semenovas A.I. Lazerio spinduliuotės įtaka organizmui ir prevencinės priemonės, Gig. darbo ir prof. zabolev., Nr. 8, p. 1, 1976; Kvantinės elektronikos priemonės ir metodai medicinoje, red. R.I. Utyamy-sheva, p. 254, Saratovas, 1976 m.; Khromovas B. M. Lazeriai eksperimentinėje chirurgijoje, L., 1973, bibliogr.; Khromovas B.M. ir kt.. Chirurginių ligų terapija lazeriu, Vestn, hir., Nr.2, p. 31, 1979; L'Esperance F. A. Akių fotokoaguliacija, stereoskopinis atlasas, St Louis, 1975; Lazerio taikymas medicinoje ir biologijoje, red. pateikė M. L. Wolbarsht, v

V. A. Polyakovas; V. I. Belkevičius (tech.), N. F. Gamaleja (onc.), M. M. Krasnovas (f.), Yu. P. Paltsevas (gig.), A. A. Prokhon-chukovas (ostomija), V. I. Stručkovas (chirurgas).

Žodis LAZERIS (Šviesos stiprinimas skatinant spinduliuotę) iš anglų kalbos išverstas kaip Šviesos stiprinimas stimuliuojant spinduliuotę. Patį lazerio veikimą Einšteinas aprašė dar 1917 m., tačiau pirmąjį veikiantį lazerį pastatė tik po 43 metų Theodoras Maimanas, dirbęs Hugres Aircraft. Kad gautų milisekundžių lazerio spinduliuotės impulsus, jis kaip aktyvią terpę panaudojo dirbtinį rubino kristalą. To lazerio bangos ilgis buvo 694 nm. Po kurio laiko buvo išbandytas 1060 nm bangos ilgio lazeris, kuris yra artima IR spektro sritis. Šio lazerio aktyvioji terpė buvo stiklo strypai, legiruoti neodimiu.

Tačiau tuo metu lazeris praktiškai neturėjo jokios naudos. Žymiausi fizikai jos paskirties ieškojo įvairiose žmogaus veiklos srityse. Pirmieji eksperimentiniai eksperimentai su lazeriais medicinoje nebuvo visiškai sėkmingi. Lazerio spinduliuotė tose bangose ​​buvo gana prastai sugerta, dar nebuvo įmanoma tiksliai valdyti galios. Tačiau septintajame dešimtmetyje raudonojo rubino lazeris parodė gerus rezultatus oftalmologijoje.

Lazerių naudojimo medicinoje istorija

1964 metais buvo sukurtas ir išbandytas argono jonų lazeris. Tai buvo nuolatinės bangos lazeris su mėlynai žaliu spektru ir 488 nm bangos ilgiu. Tai dujinis lazeris, kurio galią valdyti buvo lengviau. Hemoglobinas gerai sugeria savo spinduliuotę. Po trumpo laiko pradėjo atsirasti argono lazerio pagrindu veikiančios lazerinės sistemos, kurios padėjo gydyti tinklainės ligas.

Tais pačiais 64 metais Bell Laboratory sukūrė lazerį, kurio pagrindą sudaro itrio aliuminio granatas, legiruotas neodimiu () ir. CO2 yra dujinis lazeris, kurio spinduliuotė yra nuolatinė, bangos ilgis 1060 nm. Vanduo labai gerai sugeria savo spinduliuotę. Ir nuo tada minkšti audiniaiŽmonėms jie daugiausia susideda iš vandens, tada CO2 lazeris tapo gera alternatyva įprastiniam skalpeliui. Naudojant šį lazerį audiniams pjauti, sumažėja kraujo netekimas. Aštuntajame dešimtmetyje anglies dioksido lazeriai buvo plačiai naudojami JAV institucinėse ligoninėse. Tuo metu lazerinių skalpelių taikymo sritis: ginekologija ir otolaringologija.

1969 m. buvo sukurtas pirmasis impulsinis dažų lazeris, o jau 1975 m. pasirodė pirmasis eksimerinis lazeris. Nuo to laiko lazeris buvo aktyviai naudojamas ir diegiamas įvairiose veiklos srityse.

Lazeriai medicinoje pradėjo plisti devintajame dešimtmetyje JAV ligoninėse ir klinikose. Tuo metu daugiausia buvo naudojami anglies dioksido ir argono lazeriai, jie buvo naudojami chirurgijoje ir oftalmologijoje. Vienas iš to meto lazerių minusų yra tas, kad jie turėjo nuolatinį nenutrūkstamą spinduliavimą, dėl kurio nebuvo galima atlikti tikslesnio darbo, dėl ko buvo termiškai pažeisti audiniai aplink gydomą vietą. Sėkmingas lazerinių technologijų naudojimas tuo metu pareikalavo didžiulės darbo patirties.

Kitas žingsnis kuriant lazerines technologijas medicinai buvo impulsinio lazerio išradimas. Šis lazeris leido veikti tik probleminėje srityje, nepažeidžiant aplinkinių audinių. O 80-aisiais pasirodė pirmieji. Tai žymėjo lazerių naudojimo kosmetologijoje pradžią. Tokios lazerinės sistemos galėtų pašalinti kapiliarines hemangiomas ir apgamus. Kiek vėliau pasirodė galintys lazeriai. Tai buvo Q perjungiami lazeriai (Q-switched lser).

Dešimtojo dešimtmečio pradžioje buvo sukurtos ir įdiegtos nuskaitymo technologijos. Apdorojimo lazeriu tikslumas dabar buvo valdomas kompiuteriu ir atsirado galimybė atlikti lazerinį odos atnaujinimą (), kuris žymiai padidino ir populiarumą.

Šiandien lazerių taikymo sritis medicinoje yra labai plati. Tai chirurgija, oftalmologija, odontologija, neurochirurgija, kosmetologija, urologija, ginekologija, kardiologija ir kt. Galite įsivaizduoti, kad kažkada lazeris buvo tik gera alternatyva skalpeliui, tačiau šiandien juo galima pašalinti vėžines ląsteles, atlikti labai tikslias įvairių organų operacijas, diagnozuoti rimtas ligas pačioje ankstyviausioje stadijoje, pavyzdžiui, vėžį. Dabar lazerinės technologijos medicinoje juda link kombinuoto gydymo metodų kūrimo, kai kartu su lazerio terapija taikoma fizioterapija, medikamentai, ultragarsas. Pavyzdžiui, gydant pūlingas ligas, sukurtas priemonių kompleksas, apimantis gydymą lazeriu, antioksidantų ir įvairių biologiškai aktyvių medžiagų naudojimą.

Lazerinės technologijos ir medicina ateityje turi eiti koja kojon. Net ir šiandien naujausi lazerinės medicinos pasiekimai padeda pašalinti vėžinius navikus ir yra naudojami kūno korekcijai kosmetologijoje bei regėjimo korekcijai oftalmologijoje. Minimaliai invazinė chirurgija, kai lazeriu atliekamos labai sudėtingos operacijos.

Panašios medžiagos!

Šiuolaikinė medicina naudoja daugybę mokslo ir technologijų pažangos. Jie padeda laiku diagnozuoti ligas ir prisideda prie sėkmingo jų gydymo. Gydytojai savo darbe aktyviai naudoja lazerio spinduliuotės galimybes. Priklausomai nuo bangos ilgio, jis gali turėti skirtingą poveikį kūno audiniams. Todėl mokslininkai išrado daugybę medicininių daugiafunkcinių prietaisų, kurie plačiai naudojami klinikinėje praktikoje. Pakalbėkime apie lazerių ir spinduliuotės panaudojimą medicinoje kiek plačiau.

Lazerinis vaistas vystosi trijose pagrindinėse srityse: chirurgijos, terapijos ir diagnostikos. Lazerio spinduliuotės poveikį audiniams lemia spinduliuotės diapazonas, bangos ilgis ir emiterio fotono energija. Apskritai visų rūšių lazerio poveikį medicinoje organizmui galima suskirstyti į dvi grupes

Mažo intensyvumo lazerio spinduliuotė;
- didelio intensyvumo lazerio spinduliuotė.

Kaip žemo intensyvumo lazerio spinduliuotė veikia organizmą?

Tokio lazerio poveikis gali sukelti biofizinių ir cheminių procesų pokyčius organizmo audiniuose. Taip pat tokia terapija lemia medžiagų apykaitos pokyčius (medžiagų apykaitos procesus) ir jo bioaktyvaciją. Mažo intensyvumo lazerio poveikis sukelia morfologinius ir funkcinius nervinio audinio pokyčius.

Šis poveikis taip pat stimuliuoja širdies ir kraujagyslių sistemą bei mikrocirkuliaciją.
Kitas mažo intensyvumo lazeris padidina odos ląstelių ir audinių elementų biologinį aktyvumą, todėl raumenyse suaktyvėja intraląsteliniai procesai. Jo naudojimas leidžia pradėti redokso procesus.
Be kita ko, šis poveikio būdas teigiamai veikia bendrą organizmo stabilumą.

Koks gydomasis poveikis pasiekiamas naudojant mažo intensyvumo lazerio spinduliuotę?

Šis gydymo metodas padeda pašalinti uždegimą, mažina patinimą, pašalina skausmą ir suaktyvina regeneracijos procesus. Be to, jis stimuliuoja fiziologines funkcijas ir imuninį atsaką.

Kokiais atvejais gydytojai gali naudoti mažo intensyvumo lazerio spinduliuotę?

Šis poveikio būdas skirtas pacientams, sergantiems ūminiais ir lėtiniais įvairios lokalizacijos uždegiminiais procesais, minkštųjų audinių pažeidimais, nudegimais, nušalimais ir odos negalavimais. Tikslinga jį naudoti esant periferinės nervų sistemos ligoms, raumenų ir kaulų sistemos ligoms bei daugeliui širdies ir kraujagyslių ligų.

Mažo intensyvumo lazerio spinduliuotė taip pat naudojama gydant kvėpavimo sistemos, virškinamojo trakto, Urogenitalinės sistemos, ENT ligas ir imuninės būklės sutrikimus.

Šis gydymo metodas plačiai taikomas odontologijoje: burnos ertmės gleivinės negalavimams, periodonto ligoms ir TMJ (smilkininio apatinio žandikaulio sąnario) korekcijai.

Be to, šiuo lazeriu gydomi nekarioziniai pažeidimai, atsiradę kietuosiuose dantų audiniuose, ėduonis, pulpitas ir periodontitas, veido skausmai, uždegiminiai pažeidimai ir žandikaulių srities pažeidimai.

Didelio intensyvumo lazerio spinduliuotės taikymas medicinoje

Didelio intensyvumo lazerio spinduliuotė dažniausiai naudojama chirurgijoje ir įvairiose srityse. Juk didelio intensyvumo lazerio spinduliuotės įtaka padeda pjauti audinius (veikia kaip lazerinis skalpelis). Kartais jis naudojamas antiseptiniam poveikiui pasiekti, krešėjimo plėvelei suformuoti ir apsauginei užtvarai nuo agresyvaus poveikio. Be to, tokiu lazeriu galima suvirinti metalinius protezus ir įvairius ortodontinius prietaisus.

Kaip didelio intensyvumo lazerio spinduliuotė veikia organizmą?

Šis poveikio būdas sukelia terminius audinių nudegimus arba sukelia jų krešėjimą. Tai sukelia pažeistų vietų išgaravimą, degimą arba suanglėjimą.

Kai naudojama didelio intensyvumo lazerio šviesa

Šis organizmo poveikio būdas plačiai taikomas atliekant įvairias chirurgines intervencijas urologijos, ginekologijos, oftalmologijos, otolaringologijos, ortopedijos, neurochirurgijos ir kt.

Tuo pačiu metu lazerinė chirurgija turi daug privalumų:

Praktiškai be kraujo operacijos;
- maksimalus aseptiškumas (sterilumas);
- minimalios pooperacinės komplikacijos;
- minimalus poveikis kaimyniniams audiniams;
- trumpas pooperacinis laikotarpis;
- didelis tikslumas;
- sumažinti randų susidarymo tikimybę.

Lazerinė diagnostika

Šis diagnostikos metodas yra progresuojantis ir besivystantis. Tai leidžia nustatyti daugelį rimtų ligų ankstyvoje vystymosi stadijoje. Yra duomenų, kad lazerinė diagnostika padeda nustatyti odos, kaulinio audinio ir vidaus organų vėžį. Jis naudojamas oftalmologijoje kataraktai aptikti ir jos stadijai nustatyti. Be to, šį tyrimo metodą praktikuoja hematologai, siekdami ištirti kokybinius ir kiekybinius kraujo ląstelių pokyčius.

Lazeris efektyviai nustato sveikų ir patologinių audinių ribas, gali būti naudojamas kartu su endoskopine įranga.

Radiacijos naudojimas kituose medicinoje

Gydytojai plačiai naudoja įvairių tipų spinduliuotę įvairių ligų gydymui, diagnostikai ir profilaktikai. Norėdami sužinoti apie radiacijos naudojimą, tiesiog sekite dominančias nuorodas:

Rentgeno spinduliai medicinoje
- Radio bangos
- terminiai ir jonizuojantys spinduliai
- ultravioletinė spinduliuotė medicinoje
- infraraudonoji spinduliuotė medicinoje

akių medicinos regėjimas lazeriu

Medicinoje naudojami lazeriai

Praktiniu požiūriu, ypač skirti naudoti medicinoje, lazeriai klasifikuojami pagal aktyviosios medžiagos tipą, maitinimo būdą, generuojamos spinduliuotės bangos ilgį ir galią.

Aktyvioji terpė gali būti dujos, skysta arba kieta. Aktyviosios terpės formos taip pat gali būti įvairios. Dažniausiai dujų lazeriuose naudojami stikliniai arba metaliniai balionai, užpildyti viena ar keliomis dujomis. Maždaug ta pati situacija yra su skystomis aktyviosiomis terpėmis, nors dažnai randamos stačiakampės kiuvetės iš stiklo ar kvarco. Skystieji lazeriai – tai lazeriai, kurių aktyvioji terpė yra tam tikrų organinių dažiklių junginių tirpalai skystame tirpiklyje (vandenyje, etilo ar. metilo alkoholiai ir taip toliau.).

Dujiniuose lazeriuose aktyvioji terpė yra įvairios dujos, jų mišiniai arba metalų poros. Šie lazeriai skirstomi į dujinio išlydžio, dujų dinaminius ir cheminius. Dujų išlydžio lazeriuose sužadinimas atliekamas elektros išlydžiu dujose, dujiniuose dinaminiuose lazeriuose naudojamas greitas aušinimas plečiant įkaitintą dujų mišinį, o cheminiuose lazeriuose aktyvioji terpė sužadinama dėl terpės komponentų cheminių reakcijų metu išsiskirianti energija. Dujinių lazerių spektrinis diapazonas yra daug platesnis nei visų kitų lazerių tipų. Jis apima sritį nuo 150 nm iki 600 µm.

Šie lazeriai pasižymi dideliu spinduliuotės parametrų stabilumu, palyginti su kitų tipų lazeriais.

Kietojo kūno lazeriai turi aktyvią terpę cilindrinio arba stačiakampio strypo pavidalu. Toks strypas dažniausiai yra specialus sintetinis kristalas, pavyzdžiui, rubinas, aleksandritas, granatas arba stiklas su atitinkamo elemento priemaišomis, pavyzdžiui, erbiu, holmiu, neodimiu. Pirmasis veikiantis lazeris dirbo ant rubino kristalo.

Puslaidininkiai taip pat yra kietojo kūno aktyviosios medžiagos rūšis. IN Pastaruoju metu Dėl mažo dydžio ir ekonomiškumo puslaidininkių pramonė vystosi labai sparčiai. Todėl puslaidininkiniai lazeriai priskiriami atskirai grupei.

Taigi, pagal aktyviosios medžiagos tipą, išskiriami šie lazerių tipai:

Dujos;

Skystis;

Ant kieto kūno (kietojo kūno);

Puslaidininkis.

Aktyviosios medžiagos tipas lemia generuojamos spinduliuotės bangos ilgį. Skirtingi cheminiai elementai skirtingose ​​matricose šiandien leidžia identifikuoti daugiau nei 6000 lazerių tipų. Jie generuoja spinduliuotę iš vadinamojo vakuuminio ultravioletinio (157 nm), įskaitant matomą sritį (385–760 nm), iki tolimojo infraraudonųjų spindulių (> 300 µm) diapazono. Vis dažniau „lazerio“ sąvoka, iš pradžių suteikta matomai spektro sričiai, taip pat perkeliama į kitas spektro sritis.

1 lentelė – medicinoje naudojami lazeriai.

Pavyzdžiui, trumpesnio nei infraraudonųjų spindulių bangos ilgio spinduliuotei naudojama „rentgeno lazerių“ sąvoka, o ilgesnių nei ultravioletinių bangų spinduliavimui – „milimetrines bangas generuojantys lazeriai“.

Dujiniai lazeriai naudoja dujas arba dujų mišinį vamzdyje. Daugumoje dujų lazerių naudojamas helio ir neono (HeNe) mišinys, kurio pirminis išėjimo signalas yra 632,8 nm (nm = 10–9 m), matomas raudonas. Šis lazeris pirmą kartą buvo sukurtas 1961 m. ir tapo visos dujinių lazerių šeimos pirmtaku. Visi dujiniai lazeriai yra gana panašūs savo dizainu ir savybėmis.

Pavyzdžiui, CO2 dujų lazeris skleidžia 10,6 mikrono bangos ilgį tolimojoje infraraudonųjų spindulių spektro srityje. Argono ir kriptono dujų lazeriai veikia keliais dažniais, daugiausia išspinduliuodami matomoje spektro dalyje. Pagrindiniai argono lazerio spinduliuotės bangos ilgiai yra 488 ir 514 nm.

Kietojo kūno lazeriuose naudojama lazerinė medžiaga, paskirstyta kietoje matricoje. Vienas iš pavyzdžių yra neodimio (Kyo) lazeris. Terminas YAG yra kristalo - itrio aliuminio granato, kuris yra neodimio jonų nešiklis, santrumpa. Šis lazeris skleidžia infraraudonųjų spindulių kurių bangos ilgis yra 1,064 µm. Pagalbiniai įtaisai, kurie gali būti rezonatoriaus viduje arba išorėje, gali būti naudojami išvesties pluoštui paversti matomu arba ultravioletiniu diapazonu. Kaip lazerinės terpės gali būti naudojami įvairūs kristalai su skirtingomis aktyvatorių jonų koncentracijomis: erbis (Er3+), holmis (Ho3+), tulis (Tm3+).

Iš šios klasifikacijos parinksime tinkamiausius ir saugiausius medicinos reikmėms lazerius. Labiau žinomi dujiniai lazeriai, naudojami odontologijoje, yra CO2 lazeriai ir He-Ne lazeriai (helio-neoniniai lazeriai). Taip pat domina dujų eksimeriniai ir argono lazeriai. Iš kietojo kūno lazerių populiariausias medicinoje yra YAG:Er lazeris, kurio kristale yra aktyvūs erbio centrai. Vis daugiau žmonių kreipiasi į YAG:Ho lazerius (su holmio centrais). Diagnostikai ir terapinis naudojimas naudotas didelė grupė tiek dujiniai, tiek puslaidininkiniai lazeriai. Šiuo metu lazerių gamyboje kaip aktyvioji terpė naudojama daugiau nei 200 rūšių puslaidininkinių medžiagų.

2 lentelė – įvairių lazerių charakteristikos.

Lazeriai gali būti klasifikuojami pagal maitinimo tipą ir veikimo būdą. Čia išskiriami nuolatinio arba impulsinio veikimo įtaisai. Nepertraukiamų bangų lazeris sukuria spinduliuotę, kurios išėjimo galia matuojama vatais arba milivatais.

Tuo pačiu laipsnis energetinis poveikis Biologiniam audiniui būdinga:

Galios tankis yra spinduliuotės galios ir lazerio spindulio skerspjūvio ploto santykis p = P/s].

Matavimo vienetai lazerinėje medicinoje - [W/cm 2 ], [mW/cm 2 ];

Spinduliuotės dozė P, lygi spinduliuotės galios sandaugai [P ir švitinimo laikas su lazerio spindulio skerspjūvio plotu. Išreikšta [W * s/cm2];

Energija [E= Рt] yra galios ir laiko sandauga. Matavimo vienetai yra [J], t.y. [W s].

Pagal spinduliuotės galią (nuolatinę arba vidutinę) medicininiai lazeriai skirstomi į:

Mažos galios lazeriai: nuo 1 iki 5 mW;

Vidutinės galios lazeriai: nuo 6 iki 500 mW;

Didelės galios lazeriai (didelio intensyvumo): daugiau nei 500 mW. Mažos ir vidutinės galios lazeriai priklauso vadinamųjų biostimuliuojamųjų (mažo intensyvumo) lazerių grupei. Biostimuliuojantys lazeriai vis dažniau naudojami terapijoje ir diagnostikoje eksperimentinėje ir klinikinėje medicinoje.

Darbo režimo požiūriu lazeriai skirstomi į:

Nepertraukiamo spinduliavimo režimas (banginiai dujų lazeriai);

Mišrios spinduliuotės režimas (kietojo kūno ir puslaidininkiniai lazeriai);

Q-switched režimas (galima visų tipų lazeriams).

Šiuolaikinė medicina naudoja daugybę mokslo ir technologijų pažangos. Jie padeda laiku diagnozuoti ligas ir prisideda prie sėkmingo jų gydymo. Gydytojai savo darbe aktyviai naudoja lazerio spinduliuotės galimybes. Priklausomai nuo bangos ilgio, jis gali turėti skirtingą poveikį kūno audiniams. Todėl mokslininkai išrado daugybę medicininių daugiafunkcinių prietaisų, kurie plačiai naudojami klinikinėje praktikoje. Pakalbėkime apie lazerių ir spinduliuotės panaudojimą medicinoje kiek plačiau.

Lazerinė medicina vystosi trijose pagrindinėse srityse: chirurgijos, terapijos ir diagnostikos. Lazerio spinduliuotės poveikį audiniams lemia spinduliuotės diapazonas, bangos ilgis ir emiterio fotono energija. Apskritai visų rūšių lazerio poveikį medicinoje organizmui galima suskirstyti į dvi grupes

Mažo intensyvumo lazerio spinduliuotė;
- didelio intensyvumo lazerio spinduliuotė.

Kaip žemo intensyvumo lazerio spinduliuotė veikia organizmą?

Tokio lazerio poveikis gali sukelti biofizinių ir cheminių procesų pokyčius organizmo audiniuose. Taip pat tokia terapija lemia medžiagų apykaitos pokyčius (medžiagų apykaitos procesus) ir jo bioaktyvaciją. Mažo intensyvumo lazerio poveikis sukelia morfologinius ir funkcinius nervinio audinio pokyčius.

Šis poveikis taip pat stimuliuoja širdies ir kraujagyslių sistemą bei mikrocirkuliaciją.
Kitas mažo intensyvumo lazeris padidina odos ląstelių ir audinių elementų biologinį aktyvumą, todėl raumenyse suaktyvėja intraląsteliniai procesai. Jo naudojimas leidžia pradėti redokso procesus.
Be kita ko, šis poveikio būdas teigiamai veikia bendrą organizmo stabilumą.

Koks gydomasis poveikis pasiekiamas naudojant mažo intensyvumo lazerio spinduliuotę?

Šis gydymo metodas padeda pašalinti uždegimą, mažina patinimą, pašalina skausmą ir suaktyvina regeneracijos procesus. Be to, jis stimuliuoja fiziologines funkcijas ir imuninį atsaką.

Kokiais atvejais gydytojai gali naudoti mažo intensyvumo lazerio spinduliuotę?

Šis poveikio būdas skirtas pacientams, sergantiems ūminiais ir lėtiniais įvairios lokalizacijos uždegiminiais procesais, minkštųjų audinių pažeidimais, nudegimais, nušalimais ir odos negalavimais. Tikslinga jį naudoti esant periferinės nervų sistemos ligoms, raumenų ir kaulų sistemos ligoms bei daugeliui širdies ir kraujagyslių ligų.

Mažo intensyvumo lazerio spinduliuotė taip pat naudojama gydant kvėpavimo sistemos, virškinamojo trakto, Urogenitalinės sistemos, ENT ligas ir imuninės būklės sutrikimus.

Šis gydymo metodas plačiai taikomas odontologijoje: burnos ertmės gleivinės negalavimams, periodonto ligoms ir TMJ (smilkininio apatinio žandikaulio sąnario) korekcijai.

Be to, šiuo lazeriu gydomi nekarioziniai pažeidimai, atsiradę kietuosiuose dantų audiniuose, ėduonis, pulpitas ir periodontitas, veido skausmai, uždegiminiai pažeidimai ir žandikaulių srities pažeidimai.

Didelio intensyvumo lazerio spinduliuotės taikymas medicinoje

Didelio intensyvumo lazerio spinduliuotė dažniausiai naudojama chirurgijoje ir įvairiose srityse. Juk didelio intensyvumo lazerio spinduliuotės įtaka padeda pjauti audinius (veikia kaip lazerinis skalpelis). Kartais jis naudojamas antiseptiniam poveikiui pasiekti, krešėjimo plėvelei suformuoti ir apsauginei užtvarai nuo agresyvaus poveikio. Be to, tokiu lazeriu galima suvirinti metalinius protezus ir įvairius ortodontinius prietaisus.

Kaip didelio intensyvumo lazerio spinduliuotė veikia organizmą?

Šis poveikio būdas sukelia terminius audinių nudegimus arba sukelia jų krešėjimą. Tai sukelia pažeistų vietų išgaravimą, degimą arba suanglėjimą.

Kai naudojama didelio intensyvumo lazerio šviesa

Šis organizmo poveikio būdas plačiai taikomas atliekant įvairias chirurgines intervencijas urologijos, ginekologijos, oftalmologijos, otolaringologijos, ortopedijos, neurochirurgijos ir kt.

Tuo pačiu metu lazerinė chirurgija turi daug privalumų:

Praktiškai be kraujo operacijos;
- maksimalus aseptiškumas (sterilumas);
- minimalios pooperacinės komplikacijos;
- minimalus poveikis kaimyniniams audiniams;
- trumpas pooperacinis laikotarpis;
- didelis tikslumas;
- sumažinti randų susidarymo tikimybę.

Lazerinė diagnostika

Šis diagnostikos metodas yra progresuojantis ir besivystantis. Tai leidžia nustatyti daugelį rimtų ligų ankstyvoje vystymosi stadijoje. Yra duomenų, kad lazerinė diagnostika padeda nustatyti odos, kaulinio audinio ir vidaus organų vėžį. Jis naudojamas oftalmologijoje kataraktai aptikti ir jos stadijai nustatyti. Be to, šį tyrimo metodą praktikuoja hematologai, siekdami ištirti kokybinius ir kiekybinius kraujo ląstelių pokyčius.

Lazeris efektyviai nustato sveikų ir patologinių audinių ribas, gali būti naudojamas kartu su endoskopine įranga.

Radiacijos naudojimas kituose medicinoje

Gydytojai plačiai naudoja įvairių tipų spinduliuotę įvairių ligų gydymui, diagnostikai ir profilaktikai. Norėdami sužinoti apie radiacijos naudojimą, tiesiog sekite dominančias nuorodas:

Rentgeno spinduliai medicinoje
- Radio bangos
- terminiai ir jonizuojantys spinduliai
- ultravioletinė spinduliuotė medicinoje
- infraraudonoji spinduliuotė medicinoje

Per pastarąjį pusę amžiaus lazeriai buvo pritaikyti oftalmologijoje, onkologijoje, plastinėje chirurgijoje ir daugelyje kitų medicinos bei biomedicinos tyrimų sričių.

Galimybė naudoti šviesą ligoms gydyti buvo žinoma prieš tūkstančius metų. Senovės graikai ir egiptiečiai terapijoje naudojo saulės spinduliuotę, o mitologijoje šios dvi idėjos netgi buvo susietos viena su kita. graikų dievas Apolonas buvo saulės ir gydymo dievas.

Tik prieš daugiau nei 50 metų išradus koherentinį spinduliuotės šaltinį, iš tikrųjų buvo atskleistos galimybės panaudoti šviesą medicinoje.

Dėl savo ypatingų savybių lazeriai yra daug efektyvesni už saulės ar kitų šaltinių spinduliuotę. Kiekvienas kvantinis generatorius veikia labai siaurame bangos ilgių diapazone ir skleidžia koherentinę šviesą. Lazeriai medicinoje taip pat leidžia sukurti dideles galias. Energijos spindulys gali būti sutelktas labai mažame taške ir taip pasiekti didelį tankį. Dėl šių savybių lazeriai šiandien naudojami daugelyje medicinos diagnostikos, terapijos ir chirurgijos sričių.

Odos ir akių gydymas

Lazerių naudojimas medicinoje prasidėjo nuo oftalmologijos ir dermatologijos. Kvantinis generatorius buvo atrastas 1960 m. Ir praėjus vos metams po to Leonas Goldmanas pademonstravo, kaip rubino raudonumo lazeris medicinoje gali būti naudojamas kapiliarų displazijai pašalinti. apgamų, ir melanoma.

Ši programa pagrįsta koherentinių spinduliuotės šaltinių gebėjimu veikti tam tikru bangos ilgiu. Koherentinės spinduliuotės šaltiniai dabar plačiai naudojami navikams, tatuiruotėms, plaukams ir apgamams šalinti.

Dermatologijoje naudojami įvairaus tipo ir bangos ilgio lazeriai dėl skirtingų gydomų pažeidimų tipų ir pagrindinės juose sugeriančios medžiagos. taip pat priklauso nuo paciento odos tipo.

Šiandien negalite užsiimti dermatologija ar oftalmologija be lazerių, nes jie tapo pagrindine pacientų gydymo priemone. Kvantinių generatorių naudojimas regėjimo korekcijai ir įvairioms oftalmologinėms reikmėms išaugo po to, kai Charlesas Campbellas 1961 m. tapo pirmuoju gydytoju, medicinoje panaudojusiu raudoną lazerį, kad išgydytų pacientą su atsiskyrusia tinklaine.

Vėliau oftalmologai šiam tikslui pradėjo naudoti koherentinės spinduliuotės argono šaltinius žaliojoje spektro dalyje. Pačios akies savybės, ypač jos lęšis, buvo panaudotos spinduliui sufokusuoti tinklainės atsiskyrimo srityje. Labai koncentruota prietaiso galia tiesiogine prasme jį suvirina.

Pacientams, sergantiems kai kuriomis geltonosios dėmės degeneracijos formomis, gali būti naudinga lazerinė chirurgija – lazerio koaguliacija ir fotodinaminė terapija. Pirmoje procedūroje nuoseklios spinduliuotės spindulys naudojamas kraujagyslėms užsandarinti ir sulėtinti jų nenormalų augimą po dėmėmis.

Panašūs tyrimai buvo atlikti 1940-aisiais su saulės šviesa, tačiau norint juos sėkmingai užbaigti gydytojams prireikė unikalių kvantinių generatorių savybių. Kitas argono lazerio panaudojimas buvo vidinio kraujavimo sustabdymas. Hemoglobino – raudonųjų kraujo kūnelių pigmento – selektyvus žaliosios šviesos sugėrimas buvo naudojamas kraujavimo kraujagyslėms blokuoti. Gydant vėžį, sunaikinamos kraujagyslės, patenkančios į naviką ir aprūpinančios jį maistinėmis medžiagomis.

To negalima pasiekti naudojant saulės šviesa. Medicina yra labai konservatyvi, kaip ir turi būti, tačiau koherentiniai spinduliuotės šaltiniai susilaukė pripažinimo įvairiose srityse. Lazeriai medicinoje pakeitė daugelį tradicinių instrumentų.

Oftalmologijai ir dermatologijai taip pat buvo naudingi koherentinės ultravioletinės spinduliuotės eksimeriniai šaltiniai. Jie plačiai naudojami ragenos formavimui (LASIK) regėjimo korekcijai. Estetinės medicinos lazeriai naudojami dėmėms ir raukšlėms šalinti.

Pelninga kosmetinė chirurgija

Tokios technologijos yra neišvengiamai populiarios tarp komercinių investuotojų, nes turi milžinišką pelno potencialą. Analitinė bendrovė „Medtech Insight“ 2011 m. apskaičiavo, kad lazerinės kosmetikos įrangos rinkos dydis yra daugiau nei 1 mlrd. Iš tiesų, nepaisant bendros medicinos sistemų paklausos mažėjimo per pasaulinę recesiją, kosmetinės operacijos, pagrįstos kvantinių generatorių naudojimu, ir toliau yra nuolat paklausios Jungtinėse Valstijose, dominuojančioje lazerinių sistemų rinkoje.

Vaizdavimas ir diagnostika

Lazeriai medicinoje atlieka svarbų vaidmenį anksti diagnozuojant vėžį, taip pat daugelį kitų ligų. Pavyzdžiui, Tel Avive grupė mokslininkų susidomėjo IR spektroskopija, naudojant infraraudonųjų koherentinės spinduliuotės šaltinius. Taip yra dėl to, kad vėžys ir sveiki audiniai gali turėti skirtingą infraraudonųjų spindulių pralaidumą. Vienas iš perspektyvių šio metodo taikymo būdų yra melanomų nustatymas. Sergant odos vėžiu, ankstyva diagnostika yra labai svarbi paciento išgyvenimui. Šiuo metu melanoma aptinkama akimis, todėl galite pasikliauti tik gydytojo įgūdžiais.

Izraelyje kartą per metus visi gali vykti į nemokamą melanomos patikrą. Prieš kelerius metus viename iš didžiųjų medicinos centrų buvo atlikti tyrimai, dėl kurių atsirado galimybė vizualiai stebėti infraraudonųjų spindulių diapazono skirtumą tarp potencialių, bet nekenksmingų požymių ir tikrosios melanomos.

Katziras, pirmosios SPIE konferencijos apie biomedicininę optiką organizatorius 1984 m., ir jo grupė Tel Avive taip pat sukūrė optines skaidulas, skaidrias infraraudonųjų spindulių bangų ilgiams, todėl šią techniką galima išplėsti ir vidinėje diagnostikoje. Be to, tai gali būti greita ir neskausminga alternatyva gimdos kaklelio tepinėliui ginekologijoje.

Mėlyna medicinoje buvo pritaikyta fluorescencinėje diagnostikoje.

Kvantiniais generatoriais pagrįstos sistemos taip pat pradeda keisti rentgeno spindulius, kurie tradiciškai buvo naudojami mamografijoje. Rentgeno spinduliai gydytojams kelia sunkią dilemą: norint patikimai nustatyti vėžį, jie turi būti Didelis intensyvumas, tačiau pati padidėjusi spinduliuotė didina vėžio riziką. Kaip alternatyva, tiriama galimybė labai greitais lazerio impulsais fotografuoti krūtį ir kitas kūno dalis, pavyzdžiui, smegenis.

OCT akims ir kt

Lazeriai biologijoje ir medicinoje buvo pritaikyti optinėje koherentinėje tomografijoje (OCT), kuri sukėlė entuziazmo bangą. Šis vaizdo gavimo metodas naudoja kvantinio generatoriaus savybes ir gali sukurti labai aiškius (mikronų eilės), skerspjūvio ir trimačius biologinio audinio vaizdus realiu laiku. UŠT jau naudojama oftalmologijoje ir gali, pavyzdžiui, leisti oftalmologui pamatyti skersinį ragenos pjūvį, kad būtų galima diagnozuoti tinklainės ligas ir glaukomą. Šiandien ši technika pradedama naudoti ir kitose medicinos srityse.

Viena didžiausių sričių, atsirandančių iš UŠT, yra optinio pluošto arterijų vaizdavimas. gali būti naudojamas nestabilios apnašos, linkusios plyšti, būklei įvertinti.

Gyvų organizmų mikroskopija

Lazeriai mokslo, technologijų ir medicinos srityse taip pat atlieka pagrindinį vaidmenį daugelyje mikroskopijos tipų. Šioje srityje buvo atlikta daug patobulinimų, kurių tikslas – vizualizuoti, kas vyksta paciento kūne, nenaudojant skalpelio.

Sunkiausia dalis pašalinant vėžį yra būtinybė nuolat naudoti mikroskopą, kad chirurgas galėtų įsitikinti, ar viskas padaryta teisingai. Galimybė atlikti mikroskopiją „gyvai“ ir realiu laiku yra didelis pažanga.

Naujas lazerių taikymas inžinerijoje ir medicinoje yra artimojo lauko skenavimo optinė mikroskopija, kuri gali sukurti vaizdus, ​​kurių skiriamoji geba yra daug didesnė nei standartinių mikroskopų. Šis metodas pagrįstas optinėmis skaidulomis su įpjovomis galuose, kurių matmenys yra mažesni už šviesos bangos ilgį. Tai įgalino subbangos ilgio vaizdavimą ir padėjo pagrindą biologinių ląstelių vaizdavimui. Šios technologijos panaudojimas IR lazeriuose leis geriau suprasti Alzheimerio ligą, vėžį ir kitus pokyčius ląstelėse.

PDT ir kiti gydymo metodai

Optinių skaidulų plėtra padeda plėsti lazerių naudojimą kitose srityse. Be to, kad jie leidžia atlikti diagnostiką kūno viduje, koherentinės spinduliuotės energiją galima perkelti ten, kur jos reikia. Tai gali būti naudojama gydymui. Skaiduliniai lazeriai tampa daug tobulesni. Jie kardinaliai pakeis ateities mediciną.

Fotomedicinos sritis, kurioje naudojamos šviesai jautrios cheminės medžiagos, kurios specifiniais būdais sąveikauja su kūnu, galėtų naudoti kvantinius generatorius pacientams diagnozuoti ir gydyti. Pavyzdžiui, fotodinaminėje terapijoje (PDT) lazeris ir šviesai jautrus vaistas gali atkurti regėjimą pacientams, sergantiems „šlapia“ su amžiumi susijusios geltonosios dėmės degeneracijos forma, kuri yra pagrindinė vyresnių nei 50 metų žmonių aklumo priežastis.

Onkologijoje kai kurie porfirinai kaupiasi vėžinėse ląstelėse ir šviečiant tam tikru bangos ilgiu fluorescuoja, nurodant naviko vietą. Jei tie patys junginiai vėliau apšviečiami skirtingu bangos ilgiu, jie tampa toksiški ir sunaikina pažeistas ląsteles.

Raudonųjų dujų helio-neono lazeris medicinoje naudojamas gydant osteoporozę, psoriazę, trofines opas ir kt., nes šį dažnį gerai sugeria hemoglobinas ir fermentai. Spinduliuotė lėtina uždegiminius procesus, apsaugo nuo hiperemijos ir patinimų, gerina kraujotaką.

Individualizuotas gydymas

Kitos dvi sritys, kuriose gali būti naudojami lazeriai, yra genetika ir epigenetika.

Ateityje viskas vyks nanoskalėje, todėl medicina gali būti praktikuojama ląstelių mastu. Lazeriai, galintys generuoti femtosekundinius impulsus ir prisitaikyti prie tam tikro bangos ilgio, yra idealūs medicinos specialistų partneriai.

Tai atvers duris individualiems gydymo būdams, pagrįstiems individualiu paciento genomu.

Leonas Goldmanas – lazerinės medicinos įkūrėjas

Kalbant apie kvantinių generatorių panaudojimą gydant žmones, negalima nepaminėti Leono Goldmano. Jis žinomas kaip lazerinės medicinos „tėvas“.

Per metus nuo koherentinio spinduliuotės šaltinio išradimo Goldmanas tapo pirmuoju mokslininku, kuris jį panaudojo odos ligai gydyti. Technika, kurią naudojo mokslininkas, atvėrė kelią tolesniam lazerinės dermatologijos vystymuisi.

Jo tyrimai septintojo dešimtmečio viduryje paskatino rubino kvantinį generatorių naudoti tinklainės chirurgijoje ir atradimų, tokių kaip koherentinės spinduliuotės gebėjimas tuo pačiu metu perpjauti odą ir užsandarinti kraujagysles, ribojant kraujavimą.

Goldmanas, Sinsinačio universiteto dermatologas didžiąją savo karjeros dalį, įkūrė Amerikos medicinos ir chirurgijos lazerių draugiją ir padėjo pagrindus lazerių saugai. Mirė 1997 m

Miniatiūrizavimas

Pirmieji 2 mikronų kvantiniai generatoriai buvo dvigulės lovos dydžio ir aušinami skystu azotu. Šiandien yra diodų, kurie telpa į delną, ir net mažesnių. Tokie pakeitimai atveria kelią naujoms taikymo ir plėtros sritims. Ateities medicina turės mažyčius lazerius smegenų operacijoms.

Dėl technologijų pažangos išlaidos nuolat mažinamos. Kaip lazeriai tapo įprasta buitiniuose prietaisuose, jie pradėjo vaidinti pagrindinį vaidmenį ligoninių įrangoje.

Jei anksčiau lazeriai medicinoje buvo labai dideli ir sudėtingi, tai šiandien jų gamyba iš šviesolaidžio gerokai sumažino savikainą, o perėjus prie nanoskalės kaštai dar labiau sumažės.

Kitos programos

Naudodami lazerius urologai gali gydyti šlaplės susiaurėjimą, gerybines karpas, šlapimo akmenis, šlapimo pūslės kontraktūrą ir prostatos padidėjimą.

Lazerių naudojimas medicinoje leido neurochirurgams atlikti tikslius pjūvius ir atlikti endoskopinį smegenų ir nugaros smegenų stebėjimą.

Veterinarai lazerius naudoja endoskopinėms procedūroms, navikų krešėjimui, pjūviams ir fotodinaminei terapijai.

Odontologai koherentinę spinduliuotę naudoja skylėms daryti, dantenų chirurgijai, antibakterinėms procedūroms, dantų desensibilizacijai ir burnos veido diagnostikai.

Lazeriniai pincetai

Biomedicinos mokslininkai visame pasaulyje naudoja optinius pincetus, ląstelių rūšiuotojus ir įvairius kitus įrankius. Lazeriniai pincetai žada geresnę ir greitesnę vėžio diagnozę ir buvo naudojami virusams, bakterijoms, mažoms metalo dalelėms ir DNR grandinėms užfiksuoti.

Optiniai pincetai naudoja koherentinės spinduliuotės spindulį, kad išlaikytų ir pasuktų mikroskopinius objektus, panašiai kaip metaliniai ar plastikiniai pincetai gali paimti mažus ir trapius objektus. Atskiros molekulės gali būti manipuliuojamos pritvirtinant jas prie mikrono dydžio stiklo arba polistireno karoliukų. Kai spindulys atsitrenkia į rutulį, jis pasilenkia ir daro nedidelį smūgį, stumdamas kamuolį tiesiai į sijos centrą.

Taip sukuriamas „optinis spąstas“, galintis sulaikyti nedidelę dalelę šviesos pluošte.

Lazeris medicinoje: privalumai ir trūkumai

Koherentinė spinduliuotės energija, kurios intensyvumą galima moduliuoti, naudojama biologinių audinių ląstelinei ar ekstraląstelinei struktūrai pjauti, sunaikinti ar pakeisti. Be to, lazerių naudojimas medicinoje, trumpai tariant, sumažina infekcijos riziką ir skatina gijimą. Kvantinių generatorių naudojimas chirurgijoje padidina skrodimo tikslumą, tačiau jie kelia pavojų nėščiosioms ir yra kontraindikacijų dėl fotosensibilizuojančių vaistų vartojimo.

Sudėtinga audinių struktūra neleidžia vienareikšmiškai interpretuoti klasikinių biologinių tyrimų rezultatų. Lazeriai medicinoje (nuotr.) – veiksminga priemonė vėžinėms ląstelėms naikinti. Tačiau galingi koherentinės spinduliuotės šaltiniai veikia be atrankos ir naikina ne tik paveiktą, bet ir aplinkinius audinius. Ši savybė yra svarbus mikrodissekcijos technikos įrankis, naudojamas molekulinei analizei atlikti dominančioje vietoje, turint galimybę selektyviai sunaikinti ląstelių perteklių. Šios technologijos tikslas yra įveikti heterogeniškumą, esantį visuose biologiniuose audiniuose, siekiant palengvinti jų tyrimą tiksliai apibrėžtoje populiacijoje. Šia prasme lazerinė mikrodisekcija labai prisidėjo prie mokslinių tyrimų plėtros, fiziologinių mechanizmų supratimo, kuriuos dabar galima aiškiai parodyti populiacijos ir net vienos ląstelės lygmeniu.

Audinių inžinerijos funkcionalumas šiandien tapo pagrindiniu biologijos vystymosi veiksniu. Kas atsitiks, jei dalijimosi metu supjaustysite aktino skaidulas? Ar Drosophila embrionas bus stabilus, jei ląstelė sunaikinama lankstymo metu? Kokie parametrai yra susiję su augalo meristemine zona? Visos šios problemos gali būti išspręstos lazerių pagalba.

Nanomedicina

Pastaruoju metu atsirado įvairių nanostruktūrų, kurių savybės tinka įvairioms biologinėms reikmėms. Svarbiausi iš jų yra:

• kvantiniai taškai – mažytės nanometro dydžio šviesą skleidžiančios dalelės, naudojamos itin jautriam ląstelių vaizdavimui;
• magnetinės nanodalelės, kurios buvo pritaikytos medicinos praktikoje;
• polimerų dalelės, skirtos kapsuliuotoms gydomosioms molekulėms;
• metalo nanodalelės.

Trumpai tariant, nanotechnologijų plėtra ir lazerių naudojimas medicinoje pakeitė vaistų vartojimo būdą. Nanodalelių suspensijos, kuriose yra vaistai, gali padidinti daugelio junginių terapinį indeksą (padidinti tirpumą ir efektyvumą, sumažinti toksiškumą), selektyviai nukreipiant paveiktus audinius ir ląsteles. Jie tiekia veikliąją medžiagą ir taip pat reguliuoja veikliosios medžiagos išsiskyrimą reaguojant į išorinę stimuliaciją. Nanoteranostika yra dar vienas eksperimentinis metodas, suteikiantis dvigubą nanodalelių, vaistų junginių, terapinių ir diagnostinių vaizdo gavimo priemonių naudojimą, atveriant kelią individualizuotam gydymui.

Lazerių panaudojimas medicinoje ir biologijoje mikrodisekcijai ir fotoabliacijai leido suprasti fiziologinius ligų vystymosi mechanizmus įvairiais lygmenimis. Rezultatai padės nustatyti geriausius kiekvieno paciento diagnozavimo ir gydymo metodus. Nanotechnologijų plėtra, glaudžiai susijusi su vaizdo gavimo pažanga, taip pat bus būtina. Nanomedicina yra perspektyvi nauja tam tikrų vėžio rūšių, infekcinių ligų gydymo ar diagnostikos forma.

ĮVADAS

1 LAZERIAI IR JŲ TAIKYMAS medicinoje

2 PAGRINDINĖS LAZERIŲ NAUDOJIMO MEDICININIU IR BIOLOGINIU KRYPTYS IR TIKSLAI

3 FIZINIAI LAZERIŲ TAIKYMO MEDICINOS PRAKTIKOS PAGRINDAI

4 APSAUGOS PRIEMONĖS NUO LAZERIO SPINDULIAVIMO

5 LAZERIO SPINDULIAVIMO PASVEIKIMAS Į BIOLOGINIUS AUDINIUS

6 PATOGENETINIAI LAZERIO SPINDULIAVIMO SĄVEIKOS SU BIOLOGINIU AUDINIU MECHANIZMAI

7 LAZERINĖS BIOSTIMULIAVIMO MECHANIZMAI

NUORODOS

ĮVADAS

Pagrindiniai instrumentai, kuriuos chirurgas naudoja audinių išpjaustymui, yra skalpelis ir žirklės, t. y. pjovimo instrumentai. Tačiau žaizdas ir įpjovimus, padarytus skalpeliu ir žirklėmis, lydi kraujavimas, todėl reikia naudoti specialias hemostazės priemones. Be to, kai liečiasi su audiniais, pjovimo instrumentai gali išplisti mikroflorą ir piktybines naviko ląsteles išilgai pjovimo linijos. Šiuo atžvilgiu chirurgai ilgą laiką svajojo turėti instrumentą, kuris padarytų be kraujo pjūvį ir kartu sunaikintų patogeninę mikroflorą ir naviko ląsteles chirurginėje žaizdoje. Intervencijos „sausame chirurginiame lauke“ idealiai tinka bet kokio profilio chirurgams.

Bandymai sukurti „idealų“ skalpelį siekia praėjusio amžiaus pabaigą, kai buvo sukurtas vadinamasis elektrinis peilis, veikiantis naudojant aukšto dažnio sroves. Šį įrenginį, pažangesnes versijas, šiuo metu gana plačiai naudoja įvairių specialybių chirurgai. Tačiau kaupiant patirtį buvo nustatyti neigiami „elektrochirurgijos“ aspektai, iš kurių pagrindinis yra per didelė terminio audinio nudegimo zona pjūvio srityje. Yra žinoma, kad kuo platesnė nudegimo sritis, tuo blogiau gyja chirurginė žaizda. Be to, naudojant elektrinį peilį, paciento kūną reikia įtraukti į elektros grandinę. Elektrochirurginiai prietaisai neigiamai veikia elektroninių prietaisų ir prietaisų, skirtų stebėti gyvybines organizmo funkcijas operacijos metu, veikimą. Kriochirurginiai aparatai taip pat daro didelį audinių pažeidimą, pablogina gijimo procesą. Audinių išpjaustymo krioskalpeliu greitis yra labai mažas. Tiesą sakant, tai apima ne skrodimą, o audinių sunaikinimą. Didelis nudegimo plotas pastebimas ir naudojant plazminį skalpelį. Jei atsižvelgsime į tai, kad lazerio spindulys pasižymi ryškiomis hemostazinėmis savybėmis, taip pat gali užsandarinti bronchus, tulžies latakus ir kasos latakus, tai lazerio technologijos panaudojimas chirurgijoje tampa itin perspektyvus. Trumpai išvardinti kai kurie lazerių naudojimo chirurgijoje privalumai pirmiausia susiję su anglies dioksido lazeriais (CO 2 lazeriais). Be jų, medicinoje naudojami lazeriai, veikiantys kitais principais ir kitomis darbinėmis medžiagomis. Šie lazeriai turi iš esmės skirtingas savybes, kai veikia biologinius audinius ir yra naudojami palyginti siauroms indikacijoms, ypač širdies ir kraujagyslių chirurgijoje, onkologijoje, chirurginėms odos ir matomų gleivinių ligoms gydyti ir kt.

1 LAZERIAI IR JŲ TAIKYMAS medicinoje

Nepaisant bendros šviesos ir radijo bangų prigimties, optika ir radijo elektronika daugelį metų vystėsi nepriklausomai, nepriklausomai viena nuo kitos. Atrodė, kad šviesos šaltiniai – sužadintos dalelės ir radijo bangų generatoriai – turi mažai ką bendro. Tik XX amžiaus viduryje atsirado darbas kuriant molekulinius stiprintuvus ir radijo bangų generatorius, o tai pažymėjo naujos nepriklausomos fizikos srities – kvantinės elektronikos – pradžią.

Kvantinė elektronika tiria elektromagnetinių virpesių stiprinimo ir generavimo metodus, naudojant stimuliuojamą kvantinių sistemų emisiją. Pažanga šioje žinių srityje vis dažniau naudojama mokslo ir technologijų srityse. Susipažinkime su kai kuriais reiškiniais, kuriais grindžiama kvantinė elektronika ir optinių kvantinių generatorių – lazerių – veikimas.

Lazeriai yra šviesos šaltiniai, veikiantys priverstinės (stimuliuojamos, sukeltos) fotonų emisijos procesu, kurį sukelia sužadinti atomai ar molekulės, veikiant tokio paties dažnio fotonų spinduliuotei. Išskirtinis šio proceso bruožas yra tas, kad stimuliuojamos emisijos metu susidarantis fotonas dažniu, faze, kryptimi ir poliarizacija yra identiškas jį sukėlusiam išoriniam fotonui. Tai lemia unikalias kvantinių generatorių savybes: didelė spinduliuotės koherentiškumas erdvėje ir laike, didelis monochromatiškumas, siauras spinduliuotės pluošto kryptingumas, didžiulė galios srauto koncentracija ir galimybė fokusuoti į labai mažus tūrius. Lazeriai kuriami įvairių aktyvių terpių pagrindu: dujinės, skystos ar kietos. Jie gali skleisti labai plataus bangos ilgio diapazoną – nuo ​​100 nm (ultravioletinė šviesa) iki 1,2 mikrono (infraraudonoji spinduliuotė) – ir gali veikti tiek nuolatiniu, tiek impulsiniu režimu.

Lazeris susideda iš trijų iš esmės svarbių komponentų: emiterio, siurblinės sistemos ir maitinimo šaltinio, kurio veikimas užtikrinamas specialių pagalbinių prietaisų pagalba.

Emiteris skirtas siurblio energijai paversti (helio-neono mišinio 3 perkėlimas į aktyvią būseną) lazerio spinduliuote ir turi optinį rezonatorių, kuris paprastai yra kruopščiai pagamintų atspindinčių, laužiančių ir fokusuojančių elementų sistema. vidinė erdvė kuris sužadina ir palaiko tam tikro tipo elektromagnetinius virpesius optiniame diapazone. Optinis rezonatorius turi turėti minimalius nuostolius darbinėje spektro dalyje, didelį tikslumą gaminant komponentus ir jų tarpusavio montavimą.

Lazerių sukūrimas pasirodė įmanomas įgyvendinus tris pagrindines fizines idėjas: stimuliuotą emisiją, termodinamiškai nepusiausvyros atvirkštinės atominės energijos lygių populiacijos sukūrimą ir teigiamų atsiliepimų panaudojimą.

Sužadintos molekulės (atomai) gali skleisti liuminescencinius fotonus. Toks spinduliavimas yra spontaniškas procesas. Jis atsitiktinis ir chaotiškas pagal laiką, dažnį (gali būti perėjimų tarp skirtingų lygių), sklidimo krypties ir poliarizacijos. Kita spinduliuotė – priverstinė arba indukuota – atsiranda, kai fotonas sąveikauja su sužadinta molekule, jei fotono energija yra lygi atitinkamų energijos lygių skirtumui. Esant priverstinei (sukeltai) emisijai, per sekundę atliekamų perėjimų skaičius priklauso nuo fotonų, patenkančių į medžiagą per tą patį laiką, skaičiaus, t.y. nuo šviesos intensyvumo, taip pat nuo sužadintų molekulių skaičiaus. Kitaip tariant, kuo didesnė atitinkamų sužadintų energijos būsenų populiacija, tuo didesnis priverstinių perėjimų skaičius.

Indukuota spinduliuotė visais atžvilgiais, taip pat ir faze, yra identiška krintančiajai spinduliuotei, todėl galima kalbėti apie koherentinį elektromagnetinės bangos stiprinimą, kuris naudojamas kaip pirmoji pamatinė lazerio generavimo principų idėja.

Antroji idėja, įgyvendinta kuriant lazerius, – sukurti termodinamiškai nepusiausvyras sistemas, kuriose, priešingai Boltzmanno dėsniui, aukštesniame lygyje yra daugiau dalelių nei žemesniame. Terpės būsena, kurioje bent dviem energijos lygiams paaiškėja, kad didesnės energijos dalelių skaičius viršija mažesnės energijos dalelių skaičių, vadinama būsena su apverstų lygių populiacija, o terpė vadinama aktyvia. Lazerio darbinė medžiaga yra aktyvi terpė, kurioje fotonai sąveikauja su sužadintais atomais, sukeldami priverstinius jų perėjimus į žemesnį lygį, išskirdami indukuotos (stimuliuojamos) spinduliuotės kvantus. Būsena su atvirkštine lygių populiacija formaliai gaunama iš Boltzmann skirstinio 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.

Populiacijos inversijos būsena gali būti sukurta parenkant mažesnės energijos daleles arba specialiai jas sužadinant, pavyzdžiui, šviesa ar elektros išlydžiu. Pati sąlyga neigiama temperatūra ilgai neegzistuoja.

Trečioji lazerio generavimo principuose naudojama idėja kilo iš radiofizikos ir yra teigiamo grįžtamojo ryšio panaudojimas. Jį įgyvendinant dalis generuojamos stimuliuotos emisijos lieka darbinės medžiagos viduje ir sukelia vis daugiau sužadintų atomų skatinamą emisiją. Tokiam procesui įgyvendinti aktyvioji terpė dedama į optinį rezonatorių, dažniausiai susidedantį iš dviejų veidrodžių, parinktų taip, kad joje kylanti spinduliuotė pakartotinai pereitų per aktyviąją terpę, paversdama ją koherentinės stimuliuojamos spinduliuotės generatoriumi.

Pirmąjį tokį mikrobangų diapazono generatorių (maser) 1955 metais savarankiškai suprojektavo sovietų mokslininkai N. G. Basoi ir A. M. Prokhorovas bei amerikiečių mokslininkai – C. Townesas ir kiti. Kadangi šio prietaiso veikimas buvo pagrįstas skatinama amoniako molekulių emisija, generatorius buvo vadinamas molekuliniu.

1960 m. buvo sukurtas pirmasis kvantinis generatorius matomame spinduliuotės diapazone - lazeris, kurio darbo medžiaga (aktyvioji terpė) yra rubino kristalas. Tais pačiais metais buvo sukurtas helio-neono dujų lazeris. Didžiulę šiuo metu kuriamų lazerių įvairovę galima suskirstyti pagal darbinės medžiagos tipą: išskiriami dujiniai, skystieji, puslaidininkiniai ir kietojo kūno lazeriai. Priklausomai nuo lazerio tipo, energija populiacijos inversijai sukurti tiekiama įvairiais būdais: sužadinimas labai intensyvia šviesa – „optinis siurbimas“, elektros dujų išlydis, o puslaidininkiniuose lazeriuose – elektros srovė. Pagal švytėjimo pobūdį lazeriai skirstomi į impulsinius ir nuolatinius.

Panagrinėkime kietojo kūno rubino lazerio veikimo principą. Rubinas yra aliuminio oksido Al 2 0 3 kristalas, kuriame kaip priemaiša yra apie 0,05 % chromo jonų Cr 3+. Chromo jonų sužadinimas atliekamas optiniu siurbimu naudojant didelės galios impulsinius šviesos šaltinius. Viename iš konstrukcijų naudojamas elipsinio skerspjūvio vamzdinis atšvaitas. Atšvaito viduje yra tiesioginė ksenoninė blykstės lempa ir rubino strypas, esantis išilgai linijų, einančių per elipsės židinius (1 pav.). Vidinis aliuminio reflektoriaus paviršius yra labai poliruotas arba padengtas sidabru. Pagrindinė elipsinio reflektoriaus savybė yra ta, kad šviesa, išeinanti iš vieno jo židinio (ksenoninės lempos) ir atsispindinti nuo sienų, patenka į kitą reflektoriaus židinį (rubino strypą).

Rubino lazeris veikia pagal trijų lygių schemą (2 pav. a). Dėl optinio siurbimo chromo jonai iš žemės lygio 1 pereina į trumpalaikę sužadinimo būseną 3. Tada įvyksta neradiacinis perėjimas į ilgalaikę (metastabilią) būseną 2, iš kurios atsiranda savaiminio spinduliavimo tikimybė. perėjimas yra palyginti mažas. Todėl 2 būsenoje susikaupia sužadinti jonai ir susidaro atvirkštinė populiacija tarp 1 ir 2 lygių. Normaliomis sąlygomis perėjimas iš 2 į 1 lygį vyksta savaime ir jį lydi 694,3 nm bangos ilgio liuminescencija. Lazerio ertmė turi du veidrodžius (žr. 1 pav.), kurių vienas turi atspindžios ir į veidrodį krintančios šviesos intensyvumo atspindžio koeficientą R, kitas veidrodis yra permatomas ir praleidžia dalį ant jo patenkančios spinduliuotės ( R< 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.

Kartu su rubino lazeriu, veikiančiu pagal trijų lygių schemą, plačiai paplito keturių lygių lazerinės schemos, paremtos retųjų žemių elementų (neodimio, samariumo ir kt.) jonais, įterptais į kristalinę ar stiklo matricą (24 pav. , b). Tokiais atvejais sukuriama populiacijos inversija tarp dviejų sužadintų lygių: ilgalaikio 2 lygio ir trumpalaikio 2 lygio.

Labai paplitęs dujinis lazeris yra helio-neoninis lazeris, sužadinamas elektros iškrova. Joje esanti aktyvioji terpė – helio ir neono mišinys santykiu 10:1, o slėgis apie 150 Pa. Neoniniai atomai spinduliuoja, helio atomai atlieka pagalbinį vaidmenį. Fig. 24, c rodo helio ir neono atomų energijos lygius. Generacija vyksta pereinant tarp 3 ir 2 neono lygių. Norint sukurti atvirkštinę populiaciją tarp jų, reikia užpildyti 3 lygį ir tuščią 2 lygį. 3 lygio populiacija atsiranda helio atomų pagalba. Elektros iškrovos metu elektronų smūgis sužadina helio atomus į ilgaamžę būseną (kurios gyvavimo trukmė apie 10 3 s). Šios būsenos energija labai artima neono 3 lygio energijai, todėl sužadintam helio atomui susidūrus su nesužadintu neono atomu, perduodama energija, ko pasekoje apgyvendinamas 3 neono lygis. Gryno neono gyvavimo laikas šiame lygyje yra trumpas, o atomai pereina į 1 arba 2 lygius, o Boltzmann skirstinys yra realizuotas. 2 neono lygio išeikvojimas dažniausiai atsiranda dėl spontaniško jo atomų perėjimo į pagrindinę būseną susidūrus su išleidimo vamzdžio sienelėmis. Tai užtikrina stacionarią atvirkštinę neono 2 ir 3 lygių populiaciją.

Pagrindinis helio-neoninio lazerio konstrukcinis elementas (3 pav.) yra apie 7 mm skersmens dujų išlydžio vamzdis. Elektrodai yra įmontuoti į vamzdį, kad būtų sukurtas dujų išlydis ir sužadinamas helis. Vamzdžio galuose Brewsterio kampu yra langai, dėl kurių spinduliuotė yra plokštuminė poliarizacija. Vamzdžio išorėje montuojami plokštuminiai lygiagrečiai rezonatoriniai veidrodžiai, vienas jų yra permatomas (atspindžio koeficientas R< 100%). Таким образом, пучок вынужденного излучения выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Это лазер непрерывного действия.

Rezonatorių veidrodžiai gaminami su daugiasluoksnėmis dangomis, o dėl trukdžių sukuriamas reikiamas atspindžio koeficientas tam tikram bangos ilgiui. Dažniausiai naudojami helio-neoniniai lazeriai, skleidžiantys raudoną šviesą, kurios bangos ilgis yra 632,8 nm. Tokių lazerių galia nedidelė, neviršija 100 mW.

Lazerių naudojimas grindžiamas jų spinduliavimo savybėmis: dideliu monochromatiškumu (~ 0,01 nm), pakankamai didele galia, pluošto siaurumu ir koherentiškumu.

Šviesos pluošto siaurumas ir maža divergencija leido lazeriais išmatuoti atstumą tarp Žemės ir Mėnulio (gaunamas tikslumas apie keliasdešimt centimetrų), Veneros ir Merkurijaus sukimosi greitį ir kt.

Jų naudojimas holografijoje pagrįstas lazerio spinduliuotės koherentiškumu. Gastroskopai buvo sukurti remiantis helio-neoniniu lazeriu, naudojant šviesolaidinius pluoštus, kurie leidžia holografiškai suformuoti trimatį skrandžio vidinės ertmės vaizdą.

Vienspalvis lazerio spinduliuotės pobūdis yra labai patogus įdomiems atomų ir molekulių Ramano spektrams.

Lazeriai plačiai naudojami chirurgijoje, odontologijoje, oftalmologijoje, dermatologijoje ir onkologijoje. Biologinis lazerio spinduliuotės poveikis priklauso ir nuo biologinės medžiagos savybių, ir nuo lazerio spinduliuotės savybių.

Visi medicinoje naudojami lazeriai sutartinai skirstomi į 2 tipus: žemo intensyvumo (intensyvumas neviršija 10 W/cm2, dažniausiai apie 0,1 W/cm2) – gydomuosius ir didelio intensyvumo – chirurginius. Galingiausių lazerių intensyvumas gali siekti 10 14 W/cm 2, medicinoje dažniausiai naudojami 10 2 - 10 6 W/cm 2 intensyvumo lazeriai.

Mažo intensyvumo lazeriai yra tie, kurie tiesiogiai švitinimo metu nesukelia pastebimo destruktyvaus poveikio audiniams. Matomojoje ir ultravioletinėje spektro srityse jų poveikį sukelia fotocheminės reakcijos ir jie nesiskiria nuo monochromatinės šviesos, gaunamos iš įprastų, nenuoseklių šaltinių, poveikio. Tokiais atvejais lazeriai yra tiesiog patogūs vienspalviai šviesos šaltiniai, užtikrinantys tikslią ekspozicijos lokalizaciją ir dozavimą. Pavyzdžiui, helio-neoninio lazerio šviesos naudojimas trofinėms opoms, koronarinėms širdies ligoms ir kt. gydyti, taip pat kriptono ir kitų lazerių naudojimas fotocheminiam navikų pažeidimui fotodinaminėje terapijoje.

Kokybiškai nauji reiškiniai pastebimi naudojant matomą arba ultravioletinę didelio intensyvumo lazerių spinduliuotę. Laboratoriniuose fotocheminiuose eksperimentuose su įprastais šviesos šaltiniais, taip pat gamtoje, veikiant saulės šviesai, dažniausiai atsiranda vieno fotono sugertis. Tai teigiama antrajame fotochemijos dėsnyje, suformuluotame Starko ir Einšteino: kiekviena molekulė, dalyvaujanti cheminėje reakcijoje, veikiama šviesos, sugeria vieną spinduliuotės kvantą, kuris ir sukelia reakciją. Antrojo dėsnio aprašytas vieno fotono sugerties pobūdis yra įvykdytas, nes esant įprastam šviesos intensyvumui, dviem fotonams vienu metu patekti į pagrindinės būsenos molekulę praktiškai neįmanoma. Jei toks įvykis įvyktų, išraiška būtų tokia:

2hv = E t - E k ,

o tai reikštų dviejų fotonų energijos sumavimą molekulei pereinant iš energetinės būsenos E k į būseną su energija E g. Taip pat elektroniniu būdu sužadintos molekulės neabsorbuoja fotonų, nes jų gyvavimo laikas trumpas, paprastai naudojamas švitinimo intensyvumas yra mažas. Todėl elektroniniu būdu sužadintų molekulių koncentracija yra maža, o kito fotono sugertis yra labai mažai tikėtina.

Tačiau padidinus šviesos intensyvumą, tampa įmanoma dviejų fotonų sugertis. Pavyzdžiui, apšvitinus DNR tirpalus didelio intensyvumo impulsine lazerio spinduliuote, kurios bangos ilgis yra apie 266 nm, DNR molekulės jonizuojasi, panašiai kaip y spinduliuotės sukeliama. Mažo intensyvumo ultravioletinės spinduliuotės poveikis jonizacija nesukėlė. Nustatyta, kad nukleorūgščių ar jų bazių vandeninių tirpalų švitinimas pikosekundiniais (impulso trukmė 30 ps) arba nanosekundžių (10 ns) impulsais, kurių intensyvumas didesnis nei 10 6 W/cm 2, lėmė elektroninius perėjimus, dėl kurių molekulės jonizuojasi. Su pikosekundiniais impulsais (4 pav., a) aukštų elektroninių lygių populiacija įvyko pagal schemą (S 0 -> S1 -> S n), o su hv hv nanosekundiniais impulsais (4 pav., b) - pagal schemą (S 0 -> S1 -> S n), schemą (S 0 -> S1 - T g -> T p). Abiem atvejais molekulės gavo energijos, viršijančios jonizacijos energiją.

DNR sugerties juosta yra ultravioletinėje spektro srityje< 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).

Sugeriant bet kokią spinduliuotę, išsiskiria tam tikras energijos kiekis šilumos pavidalu, kuris iš sužadintų molekulių išsisklaido į aplinkinę erdvę. Infraraudonąją spinduliuotę daugiausia sugeria vanduo ir daugiausia sukelia šiluminį poveikį. Todėl didelio intensyvumo infraraudonųjų spindulių lazerių spinduliuotė sukelia pastebimą tiesioginį šiluminį poveikį audiniams. Lazerio spinduliuotės terminis poveikis medicinoje daugiausia suprantamas kaip biologinių audinių išgarinimas (pjaustymas) ir koaguliacija. Tai taikoma įvairiems lazeriams, kurių intensyvumas yra nuo 1 iki 10 7 W/cm 2 ir kurių švitinimo trukmė nuo milisekundžių iki kelių sekundžių. Tai, pavyzdžiui, CO 2 dujų lazeris (kurio bangos ilgis 10,6 μm), Nd:YAG lazeris (1,064 μm) ir kt. Nd:YAG lazeris yra plačiausiai naudojamas kietojo kūno keturių lygių lazeris. Generuojama neodimio jonų (Nd 3+) perėjimų metu, įvedant į Y 3 Al 5 0 12 itrio aliuminio granato (YAG) kristalus.

Šildant audinį, dalis šilumos pašalinama dėl šilumos laidumo ir kraujotakos. Esant žemesnei nei 40 °C temperatūrai, nepastebima negrįžtama žala. 60 °C temperatūroje prasideda baltymų denatūracija, audinių krešėjimas ir nekrozė. Esant 100-150 °C temperatūrai, dehidratacija ir suanglėjimas, o aukštesnėje nei 300 °C temperatūroje audinys išgaruoja.

Kai spinduliuotė gaunama iš didelio intensyvumo fokusuoto lazerio, susidaro didelis šilumos kiekis, todėl audinyje susidaro temperatūros gradientas. Spindulio smūgio taške audinys išgaruoja, o gretimose vietose susidaro anglis ir koaguliacija (6 pav.). Fotogarinimas yra sluoksnio pašalinimo arba audinio pjaustymo metodas. Dėl krešėjimo kraujagyslės uždaromos ir kraujavimas sustoja. Taigi fokusuotas ištisinio CO 2 lazerio (), kurio galia apie 2 10 3 W/cm 2, spindulys naudojamas kaip chirurginis skalpelis biologiniams audiniams pjauti.

Jei sumažinsite ekspozicijos trukmę (10–10 s) ir padidinsite intensyvumą (virš 10 6 W/cm 2), anglėjimo ir krešėjimo zonų dydžiai taps nereikšmingi. Šis procesas vadinamas fotoabliacija (fotopašalinimu) ir naudojamas audinių sluoksniui pašalinti. Fotoabliacija vyksta esant 0,01-100 J/cm 2 energijos tankiui.

Toliau didėjant intensyvumui (10 W/cm ir daugiau), galimas kitas procesas – „optinis gedimas“. Šis reiškinys yra tai, kad dėl labai didelio lazerio spinduliuotės elektrinio lauko stiprio (palyginti su atominių elektrinių laukų stiprumu) medžiaga jonizuojasi, susidaro plazma ir susidaro mechaninės smūginės bangos. Dėl optinio skilimo cheminė medžiaga nereikalauja sugerti šviesos kvantų įprasta prasme; tai stebima skaidrioje terpėje, pavyzdžiui, ore.

2 PAGRINDINĖS LAZERIŲ NAUDOJIMO MEDICININIU IR BIOLOGINIU KRYPTYS IR TIKSLAI

Šiuolaikinės medicinos ir biologijos lazerių taikymo sritys gali būti suskirstytos į dvi pagrindines grupes.Pirmoji – lazerio spinduliuotės panaudojimas kaip tyrimo priemonė. Šiuo atveju lazeris atlieka unikalaus šviesos šaltinio vaidmenį spektriniams tyrimams, lazerinei mikroskopijai, holografijai ir kt. Antroji grupė – pagrindiniai lazerių, kaip biologinių objektų įtakos įrankio, panaudojimo būdai. Galima išskirti tris tokio poveikio tipus.

Pirmasis tipas yra poveikis patologinio židinio audiniui impulsine arba nuolatine lazerio spinduliuote, kurios galios tankis yra 10 5 W/m 2 ir kurios nepakanka giliai dehidratacijai, audinių išgaravimui ir defekto atsiradimui. juose. Šis poveikio tipas visų pirma atitinka lazerių naudojimą dermatologijoje ir onkologijoje, siekiant apšvitinti patologinius audinių darinius, o tai sukelia jų krešėjimą. Antrasis tipas – audinių disekacija, kai veikiant nuolatinio arba dažnio-periodinio (aukšto dažnio impulsų) lazerio spinduliuotei dalis audinio išgaruoja ir jame atsiranda defektas. Šiuo atveju spinduliuotės galios tankis gali viršyti naudojamą koaguliacijoje dviem eilėmis (10 7 W/m 2) ar daugiau. Šis smūgio tipas atitinka lazerių naudojimą chirurgijoje. Trečiasis tipas – mažos energijos (vienetų arba dešimčių vatų kvadratiniam metrui) spinduliuotės poveikis audiniams ir organams, kuris paprastai nesukelia akivaizdžių morfologinių pokyčių, tačiau sukelia tam tikrus biocheminius ir fiziologinius organizmo pokyčius, t.y. fizioterapinis tipas. Šis tipas turėtų apimti helio-neoninio lazerio naudojimą, siekiant biostimuliuoti vangius žaizdų procesus, trofines opas ir kt.

Lazerio spinduliuotės biologinio veikimo mechanizmo tyrimo uždavinys yra ištirti tuos procesus, kuriais grindžiamas vientisas švitinimo poveikis: audinių koaguliacija, skrodimas, biostimuliacijos pokyčiai organizme.

3 FIZINIAI LAZERIŲ TAIKYMO MEDICINOS PRAKTIKOS PAGRINDAI

Lazerių veikimo principas pagrįstas kvantiniais mechaniniais procesais, vykstančiais emiterio darbinės terpės tūryje, kurie paaiškinami kvantine elektronika – fizikos sritimi, tiriančia elektromagnetinės spinduliuotės sąveiką su elektronais, sudarančiomis atomus ir molekules. darbo terpės.

Pagal kvantinės elektronikos principus bet kuri atominė sistema savo vidinio judėjimo metu yra būsenose su tam tikromis energijos reikšmėmis, vadinamomis kvantinėmis, t.y. turi griežtai apibrėžtas (diskrečiąsias) energijos reikšmes. Šių energijos verčių rinkinys sudaro atominės sistemos energijos spektrą.

Nesant išorinio sužadinimo, atominė sistema linkusi į būseną, kurioje jos vidinė energija yra minimali. Esant išoriniam sužadinimui, atomo perėjimą į būsenas su didesne energija lydi energijos dalis, lygi skirtumui tarp galutinių Et ir pradinių E būsenų energijų. Šis procesas parašytas taip:

Em – E n =nV mn, (1)

čia V mn – perėjimo iš būsenos n į būseną m dažnis; h yra Planko konstanta.

Paprastai vidutinė atomo buvimo (gyvenimo) trukmė sužadintoje būsenoje yra maža ir sužadintas atomas spontaniškai (spontaniškai) pereina į mažesnės energijos būseną, išspinduliuodamas šviesos kvantą (fotoną), kurio energija nustatoma pagal formulę ( 1). Spontaniškų perėjimų metu atomai šviesos kvantus skleidžia chaotiškai, tarpusavyje nesusiję. Jie tolygiai išsisklaido į visas puses. Spontaniškų perėjimų procesas stebimas šviečiant įkaitusiems kūnams, pavyzdžiui, kaitrinėms lempoms ir pan. Tokia spinduliuotė yra nevienspalvė.

Kai sužadintas atomas sąveikauja su išorine spinduliuote, kurios dažnis atitinka atomo perėjimo iš didesnės energijos būsenos į mažesnės energijos būseną dažnį, yra tikimybė (kuo didesnis išorinės spinduliuotės intensyvumas), kad ši išorinė spinduliuotė perves atomą į mažesnės energijos būseną. Šiuo atveju atomas skleidžia šviesos kvantą, kurio dažnis v mn, fazė, sklidimo kryptis ir poliarizacija yra tokia pati kaip išorinės spinduliuotės, verčiančios šį perėjimą, šviesos kvantas.

Tokie perėjimai vadinami priverstiniais (indukuotais). Būtent stimuliuojamos emisijos buvimas leidžia generuoti koherentinę spinduliuotę optiniuose kvantiniuose lazeriniuose generatoriuose.

Dabar panagrinėkime, kas atsitinka, kai šviesa sklinda per sistemą, kurioje yra atomai, kurių energija E m ir E n (apibrėžtumui imkime E m > En). Atomų, kurių energija E ha, skaičius bus žymimas N m, o atomų, kurių energija E n -N„. Skaičiai N m ir N„ paprastai vadinami lygių, kurių energija atitinkamai E w ir E p, visuma.

Natūraliomis sąlygomis aukštesnio energijos lygio dalelių yra mažiau nei žemesnėje bet kokioje temperatūroje. Todėl bet kuriam šildomam kūnui a yra neigiamas dydis ir pagal (2) formulę šviesos sklidimas medžiagoje yra lydimas jos susilpnėjimo. Norint sustiprinti šviesą, reikia turėti N m >N n . Tokia materijos būsena vadinama būsena su populiacijos inversija. Šiuo atveju šviesos sklidimą per medžiagą lydi jos stiprėjimas dėl sužadintų atomų energijos.

Taigi, radiacijos stiprinimo procesui būtina užtikrinti, kad viršutinio pereinamojo lygio populiacija viršytų apatinį.

Norint sukurti populiacijos inversiją, naudojami įvairūs metodai, kurie apima išorinio sužadinimo šaltinio naudojimą.

Atominė sistema su populiacijos inversija paprastai vadinama aktyvia terpe. Norint gauti spinduliuotę, būtina išspręsti grįžtamojo ryšio problemą. Aktyvioji terpė dedama į optinį rezonatorių, kuris paprasčiausiu atveju susideda iš dviejų tarpusavyje lygiagrečių plokščių veidrodžių, ribojančių aktyviąją terpę dviejose priešingose ​​pusėse. Šiuo atveju vienas iš rezonatoriaus veidrodžių dalinai perduoda lazerinę spinduliuotę ir per jį spinduliuotė išeina iš rezonatoriaus, o kitas veidrodis visiškai atspindi ant jo patenkančią spinduliuotę.

Kartos raidos procesas rezonatoriuje pateikiamas tokia forma. Sukūrus populiacijos inversiją darbo aplinkoje išoriniu žadinimo šaltiniu, generavimo procese dalyvaus tik ta spinduliuotė, kuri sklinda išilgai rezonatoriaus ašies. Ši spinduliuotė, pasiekusi pilnai atspindinčio rezonatoriaus veidrodžio paviršių ir nuo jo atsispindėjusi, vėl patenka į aktyviąją terpę ir joje skliddama sustiprėja dėl priverstinių perėjimų. Atsispindėjusi nuo dalinai atspindinčio rezonatoriaus veidrodžio, dalis sustiprintos spinduliuotės grįžta į aktyviąją terpę ir vėl sustiprinama, o dalis spinduliuotės palieka rezonatorių. Be to, šie procesai kartojami daug kartų tol, kol yra išorinis atominės sistemos sužadinimo šaltinis.

Kad spinduliuotės generavimo procesas būtų stabilus, būtina, kad spinduliuotės stiprinimas aktyviojoje terpėje dvigubo praėjimo metu rezonatoriuje būtų lygus arba didesnis už bendruosius spinduliuotės nuostolius tame pačiame kelyje. Bendrieji nuostoliai apima nuostolius aktyvioje terpėje ir spinduliuotę, kuri pašalinama iš rezonatoriaus per iš dalies atspindintį veidrodį.

Šiuolaikiniuose lazeriuose lazerio spindulio divergencijos kampas (9) gali pasiekti difrakcijos ribą ir svyruoti nuo kelių lanko sekundžių iki dešimčių lanko minučių.

Lazerio spinduliuotės, pašalintos iš aktyviosios terpės tūrio vieneto, galią galiausiai lemia išorinio sužadinimo šaltinio galia, tiekiama į aktyviosios terpės tūrio vienetą. Didžiausia bendra lazerio spinduliuotės galia (energija) gana plačiame diapazone yra proporcinga aktyviosios terpės tūriui ir maksimaliai išorinio sužadinimo (siurbimo) šaltinio galiai (energijai).

Pagrindiniai lazerio spinduliuotės bruožai, dėl kurių jį galima naudoti įvairiose medicinos srityse, yra didelis kryptingumas, monochromatiškumas ir energijos intensyvumas.

Didelis lazerio spinduliuotės kryptingumas pasižymi tuo, kad jo spindulio kampinis nuokrypis laisvoje erdvėje pasiekia vertes, išmatuotas per dešimtis lanko sekundžių. Dėl šios priežasties lazerio spinduliuotę galima perduoti dideliais atstumais, žymiai nepadidinant jo skersmens. Didelis tiek impulsinės, tiek nuolatinės lazerio spinduliuotės monochromatiškumas ir kryptingumas leidžia sufokusuoti ją į dėmes, atitinkančias paties lazerio spinduliuotės bangos ilgį. Toks ryškus fokusavimas leidžia apšvitinti medicininius ir biologinius objektus ląstelių lygiu. Be to, toks fokusavimas leidžia gauti reikiamą terapinį efektą esant mažoms lazerio spinduliuotės energijoms. Pastarasis ypač svarbus, kai lazerio spinduliuote apdorojami šviesai jautrūs biologiniai objektai.

2. Lazerio spindulio divergencijos kampas (6).

1 - nepermatomas veidrodis, 2 - permatomas veidrodis, 3 - lazerio šviesos spindulys.

Naudojant aštrų fokusavimą esant didelei apšvitinimo galiai ir energijai, galima išgaruoti ir supjaustyti biologinius audinius, todėl chirurgijoje buvo naudojami lazeriai.

Šviesai nejautrius objektus (piktybinius navikus) galima apšvitinti galinga spinduliuote dideliuose plotuose.

Visais atvejais lazerio spinduliuotės poveikio biologiniam audiniui pobūdis priklauso nuo bangos ilgio, galios tankio ir spinduliavimo režimo – nuolatinio ar impulsinio.

Spinduliuotė raudonojoje ir infraraudonojoje spektro srityse, kai ją sugeria biologiniai audiniai, virsta šiluma, kurią galima panaudoti medžiagai išgarinti, generuoti akustines vibracijas ir sukelti biochemines reakcijas.

Spinduliuotė matomoje spektro srityje, be šiluminio poveikio, sudaro sąlygas stimuliuoti fotochemines reakcijas. Taigi, naudojant mažo intensyvumo spinduliuotę iš helio-neoninio lazerio (spinduliavimo bangos ilgis 0,63 mikrono) yra kliniškai patikimas poveikis, dėl kurio pagreitėja trofinių ir pūlingų žaizdų, opų ir tt gijimas. Tačiau tokio tipo veikimo mechanizmas radiacijos lygis nebuvo iki galo ištirtas. Neabejotina, kad šios krypties tyrimai prisidės prie efektyvesnio ir prasmingesnio šios rūšies spinduliuotės panaudojimo klinikinėje praktikoje.

Naudojant lazerius, veikiančius nepertraukiamo spinduliavimo režimu, vyrauja šiluminis efektas, kuris vidutinės galios lygiais pasireiškia koaguliacijos efektu, o esant didelėms galioms – biologinio audinio garinimo efektu.

Impulsiniu režimu spinduliuotės poveikis biologiniams objektams yra sudėtingesnis. Spinduliuotės sąveika su gyvu audiniu čia yra sprogstamojo pobūdžio ir yra lydima tiek terminio (krešėjimo, garavimo) poveikio, tiek suspaudimo ir retėjimo bangų susidarymo biologiniame audinyje, plintančių gilyn į biologinį audinį. Esant dideliam galios tankiui, galima biologinių audinių atomų jonizacija.

Taigi lazerio spinduliuotės parametrų skirtumas lemia sąveikos mechanizmo ir rezultatų skirtumą, suteikiant lazeriams platų veiklos lauką įvairioms medicininėms problemoms spręsti.

Šiuo metu lazeriai naudojami tokiose medicinos srityse kaip chirurgija, onkologija, oftalmologija, terapija, ginekologija, urologija, neurochirurgija, taip pat diagnostikos tikslais.

Chirurgijoje lazerio spindulys buvo plačiai pritaikytas kaip universalus skalpelis, savo pjovimo ir hemostazinėmis savybėmis pranašesnis už elektrinį peilį. Lazerinio skalpelio sąveikos su biologiniais audiniais mechanizmui būdingi šie bruožai.

1. Tiesioginio mechaninio instrumento kontakto su biologiniu audiniu nebuvimas, pašalina operuojamų organų infekcijos riziką ir užtikrina, kad operacija būtų atliekama laisvame chirurginiame lauke.

2. Hemostatinis spinduliuotės poveikis, leidžiantis gauti praktiškai be kraujo pjūvius ir sustabdyti kraujavimą iš kraujuojančių audinių.

3. Būdingas sterilizuojantis spinduliuotės poveikis, kuris yra aktyvi priemonė kovojant su žaizdų infekcija, užkertanti kelią komplikacijų atsiradimui pooperaciniu laikotarpiu.

4. Galimybė valdyti lazerio spinduliuotės parametrus, leidžiančius gauti įvairius efektus, kai spinduliuotė sąveikauja su biologiniais audiniais.

5. Minimalus poveikis šalia esantiems audiniams.

Chirurgijoje egzistuojančių problemų įvairovė privertė visapusiškai ištirti įvairių parametrų ir spinduliavimo režimų lazerių panaudojimo galimybes.

Chirurgijoje kaip šviesos skalpelis plačiausiai naudojami dujiniai anglies dioksido lazeriai (radiacijos bangos ilgis 10,6 μm), veikiantys impulsiniu ir nuolatiniu režimu, kurių spinduliuotės galia siekia iki 100 W.

CO 2 lazerio spinduliuotės veikimo mechanizmas yra biologinio audinio kaitinimas dėl stiprios lazerio spinduliuotės sugerties. Šios spinduliuotės prasiskverbimo gylis neviršija 50 mikronų. Priklausomai nuo spinduliuotės galios tankio, jo poveikis pasireiškia biologinio audinio pjovimo ar paviršiaus krešėjimo padariniais.

Audinys nupjaunamas sufokusuotu lazerio spinduliu dėl jo sluoksnio išgarinimo. Tūrinis galios tankis siekia kelis šimtus kilovatų 1 cm 3 . Paviršinis audinio koaguliavimas pasiekiamas veikiant jį nefokusuota lazerio spinduliuote, kurios tūrio tankis yra keli šimtai vatų 1 cm 3 .

Kai lazerio spinduliuotės galia yra 20 W, sufokusuoto lazerio spindulio skersmuo yra 1 mm ( paviršiaus tankis galia 2,5 kW/cm 2) ir spinduliuotės prasiskverbimo gylis 50 μm, biologiniams audiniams šildyti naudojamos lazerio spinduliuotės tūrinis galios tankis siekia 500 kW/cm 3. Toks itin didelis tūrinis lazerio spinduliuotės galios tankis užtikrina greitą biologinio audinio įkaitimą ir sunaikinimą lazerio spindulio poveikio srityje. Šiuo atveju bioaudinis pirmiausia suyra išgaruojant skysčiui ir karbonizuojant kietosioms fazėms. Visiška biologinio audinio karbonizacija stebima 200-220 °C temperatūros intervale. Karbonizuotas biologinio audinio karkasas egzistuoja iki 400–450 °C temperatūros ir išdega toliau didėjant temperatūrai. Degant karbonizuotam karkasui, dujinių degimo produktų temperatūra yra 800-1000 °C.

Pjūvio gylis nustatomas pagal greitį, kuriuo biologinio audinio naikinimo sluoksnio ribos juda gilyn į jį. Šiuo atveju nurodytos ribos judėjimo greitis priklauso nuo lazerio spindulio fokusavimo taško judėjimo greičio išilgai pjovimo linijos. Kuo mažesnis fokusavimo taško judėjimo greitis išilgai pjovimo linijos, tuo didesnis pjovimo gylis ir atvirkščiai.

Skirtingai nuo spinduliuotės, kurios = 10,6 μm, YAG-Nd lazerio spinduliuotė turi daug didesnį įsiskverbimo į biologinius audinius gylį, o tai neabejotinai yra palankus veiksnys stambių kraujagyslių krešėjimui masinio kraujavimo metu, taip pat sunaikinimui. giliai glūdinčių navikų.

Taigi YAG-Nd lazerio spinduliuotė turi ryškų koaguliacinį poveikį (šio lazerio spinduliuotės pjovimo efektas yra žymiai prastesnis nei CO 2 lazerio) efektas, kuris lemia jo praktinio taikymo sritį.

4 APSAUGOS PRIEMONĖS NUO LAZERIO SPINDULIAVIMO

Dirbant su lazerinėmis sistemomis, nekontroliuojama tiesioginė ir išsklaidyta lazerio spinduliuotė kelia potencialų pavojų žmogaus organizmui (pacientui, medicinos personalui). Tai kelia didžiausią pavojų operatoriaus, dirbančio su lazerine sistema, regėjimui. Tačiau nuolatinių anglies dioksido lazerių išsklaidyta infraraudonoji spinduliuotė iš Scalpel-1, Romashka-1 ir Romashka-2 įrenginių visiškai sulaikoma ašarų skysčio sluoksniuose ir akies ragenoje ir nepasiekia dugno. . Kadangi lazerio spinduliuotės prasiskverbimo gylis neviršija 50 mikronų, apie 70 % jo energijos sugeria ašarų skystis, o apie 30 % – ragena.

Didelio intensyvumo anglies dvideginio lazerio spinduliuotė, ypač jei ji yra fokusuota, gali sukelti vietinius atvirų kūno dalių – rankų, veido – odos nudegimus. Lazerio spinduliuotės poveikis žmogaus organizmui nepasireiškia tik tada, kai spinduliavimo intensyvumas yra mažesnis už saugų lygį, kuris nepertraukiamo anglies dvideginio lazerio atveju yra 0,1 W/cm 2 akims. Yra žinoma, kad klinikinėje aplinkoje, norint pasiekti reikiamą klinikinį efektą, naudojami tiesioginio švitinimo lygiai, šimtus ir tūkstančius kartų viršijantys saugų lygį, todėl dirbant su anglies dvideginio lazerinėmis sistemomis, būtina laikytis tam tikrų apsauginių reikalavimų. priemones.

Patalpoje, kurioje operacijos atliekamos naudojant anglies dvideginio lazerį, patartina sienas ir lubas padengti medžiaga, turinčia minimalų atspindį, o įrangą ir prietaisus lygiais blizgiais paviršiais išdėstyti taip, kad jokiu būdu nebūtų atsitrenkta. tiesioginiu spinduliu arba užblokuoti juos nuo ekranų matiniais tamsiais paviršiais. Prieš įeinant į patalpą, kurioje yra instaliacija, turi būti įrengtas šviesos ženklas („Neįeiti“__„Lazeris įjungtas“), kuris įjungiamas lazerio veikimo metu.

Pacientų ir personalo akių apsaugą nuo tiesioginės ar atspindėtos anglies dvideginio lazerio spinduliuotės patikimai garantuoja akiniai iš įprasto optinio stiklo. Pageidautina, kad akiniai būtų pagaminti taip, kad būtų pašalinta galimybė lazerio spinduliuotei patekti pro tarpus tarp rėmo ir veido ir būtų suteiktas platus matymo laukas. Akiniai dėvimi tik lazerinės operacijos fazėje, kad būtų išvengta tiesioginio akių poveikio lazeriu.

Dirbant su anglies dvideginio lazerinėmis sistemomis, lazerinių chirurginių instrumentų naudojimas padidina chirurgo rankų ir veido odos pažeidimo riziką dėl lazerio spindulio atspindžio nuo instrumentų. Šis pavojus smarkiai sumažėja naudojant įrankius, turinčius specialų „pajuodinimą“. „Pajuodę“ instrumentai sugeria apie 90% ant jų krentančios 10,6 mikronų bangos ilgio lazerio spinduliuotės. Kiti instrumentai – įtraukikliai, hemostatinės žnyplės, pincetai, segtukai – taip pat gali atspindėti lazerio spindulį. Tačiau patyrusio chirurgo rankose bet kokia chirurginė procedūra gali būti atlikta nenukreipiant lazerio spindulio į šiuos instrumentus. Taip pat kyla pavojus užsidegti chirurginėms medžiagoms, servetėlėms, paklodėms ir pan., kai į jas patenka tiesiogiai nukreipta lazerio spinduliuotė, todėl dirbant su ja būtina naudoti minkštą medžiagą, suvilgytą izotoniniame natrio chlorido tirpale. numatytą gydymą lazeriu._ Taip pat patartina atlikimo metu Operacijos lazeriu metu iš lauko pašalinkite lazerinės spinduliuotės prietaisus ir instrumentus, pagamintus iš plastiko, kuris gali užsidegti aukštoje temperatūroje.

Taip pat neturėtume pamiršti, kad lazerinė mašina taip pat yra įrenginys, kuris naudoja elektrą. Šiuo atžvilgiu dirbant su juo būtina laikytis elektros saugos taisyklių, kurių laikomasi eksploatuojant vartotojų elektros įrenginius.

Su lazerinėmis sistemomis dirbantis personalas turi būti specialiai apmokytas ir turėti atitinkamą kvalifikaciją. Visi asmenys, dirbantys su lazerio spinduliuote, turi reguliariai, bent kartą per metus, pasitikrinti sveikatą, įskaitant oftalmologo, terapeuto ir neurologo apžiūrą. Be to, norint patikrinti hemoglobino kiekį, leukocitų skaičių ir leukocitų formulę, būtinas klinikinis kraujo tyrimas. Taip pat atliekami pagrindiniai kepenų tyrimai.

Atidžiai laikantis aukščiau nurodytų taisyklių, pavojaus pakenkti žmogaus kūno organams, audiniams ir biologinei aplinkai praktiškai nėra. Taigi per 10 metų darbo su įvairiomis lazerinėmis instaliacijomis, kuriose iš viso buvo atlikta keli tūkstančiai skirtingų operacijų, nepastebėjome nei vieno atvejo, kai lazerio spinduliuote būtų pažeista akis ir oda, taip pat pakitusi sveikatos būklė. bet kurio įstaigos darbuotojo, susijusio su lazerinių įrenginių darbu.

5 LAZERIO SPINDULIAVIMO PASVEIKIMAS Į BIOLOGINIUS AUDINIUS

Įstatymai, reglamentuojantys spinduliuotės prasiskverbimą į audinius, yra tiesiogiai susiję su lazerio spinduliuotės biologinio veikimo mechanizmo problema. Viena iš priežasčių, kodėl spinduliuotė prasiskverbia į ribotą gylį, yra lazerio spinduliuotės sugertis biologiniuose audiniuose, ir tai, išskyrus retas išimtis, yra privaloma pradinė grandis, kuri yra prieš apšvitintame organizme besivystančių pokyčių grandinę. Lazerio spinduliuotės įsiskverbimo į audinius gylis yra labai svarbus praktiškai, nes tai yra vienas iš faktorių, nulemiančių galimo lazerių panaudojimo klinikoje ribas.

Absorbcija nėra vienintelis procesas, dėl kurio susilpnėja lazerio spinduliuotė, kai ji praeina per biologinį audinį. Sugeriant spinduliuotę, kartu vyksta ir daugybė kitų fizinių procesų, visų pirma, šviesos atspindys nuo paviršiaus tarp dviejų terpių, lūžimas peržengus dvi optiškai nepanašias terpes skiriančią ribą, šviesos sklaida audinių dalelėmis ir t.t. galime kalbėti apie bendrą spinduliuotės susilpnėjimą, įskaitant, be sugerties, nuostolius dėl kitų reiškinių, ir apie tikrąjį spinduliuotės sugertį. Nesant sklaidos, absorbcijai terpėje būdingi du parametrai: sugerties geba ir absorbcijos gylis. Sugerties geba apibrėžiama kaip terpėje sugertos energijos ir spinduliuotės energijos, patenkančios į terpės paviršių, santykis. Šis santykis visada yra mažesnis nei 1, nes spinduliuotė iš dalies praeina pro jį. Sugerties gylis apibūdina sugertos energijos erdvinį pasiskirstymą terpėje. Paprasčiausiu atveju (eksponentinis šviesos skilimas medžiagoje) yra lygus atstumui, kuriam esant spinduliuotės galia sumažėja 2,718 karto, palyginti su spinduliuotės galia terpės paviršiuje. Absorbcijos gylio grįžtamasis dydis vadinamas sugerties koeficientu. Jo matmenys yra cm -1. Jei kartu su absorbcija atsiranda šviesos sklaida, tada atstumas, kuriuo dėl šių procesų bendro veikimo spinduliuotė susilpnėja veiksniu, yra spinduliuotės slopinimo arba prasiskverbimo gylis, o jo atvirkštinė vertė yra slopinimo koeficientas, kurio matmuo taip pat yra cm -1.

Teoriškai įvertinus lazerio spinduliuotės absorbciją audiniuose, siekiant supaprastinti problemą, galima daryti prielaidą, kad spinduliuotė yra plokštuminė banga, krintanti ant plokščio objekto paviršiaus, o sugerties koeficientas visame apšvitintame plote yra vienodas ir ne. priklauso nuo šviesos intensyvumo. Šiuo atveju, didėjant gyliui, spinduliuotės energija (galia) sumažės eksponentiškai, o jos pasiskirstymas išreiškiamas lygtimi:

P = P 0 exp (1)

čia P yra spinduliuotės galia gylyje; Po – spinduliuotės, patenkančios į audinio paviršių, galia; - audinio sugerties koeficientas (neatsižvelgiame į nuostolius dėl šviesos atspindžio iš audinio).

Realiomis sąlygomis, kai apšvitinami biologiniai objektai, šis paprastas ryšys tarp audinio sluoksnio storio ir sugertos energijos kiekio pažeidžiamas, pavyzdžiui, dėl skirtingų apšvitinamo audinio sekcijų sugerties koeficientų skirtumų. Taigi melanino granulių absorbcijos koeficientas tinklainėje yra 1000 kartų didesnis nei aplinkinių audinių. Atsižvelgiant į tai, kad šviesos sugertis yra molekulinis procesas, kuris galiausiai priklauso nuo spinduliuotę sugeriančių molekulių koncentracijos, absorbcijos kiekis ląsteliniame ir tarpląsteliniame lygmenyse gali labai skirtis net nuo organelių iki organelių. Galiausiai, absorbcija yra bangos ilgio funkcija, todėl lazerių, spinduliuojančių skirtinguose spektro regionuose, absorbcijos koeficientas labai skiriasi.

Daugelyje ankstyvųjų tyrimų biologinių audinių sugerties vertė buvo vertinama remiantis jų šviesos pralaidumo matavimų rezultatais. Daugeliu atvejų eksperimentai buvo atlikti su rubino ir neodimio lazeriais. Taigi, apšvitinant peles rubino lazeriu, buvo nustatyta, kad nuo 45 iki 60% energijos prasiskverbia per odą, o nuo 20 iki 30% - per odą ir apatinius raumenis. Audinių pralaidumo ir atspindžio koeficientų nustatymo metodo kūrimas buvo skirtas G. G. Shamaeva ir kt. (1969) tyrimams. Šiuo metodu gauti duomenys apšvitinant žiurkes neodimio lazeriu buvo panaudoti 9,9 cm -1 odos sugerties koeficientui apskaičiuoti.

L.I.Derlemenko (1969), M.I.Danko ir kt.(1972) integruotu fotometru nustatė neodimio lazerio spinduliuotės sugertį žiurkių raumenų ir kepenų audiniuose. Švitinant raumenis, per 1 mm storio audinio sluoksnį prasiskverbė 27–32 % spinduliuotės, o per kepenis – 20–23 %. 6 mm storio audinio sluoksniams šios vertės buvo atitinkamai 3 ir 1,5%.

Pateikti duomenys rodo lazerio spinduliuotės sugerties priklausomybę nuo audinių spalvos laipsnio: gausiai pigmentuotas audinys spinduliavimą sugeria intensyviau nei raumeninis audinys. Tas pats modelis buvo akivaizdus atliekant eksperimentus su įvairių navikų švitinimo gyvūnais rubino ir neodimio lazeriais. Didžiausia absorbcija būdinga melanomai, nes jose yra melanino.

A. M. Urazajevas ir kt. (1978) palygino helio-neono (bangos ilgis 632,8 nm) ir argono (488 nm) lazerių spinduliuotės silpnėjimo laipsnį, kai jie praeina per įvairias gyvų depiliuotų žiurkių kūno dalis arba per preparatus, paruoštus iš užsikimšusių gyvūnų organai. Perduota spinduliuotė buvo matuojama naudojant fotoelementą, o gautais duomenimis apskaičiuotas lazerio spinduliuotės įsiskverbimo gylis. Beveik visuose eksperimento variantuose spinduliuotė iš raudonosios spektro srities prasiskverbė į didesnį gylį nei mėlynai žalios spalvos, ir šis skirtumas ryškiausias buvo praeinant per intensyviai kraujagysles turinčius organus su gausiu kraujo tiekimu.

Kitų autorių atliktų tyrimų serijoje buvo palygintas azoto (bangos ilgis 337,1 nm), helio-kadmio (441,6 nm) ir helio-neono (632,8 nm) lazerių įsiskverbimo į biologinius audinius gylis. Matavimai atlikti įvairių pelių organų pjūviuose dviem metodais; naudojant fotometrinį rutulį arba šviesos zondą. Pirmuoju atveju fotometriškai buvo nustatyti lazerio spinduliuotės atspindžio koeficientas ir slopinimo koeficientas audiniuose, o pastarasis leido apskaičiuoti spinduliuotės prasiskverbimo gylį; antroje į apšvitintą audinio mėginį, esantį priešingoje lazerio spindulio pusėje, koaksialiai su juo, įterptas plonas (skersmuo 0,75 mm) stiklinis šviesos kreiptuvas, sujungtas su fotodaugintuvu. Šviesolaidžio galą perkeliant į įvairius žinomus atstumus nuo spindulio kritimo į audinio paviršių taško ir išmatavus šviesos srauto tankį, gautos lazerio spinduliuotės intensyvumo pasiskirstymo audinyje kreivės ir buvo nustatytas jo įsiskverbimo gylis.

Abu naudojami metodai davė panašius rezultatus. Didžiausią prasiskverbimo galią turėjo helio-neoninio lazerio spinduliuotė, mažiausia – helio-kadmio lazerio. Visais atvejais įsiskverbimo gylis neviršijo 2-2,5 mm.

Įdomi problema buvo iškelta V. A. Dubrovskio ir O. G. Astafjevos (1979) atliktuose eksperimentuose, kuriuose jie lygino raudonosios spinduliuotės sugertį kraujo hemolizatu, pasižyminčiu skirtingomis fizikinėmis savybėmis: helio-neoninio lazerio poliarizuota koherentinė spinduliuotė; poliarizuota nenuosekli kaitinamosios lempos spinduliuotė, praleidžiama per polaroidą ir spektrinius filtrus; nepoliarizuota ir nenuosekli kaitinamosios lempos spinduliuotė, praleidžiama tik per spektrinius filtrus. Nustatyta, kad erdvinė darna neturi įtakos absorbcijai. Ją stipriai įtakoja spinduliuotės spektro plotis ir poliarizacijos savybės: poliarizuota spinduliuotė sugeriama mažiau aktyviai nei nepoliarizuota spinduliuotė.

Kartu su pateiktais duomenimis apie lazerių, generuojančių artimojo ultravioletinio (azoto), matomoje (helio-kadmio, argono, helio-neono, rubino) ir artimojo infraraudonojo (neodimio) spektro srityse, spinduliuotės absorbciją biologiniuose audiniuose, pateikiama informacija. Sugertis yra praktiškai svarbi spinduliuotė iš CO3 lazerio, generuojančio infraraudonųjų spindulių srityje 10 600 nm bangos ilgio. Kadangi šią spinduliuotę intensyviai sugeria vanduo, o pastarasis sudaro apie 80% daugumos ląstelių masės, biologinius audinius veikiant CO2 lazerio spinduliuote, ją beveik visiškai sugeria paviršiniai ląstelių sluoksniai.

Kaip minėta aukščiau, lazerio spinduliuotės prasiskverbimas į audinių gelmes yra ribotas ne tik dėl absorbcijos, bet ir dėl kitų procesų, ypač dėl spinduliuotės atspindėjimo nuo audinio paviršiaus. Pasak B. A. Kudriašovo (1976), p. D. Pletnev (1978) ir kt., artimoje ultravioletinėje ir matomose spektro srityse (azotas, helis-kadmis, argonas, helis-neonas, rubinas) generuojamų lazerių spinduliuotė, kurią atspindi balta žmonių ir gyvūnų oda, yra 30 -40%; neodimio lazerio infraraudonosios spinduliuotės atveju ši reikšmė yra ne ką mažesnė (20-35%), o esant tolimesniam CO2 lazerio infraraudonajam spinduliavimui, sumažėja iki maždaug 5%.Įvairių gyvūnų vidaus organų šviesos atspindžio vertė (633 nm) svyruoja nuo 0,18 (kepenyse) iki 0,60 (smegenyse)

Dėl lazerio spinduliuotės susilpnėjimo jo prasiskverbimo į biologinius audinius gylis neviršija kelių milimetrų, o praktinis lazerių panaudojimas turi būti pagrįstas šiomis sąlygomis. Tačiau kartu su pateikta medžiaga yra žinomi duomenys, leidžiantys daryti optimistines išvadas. Esmė ta, kad visuose aukščiau aptartuose tyrimuose buvo galima įvertinti spinduliuotės, sklindančios giliai audiniuose, vaidmenį. Kai, pavyzdžiui, audinio mėginio pralaidumo ir atspindžio koeficientai buvo nustatyti naudojant fotometrinį rutulį, aptiktas spinduliuotės, patenkančios į mėginio paviršių ir praeinančios per jį, intensyvumo skirtumas buvo (atėmus atspindėtą spinduliuotę) suma. nuostolių dėl absorbcijos ir sklaidos, o kiekvieno šių procesų dalis liko nežinoma. Kitu atveju, kai spinduliuotės, pasiekiančios tam tikrą tašką giliai audinyje, intensyvumas buvo matuojamas naudojant šviesos zondą, pastarojo galas suvokė tik spinduliuotę, kuri krito „iš priekio“. yra iš visų pusių apšviesta ją supančių dalelių išsklaidytos spinduliuotės. Vadinasi, naudojant šį metodą, buvo gauti nepakankamai įvertinti spinduliuotės intensyvumo pasiskirstymo gylyje rodikliai, kurie neleido atsižvelgti į išsklaidytą šviesą. Tuo pačiu metu intensyviai sklaidančiose terpėse, pavyzdžiui, biologiniuose audiniuose, išsklaidytos spinduliuotės dalis yra labai reikšminga.

Atsižvelgdama į šias nuostatas atliekant išsamius tyrimus. Dougherty ir kt. (1975, 1978) buvo bandoma nustatyti šviesos sklaidos poveikį spinduliuotės prasiskverbimo į audinį gyliui. Autoriai fotoelementu nustatė ksenoninės lempos (išryškinta 620-640 nm sritis) šviesos spinduliuotės dalį, kuri praeina per įvairaus storio pjūvius, kurie buvo gauti iš persodinto pelių pieno liaukos auglio arba iš normalių audinių. Gautomis šviesos pralaidumo koeficiento reikšmėmis buvo apskaičiuoti sklaidos (S) ir sugerties (K) koeficientai iš P. Kubelkos (1964) ir F. Kottlerio (I960) nustatytų ryšių. Gautos naviko audinio vertės buvo S = 13,5 ir K = 0,04, o tai rodo, kad išsklaidytos šviesos dalis yra daug didesnė nei sugertos šviesos dalis. aš

Antrajame darbe, kurį 1978 m. atliko ta pati tyrėjų grupė, buvo naudojami du metodai, leidžiantys tiesiogiai eksperimentiškai gauti visas intersticinės šviesos intensyvumo vertes, tiek tas, kurios buvo rastos neatsižvelgiant į sklaidą, tiek į ją įtraukiant. Taikant vieną iš metodų, į ką tik pašalinto naviko (žiurkės rabdomioifkomos) gylį buvo įvestas 0,8 mm storio pluošto šviesos kreiptuvas, o jo iš audinio išsikišęs galas nukreiptas 2 mW helio-neono lazerio spinduliu. . Kitas šviesos kreiptuvas, prijungtas prie fotometro, buvo įdėtas iš priešingos mėginio pusės. Iš pradžių sujungus šviesos kreipiklius, o paskui juos nutolus iki žinomų atstumų, buvo išmatuotas spinduliuotės, perduodamos per fiksuoto storio audinio sluoksnį, intensyvumas. Kaip ir pirmiau aprašytuose eksperimentuose, šis metodas neleido atsižvelgti į išsklaidytą ne.

Antrasis metodas buvo aktinometrinis (fotocheminis) ir susideda iš kelių 1 mm skersmens kapiliarinių vamzdelių, užpildytų šviesai jautraus mišinio tirpalu, įkišimo į naviko audinį iki tam tikro gylio. Tada apšvitinus audinio mėginį žinomo intensyvumo šviesa naudojant kaitinamąją lempą (bangos ilgis didesnis nei 600 nm), buvo nustatytas fotocheminės reakcijos produkto kiekis, kuris buvo tiesiogiai proporcingas šviesos intensyvumui ir priklausė nuo vamzdelių gylio. . Akivaizdu, kad naudojant šį eksperimentinį projektą, reakcijos eigai įtakos turėjo visa spinduliuotė, kuri pasiekė tam tikrą tašką giliai audinyje, įskaitant išsklaidytą šviesą. Duomenys, pateikti pav. 2 leidžia palyginti rezultatus, gautus naudojant šiuos metodus. Grafike matyti, kad spinduliuotės intensyvumas naviko audinyje tame pačiame gylyje, nustatytas aktinometriniu metodu, yra žymiai didesnis nei nustatytas naudojant šviesolaidinę technologiją. Taigi iš aktinometrinių matavimų kreivės matyti, kad 2 cm gylyje į audinį vis dar prasiskverbia apie 8 % spinduliuotės, o pagal antrąją kreivę ši reikšmė yra mažesnė nei 0,1 % K.

Taigi reikšmingas matomos šviesos sklaidos vyravimas, kai praeina per biologinius audinius, viršija absorbciją, leidžia daryti išvadą, kad lazerio spinduliuotės gebėjimas prasiskverbti į audinį yra didesnis nei paprastai manoma. Jei atsižvelgsime į galimybę lazerio spinduliuotę perduoti giliai į audinius naudojant šviesolaidinį pluoštą ir paskesnį jos pasiskirstymą visame apšvitintame pažeidime dėl sklaidos, galime pabandyti žymiai išplėsti lazerių klinikinio naudojimo apimtį.

6 PATOGENETINIAI LAZERIO SPINDULIAVIMO SĄVEIKOS SU BIOLOGINIU AUDINIU MECHANIZMAI

Monochromatiškumas, griežtas kryptingumas, nuoseklumas ir galimybė sutelkti didelius energijos kiekius mažuose plotuose leidžia selektyviai koaguliuoti, išgarinti ir pjaustyti biologinius audinius be kontakto, turint gerą hemostazę, sterilumą ir ablastiškumą.

Lazerio spinduliuotei sąveikaujant su biologiniais audiniais, pastebimi įvairūs efektai: šiluminis, atsirandantis dėl selektyvios šviesos kvantų sugerties, suspaudimo bangų ir elastinio smūgio atsiradimo terpėje, galingų elektromagnetinių laukų, kurie kai kuriais atvejais lydi lazerį, veikimas. spinduliuotę, taip pat daugybę kitų efektų, kuriuos sukelia pačios aplinkos optinės savybės.

Kai lazerio spinduliuotė paveikia audinį, svarbus jo fokusavimo laipsnis. Sufokusuotam lazerio spinduliui pereinant per gyvus audinius, spinduliuotės intensyvumas greitai mažėja, o raumeniniam audiniui 4 cm gylyje yra tik 1-2% pradinės energijos. Lazerio spinduliuotės biologinio poveikio įvairioms ląstelėms, audiniams ir organams laipsnis ir rezultatas priklauso ne tik nuo spinduliuotės savybių (lazerio tipo, spinduliuotės trukmės ir galios tankio, impulsų dažnio ir kt.), bet ir nuo apšvitintų audinių ar organų fizikinės, cheminės ir biologinės charakteristikos (kraujo tėkmės intensyvumas, nevienalytiškumas, šilumos laidumas, įvairių terpės tarpinių paviršių sugerties ir atspindžio koeficientas ir kt.). Paaiškėjo, kad tarpląsteliniai ląstelės komponentai yra jautriausios ir lengviausiai sunaikinamos lazerio spinduliuotės veikiamos struktūros.

Dėl galimybės sutelkti lazerio spinduliuotę į siaurą spindulį buvo sukurtas lazerinis skalpelis, leidžiantis praktiškai be kraujo pjūvių įvairiuose audiniuose. Šiuo metu sukaupta didelė lazerio spinduliuotės naudojimo eksperimentinėje ir klinikinėje medicinoje patirtis.

Lazerio spinduliuotės hemostatinės savybės gali būti padidintos naudojant specialius suspaudimo spaustukus ir lazerinius chirurginius instrumentus, kurie užtikrina trumpalaikį audinių suspaudimą ir kraujavimą išilgai numatomo pjūvio linijos. Dozuoto suspaudimo principas taip pat leidžia žymiai sumažinti terminės audinių nekrozės kiekį, nes suspaudimo sąlygomis žymiai padidėja audinių šilumos laidumas. Šiuo atžvilgiu tas pats fokusuoto lazerio spindulio energijos tankis leidžia greičiau išpjaustyti suspaudžiamą audinį, užtikrinant vietinę audinių išemiją.

Lazerio naudojimas kartu su specialiais instrumentais užtikrina ne tik audinių išskyrimą, bet ir jų vadinamąjį biologinį suvirinimą. Ląstelių ir audinių struktūrų suvirinimo poveikį pastebėjo mokslininkai, kurie naudojo lazerio spindulį įvairiems organams išpjaustyti. Tačiau tik sukūrus specialią lazerinę chirurginę įrangą buvo galima maksimaliai realizuoti tuščiavidurių organų audinių biologinio suvirinimo efektą jų skrodimo metu. Apšvitinamoje zonoje stebima padidėjusi šviesos sugertis dėl didesnio suspaustų audinių optinio tankio ir daugybinių šviesos atspindžių nuo vidinių prietaiso dalių, suformuojant uždarą erdvę. Tuščiavidurių organų audinių „suvirinimas“ vyksta sluoksnis po sluoksnio išilgai pjūvio linijos šių prietaisų gaminamų audinių vietinio suspaudimo zonoje.

Morfologinis šio reiškinio pakitimų pasireiškimas yra suspaudžiamų audinių koaguliacinė terminė nekrozė, kai išilgai pjūvio krašto susidaro koaguliuojančių audinių ir ląstelinių elementų plėvelė, jungianti visus anatominius organo sluoksnius tame pačiame lygyje.

Šviesos spinduliuotės energijos pavertimo šilumine energija gleivinėje pasekmė – liaukų deformacija ir sutrumpėjimas, epitelio ląstelių susiraukšlėjimas kompaktiškai išsidėsčius jų branduoliams. Gautos konstrukcijos primena „piketo tvorą“. Raumeniniame sluoksnyje morfologiniai pakitimai ne tokie ryškūs. Pogleivinė "suvirinimo" zonoje

Skrandžio sienelės terminio pažeidimo gylis (μm) gastrotomijos metu naudojant anglies dvideginio lazerį(pagal šviesos mikroskopijos duomenis)

tampa silpnai matomas. Krešėjimo nekrozės zonos plotis išilgai išpjaustyto audinio krašto šiais atvejais yra 1-2 mm. Nekrotinių pažeidimų tūrį galima sumažinti tiek padidinus skysčių kiekį išpjaustytuose audiniuose, tiek naudojant atitinkamą lazerinę įrangą. Pavyzdžiui, anglies dvideginio lazeriu išpjaustant skeleto raumenis, krešėjimo nekrozės zonos plotis, siekiantis 1,1-1,2 mm, po išankstinio skysčio suleidimo į raumenį sumažėja 28-40%.

Savo ruožtu specialios lazerinės chirurginės įrangos panaudojimas, patobulintas pastaraisiais metais, taip pat leidžia sumažinti koaguliacinės terminės nekrozės zoną iki 30-60 mikronų (1 lentelė).

Vien dėl aukštos temperatūros, būdingas lazerio spinduliuotei, itin greitai išgaruoja tarpląstelinis ir tarpląstelinis skystis, o po to sudega sausi likučiai. Degeneracinių audinių pakitimų gylis ir laipsnis, veikiant įvairaus tipo lazerio spinduliuotei, priklauso ir nuo jų spektrinių charakteristikų, ir nuo bendros spinduliuotės energijos (ekspozicijos trukmės). Esant mažoms ekspozicijoms, sunaikinami tik paviršiniai audinių sluoksniai. Nuolat ilgėjant spinduliuotės laikui, padidėja pažeisto audinio tūris iki organo perforacijos. Judant lazerio spindulį išilgine arba skersine kryptimi, audinys išgaruoja ir susidaro linijinė organo dalis.

Krešėjimo terminės nekrozės zonoje vyksta kraujagyslių sienelių ir kraujo krešėjimas, susidarant koaguliaciniam hialino tipo trombui, užkemšančiam kraujagyslės spindį ir užtikrinant tinkamą hemostazę. Dozuoto suspaudimo sąlygomis naudojant lazerinius chirurginius prietaisus, lazerio spinduliuotės hemostatinis poveikis labai sustiprėja, nes

Skrandžio lazerinės žaizdos schema

Kraujagyslės su sumažėjusia kraujotaka akimirksniu krešėja.

Lazerinės žaizdos morfologija turi būdingų bruožų, kurie ryškiai skiria ją nuo kitos kilmės žaizdų. Šiluminio poveikio paveiktus audinius vaizduoja koaguliacinė nekrozė, suformuojant lazerinį terminį šašą. Pastarasis sandariai dengia žaizdos paviršių. Iš karto po lazerio poveikio sunku nustatyti visą nekrozinio audinio tūrį. Krešėjimo nekrozės paveiktų audinių riba stabilizuojasi daugiausia per dieną. Per šį laikotarpį siauroje konservuotų audinių zonoje ant ribos su termine nekroze aptinkama edema ir įvairaus sunkumo kraujotakos sutrikimai, pasireiškiantys hiperemija, staze ir perivaskuliniais diapediniais kraujavimais.

Remiantis histologiniais tyrimais, buvo nustatytos šios lazerio ekspozicijos zonos: koaguliacinės nekrozės zona, kurios periferinė dalis yra siauras, laisvas („kempingas“) sluoksnis, o centrinė – platus, kompaktiškas ir uždegiminės edemos zona (23 pav.).

Pastebėti mikrocirkuliacijos sutrikimai, ryškiausi veikiant YAG-Nd lazerio ir argono lazerio spinduliuotei (dėl ūminių kraujavimo skrandžio opų hemostazės). Audinių skaidymo anglies dioksido lazeriu procesą lydi griežtai vietinis audinio krešėjimas išilgai pjūvio linijos, taip užkertant kelią aplinkinių audinių pažeidimams.

Lazerinėse žaizdose, skirtingai nuo kitos kilmės žaizdų, perėjimo zonos iš krešėjusio audinio į gyvybingą audinį yra silpnai išreikštos arba jų visai nėra. Regeneracija tokiais atvejais prasideda daugiausia lazerio spinduliuotės nepažeistos zonos ląstelėse.

Yra žinoma, kad audinių pažeidimus lydi uždegiminių mediatorių išsiskyrimas. Tarp pastarųjų išskiriami plazmos (cirkuliuojantys) mediatoriai, taip pat ląsteliniai (vietiniai) mediatoriai, susiję su daugelio ląstelių – putliųjų ląstelių, trombocitų, makrofagų, limfocitų, polimorfonuklearinių leukocitų ir tt – veikla. žaizdos procese pirmiausia yra negyvų audinių lizė ir mikrobų fagocitozė. Bet koks mikrobinio užterštumo laipsnio sumažėjimas sumažina visų uždegimo komponentų intensyvumą. Atliekant bakteriologinį žaizdų paviršiaus medžiagos ir 1 g audinio tyrimą, atliekant pūlingų žaizdų eksciziją ir nekrektomiją anglies dvideginio lazeriu, visiškas sterilumas buvo nustatytas 62 pacientams iš 100, o kitais atvejais sumažėjo mikrobų kiekis žemiau kritinės ribos (10 5).

Lazerinės žaizdos mikrobinio užterštumo laipsnio sumažinimas, šiluminės nekrozės ir kraujagyslių trombozės koaguliacinis pobūdis nekrozės zonoje padeda sumažinti eksudacinį uždegimo komponentą. Silpnai išreikštos leukocitų reakcijos buvimas, o kartais ir visiškas jos nebuvimas lazerinės žaizdos kraštuose buvo patvirtintas daugumos tyrinėtojų darbais. Koaguliuoti audiniai nėra vazoaktyvių mediatorių, ypač kininų, kurie atlieka tokį svarbų vaidmenį formuojant ir vystant uždegiminės reakcijos eksudacinę fazę, šaltinis.

V.I.Eliseenko (1980-1985) teigimu, lazerinėms žaizdoms būdingas aktyvus ankstyvas makrofagų ir fibroblastų serijos ląstelių elementų dauginimasis, kuris lemia reparacinio proceso eigą pagal aseptinio produktyvaus uždegimo tipą. Makrofagų ir fibroblastų proliferacija produktyvaus uždegimo židinyje, pradedant nuo pirmos dienos po lazerio spinduliuotės poveikio, yra besiformuojančio granuliacinio audinio pagrindas.

Tačiau yra įrodymų, kad lazerinių žaizdų gijimas gali vykti įprastu būdu, t. y. apima nekrozinio audinio leukocitų tirpimo fazę. Lazerinių žaizdų gijimas, pasak Yu. G. Parkhomenko (1979, 1983), daugiausia vyksta po lazerio šašu. Lazerinio šašo transformacija susideda iš jo laipsniško organizavimo ir rezorbcijos (parenchiminiuose organuose – kepenyse ir kasoje) arba atmetimo (virškinimo trakto organuose) bręstant granuliaciniam audiniui.

Lazerinių žaizdų gijimo procese būtinos mononuklearinės fagocitų sistemos ląstelės – makrofagai. Makrofagai kontroliuoja granulocitų ir monocitų diferenciaciją iš kamieninių ląstelių, įtakoja T ir B limfocitų funkcinį aktyvumą, taip pat dalyvauja jų bendradarbiavime. Jie išskiria pirmuosius šešis komplemento komponentus, tokiu būdu tarpininkaujant imuninei sistemai dalyvaujant uždegiminiame atsake. Makrofagai skatina fibroblastų vaidmenį ir kolageno sintezę, ty jie yra paskutinės reparacinės reakcijos fazės stimuliatoriai uždegimo metu. Visų pirma, buvo aptikti ląstelių kontaktai tarp makrofagų ir granuliacinio audinio fibroblastų.

Galima daryti prielaidą, kad intensyvi ir užsitęsusi makrofagų reakcija lazerinėse žaizdose, susijusi su ilgalaikiu krešėjusių audinių išsaugojimu, yra veiksnys, aktyviai skatinantis kolageno susidarymo procesą.Anot V.I.Eliseenko ir kt. (1982, 1985), proliferuojančių makrofagų funkcinis vaidmuo yra „užprogramuoti“ visą lazerinių chirurginių žaizdų gijimo procesą.

Fibroblastinė reakcija užima vieną iš pirmaujančių vietų ankstyvo lazerinių žaizdų gijimo procesuose.

Lazerinėse žaizdose granuliacinio audinio aktyvaus augimo laikotarpiu (5-10 dienomis) didelis fibroblastų tankis derinamas su ryškiausiu NAD (NADP)-lipoamido dehidrogenazės (senosios diaforazės) aktyvumo padidėjimu šiose ląstelėse. , kuris tam tikru mastu gali atspindėti didėjantį energijos lygį ir sintetinius procesus juose. Vėliau šių ląstelių fermentinis aktyvumas palaipsniui mažėja, o tai rodo jų brendimą.

Besiformuojančiame lazeriniame žaizdos rande greitai, difuziškai kaupiasi pagrindinės jungiamojo audinio medžiagos glikozaminoglikanai, o tai rodo granuliacinio audinio brendimą. Yra žinoma, kad maksimaliai padidėjus fibroblastų skaičiui ir jų subrendimui, didėja ir kolageno skaidulų sintezė.

Lazerinių chirurginių virškinamojo trakto žaizdų gijimo metu yra aiškus ryšys tarp jungiamojo audinio brendimo ir epitelio augimo.

Taigi, makrofagų reakcija, fibroblastų proliferacija ir kolagenogenezė pasireiškia labai anksti ir yra ryškesnė, tuo mažiau ryškėja leukocitų infiltracija, kurios nebuvimas užtikrina lazerinių žaizdų gijimą pirmine intencija.

7 LAZERINĖS BIOSTIMULIAVIMO MECHANIZMAI

Atskirai turėtume apsvarstyti mažos energijos lazerio spinduliuotės biostimuliuojančio aktyvumo pobūdį raudonojoje spektro srityje, kuri gaunama daugiausia naudojant helio-neoninius lazerius. Naudingas šios spinduliuotės poveikis buvo nustatytas atliekant eksperimentus su įvairiais biologiniais objektais.

Aštuntajame dešimtmetyje lazerinės biostimuliacijos reiškinį buvo bandoma paaiškinti ypatingomis savybėmis („biolaukas“, „bioplazma“), kurios tariamai būdingos gyviems organizmams ir suteikia specifines lazerio spinduliuotės charakteristikas, biologinę reikšmę. 1979 m. buvo pasiūlyta, kad mažos energijos lazerio spinduliuotės biologinis poveikis yra susijęs su natūraliais gyvūnų šviesos reguliavimo procesais. Tokių procesų pradinių stadijų molekulinis pagrindas geriau ištirtas augaluose, kuriems nustatytas ne tik pats fotoreguliacijos faktas, bet ir vieno iš pirminių šviesos akceptorių fitochromo cheminė prigimtis. Šis chromoproteinas egzistuoja dviem formomis, iš kurių viena sugeria šviesą prie 660 nm, o kita – 730 nm. Dėl šių formų tarpusavio konversijos apšviečiant keičiasi jų kiekybinis santykis, o tai yra procesų grandinėje, kuri galiausiai lemia sėklų dygimą, pumpurų formavimąsi, augalų žydėjimą ir kitus formuojančius efektus. Nors neabejotina, kad gyvūnuose fotoreguliacijos procesai yra tokių reiškinių, kaip lytinio dauginimosi cikliškumas ar daugelio adaptacinių reakcijų (žinduolių lydymosi ir žiemojimo, paukščių migracijos) apsiribojimas tam tikrais metų laikotarpiais, jų molekuliniai mechanizmai. yra neaiškūs

Idėja apie tam tikros fotoreguliacinės sistemos egzistavimą gyvūnų ląstelėse, galbūt primenančią augalų fitochromo sistemą, leidžia manyti, kad helio-neono lazerio spinduliuotės biostimuliacijos aktyvumas yra paprasto spektrinių charakteristikų sutapimo su absorbcija pasekmė. šios sistemos komponentų regionas. Šiuo atveju būtų galima tikėtis, kad monochromatinė raudona šviesa iš nenuoseklių šaltinių taip pat būtų biologiškai efektyvi. Norint išbandyti šį ir kitus klausimus eksperimentiškai, reikėjo jautrių testų, kurie duotų kiekybinius, labai atkuriamus ir tiksliai išmatuojamus rezultatus. Didžioji dauguma helio-neoninių lazerių tyrimų buvo atlikti su gyvūnais arba tiesiogiai su pacientais tokiomis sąlygomis, kurios neatitinka šių reikalavimų.

Renkantis tinkamą modelio sistemą, rėmėmės dviem prielaidomis: 1) ląstelės, kurios vystosi arba išgyvena in vitro, yra gana paprastas tiriamasis objektas, leidžiantis tiksliai apskaičiuoti poveikio sąlygas ir jo rezultatus; 2) Ypatingo dėmesio nusipelno ląstelių paviršiaus membranos reakcija, kurios didelis jautrumas anksčiau buvo nustatytas atliekant eksperimentus su mažos energijos raudona spinduliuote iš rubino lazerio.

N. F. Gamaleya ir kt. atliktuose tyrimuose buvo tiriamas helio-neoninio lazerio spinduliuotės poveikis limfocitų, išskirtų iš žmogaus kraujo, paviršinei membranai. Tuo tikslu buvo įvertintas limfocitų gebėjimas formuoti E-rozetes – sąveikauti su avies eritrocitais. Nustatyta, kad esant mažoms spinduliuotės dozėms (galios tankis 0,1-0,5 W/m2, ekspozicija 15 s), kurios yra pusantro-dviem dydžiais mažesnės nei naudojamos klinikiniame darbe helio-neoniniu lazeriu, 2008 m. nedidelis, bet statistiškai reikšmingas gebėjimo formuoti rozetes padidėjimas (1,2-1,4 karto) apšvitintuose limfocituose, palyginti su kontroline grupe. Lygiagrečiai su citomembranų pokyčiais padidėjo limfocitų funkcinis aktyvumas, ypač jų gebėjimas dalytis padidėjo 2-6 kartus, o tai buvo nustatyta blastinės transformacijos reakcijoje su fitohemagliutininu [Novikov D.K., Novikova V.I., 1979], vertinant pagal kaupimąsi. 3 N-timidino. Atliekant eksperimentus su žmogaus kraujo leukocitais, nustatyta, kad juos veikiant helio-neoninio lazerio spinduliuote tokiomis pat mažomis dozėmis, E. coli ląstelių fagocitozė (tiek gaudymo, tiek virškinimo) padidėja 1,5-2 kartus. Helio-neono lazerio spinduliuotė taip pat turėjo stimuliuojantį poveikį kitoms ląstelėms. Taigi pelių navikinių ląstelių (L) kultūroje jų augimo vėlavimas 1 dieną po švitinimo buvo pakeistas jo pagreitėjimu, kuris ypač buvo pastebimas 3-4 dieną, kai besidalijančių ląstelių skaičius buvo 2 kartus didesnis. didesnis nei kontrolinėje

Taigi įrodyta, kad labai mažo intensyvumo helio-neoninio lazerio spinduliuotė sukelia įvairių tipų ląstelių membranos pokyčius ir jų funkcinio aktyvumo stimuliavimą. Citoplazminės membranos pokyčius kultivuotose kininio žiurkėnų ląstelėse, apšvitintose helio-neoniniu lazeriu, taip pat atskleidė A. K. Abdvakhitova ir kt. (1982), taikydami fluorescencinių zondų metodą, nors jų naudotos spinduliuotės dozės buvo dviem dydžiais didesnės nei mūsų naudojamas.

Vengrų chirurgo E. Mesterio kartu su grupe fizikų iškelta hipotezė lazerio spinduliuotės biostimuliuojamąjį aktyvumą bando paaiškinti vien jos poliarizacija: dėl spinduliuotės poliarizacijos jis gali reaguoti su poliarinių lipidų molekulėmis. citoplazminės membranos lipidinis dvisluoksnis, kuris sukelia ląstelėje pokyčių grandinę. Pagal siūlomą modelį stimuliuojantis poveikis neturėtų priklausyti nuo spinduliuotės bangos ilgio. Tačiau eksperimentiniai duomenys to nepatvirtina.

Patikimas biostimuliacijos efekto atkuriamumas leido eiti toliau ir pabandyti išsiaiškinti, ar šį efektą sukelia tik lazerinė (koherentinė, poliarizuota) spinduliuotė ir kaip tai priklauso nuo bangos ilgio. Šiuo tikslu monochromatinės raudonos šviesos (633 ± 5 nm), gautos iš ksenono lempos, naudojant difrakcijos monochromatorių, poveikis žmogaus kraujo limfocitams buvo įvertintas naudojant rozetės susidarymo testą. Nustatyta, kad esant panašiai nenuoseklios raudonos šviesos dozei (3 J/m 3), rozetės formavimosi procesas buvo skatinamas taip pat, kaip ir naudojant helio-neoninį lazerį.

Toliau raudonos šviesos poveikis buvo lyginamas su spinduliuotės iš kitų siaurų matomos srities spektrinių sričių. Šiuo atveju šviesos aktyvumas buvo vertinamas pagal jos poveikį trims procesams: žmogaus limfocitų E-rozečių susidarymui, L kultūros ląstelių dauginimuisi ir medžiagos, kurios sugerties maksimumas yra 265 nm, išsiskyrimui į terpę. per pelių limfocitus. (Paskutinis bandymas buvo stebėjimų rezultatų tobulinimas ir buvo pagrįstas tuo, kad iš ląstelių, kurios buvo apšvitintos lazeriu, padidėja tam tikro cheminio faktoriaus, kurio absorbcijos juosta yra 260–265 nm, išsiskyrimas.) Eksperimentai parodė, kad kai kuriuos apšvitinant monochromatine šviesa ir tomis pačiomis spektrinėmis sritimis stebimas visų trijų procesų stimuliavimas: raudona (633 nm), žalia (500 ir 550 nm) ir violetinė (415 nm).

Taigi, atlikti tyrimai leido nustatyti, ar įvairiose žmogaus ir gyvūnų ląstelėse yra didelis jautrumas šviesai, net daug didesnis nei buvo galima tikėtis remiantis klinikiniais lazerinės biostimuliacijos terapijos rezultatais. Šis jautrumas atsirado ne dėl šviesos darnos ir poliarizacijos ir neapsiribojo raudonąja spektro sritimi: kartu su maksimumu šioje srityje buvo dar du - violetinėje ir žalioje spektro srityse.

Taikydami kitokį metodologinį metodą (DNR sintezės intensyvumo nustatymas HeLa kultūros ląstelėse įtraukiant pažymėtą timidiną), T. Y. Karu ir kiti (1982, 1983) taip pat parodė, kad biostimuliacijos efektas nėra susijęs su šviesos koherentiškumu ir poliarizacija. . Jų eksperimentuose su ląstelių apšvitinimu raudona šviesa didžiausias DNR sintezės stimuliavimas buvo stebimas esant 100 J/m 2 dozei, o efektas greitai sumažėjo, kai buvo pakeičiama bet kuria kryptimi. Lyginant radiacijos aktyvumą skirtingose ​​spektro dalyse, buvo nustatyti trys maksimumai: netoli 400, 630 ir 760 nm.

Prie šviesos biostimuliacijos mechanizmo. gali būti susiję su formavimu apšvitintose ląstelėse ir cheminio faktoriaus, kuris buvo aptiktas terpėje pagal šviesos sugerties smailę netoli 265 nm, išsiskyrimu. Siekiant išsiaiškinti šio faktoriaus pobūdį, buvo atlikta popieriaus chromatografija ir agarozės gelio elektroforezė su zonos vizualizacija su etidžio bromidu, kuri leido ląstelių išskiriamoje medžiagoje aptikti dvigrandę molekulinę masę. DNR dvigubos spiralės struktūrą patvirtino hiperchrominio efekto atsiradimas kaitinant.

Literatūroje pateikta informacija apie nukleorūgščių gebėjimą pagreitinti pažeistų audinių atstatymą [Belous A. M. et al., 1974] patvirtino galimą ląstelių išskiriamo DNR faktoriaus dalyvavimą šviesos biostimuliacijoje. Norint patikrinti šią hipotezę, buvo atliktas eksperimentas su L linijos ląstelėmis, kai kurios iš jų buvo apšvitintos helio-neoniniu lazeriu, o kita dalis, kuri nebuvo apšvitinta, buvo patalpinta į terpę, paimtą iš apšvitintų ląstelių ir , todėl turintis DNR faktorių. Ląstelių augimo greičio (mitozinio aktyvumo) nustatymas parodė, kad abiejose grupėse ląstelių vystymasis buvo skatinamas vienodai, lyginant su kontroliniu, be to, DNR sunaikinimas terpėje, paimtoje iš apšvitintų ląstelių naudojant fermentą DNazę, atėmė iš šios terpės biostimuliuojančią veiklą. . Pati DNazė praktiškai neturėjo įtakos ląstelių augimui.

Vadinasi, galima manyti, kad veikiant viso organizmo audinius (pavyzdžiui, trofinių opų lazerinės terapijos metu), apšvitinant ląsteles patologinio židinio periferijoje išsiskiria DNR faktorius, skatinantis augimą. opą supančių audinių fibroblastinių elementų, taip paspartindamas jos gijimą. Tačiau nedviprasmišką to įrodymą galima gauti tik atliekant eksperimentus su gyvūnais.

Taigi pateikti duomenys akivaizdžiai pagrindžia lazerio (ar net šviesos biostimuliacijos) panaudojimo terapiniais tikslais galimybes ir nurodo tolesnio šio metodo tobulinimo būdus. Šie duomenys turi ir platesnę fitobiologinę reikšmę, susidedančią iš to, kad pirmą kartą buvo nustatytas specifinis žmonių ir gyvūnų ne tinklainės (nevizualinių) ląstelių jautrumas šviesai, pasižymintis daugybe požymių. Šis jautrumas priklauso nuo spektro ir yra labai didelis: mūsų naudojami galios tankiai, lygūs dešimtosioms vato kvadratiniam metrui, yra panašūs į tuos, kurie yra veiksmingi augalų fotoreguliacinėms sistemoms. Kaip buvo nustatyta naudojant DNR faktoriaus išskyrimo testą, žmogaus ląstelės turi tokį jautrumą šviesai ir skirtingų rūšių gyvūnai, paimti iš audinių ir organų: pelių, šunų ir žmogaus limfocitų, žiurkių kepenų ląstelių, ląstelių iš kultūrų, gautų iš žmogaus fibroblastų, žiurkėnų inkstų ir piktybinių pelių fibroblastų.

Visi šie faktai patvirtina prielaidą, kad žinduoliai turi ypatingą šviesos suvokimo sistemą, galbūt panašią į augalų fitochromo sistemą ir atliekančią reguliavimo funkcijas. Numanomos gyvūnų šviesai jautrios sistemos panašumą su fitochromo reguliavimo sistema liudija jų pagrindinių savybių palyginimas.Be didelio jautrumo šviesai, fitochromo sistemai būdingas ir mažos dozės (trigerinis) veikimo pobūdis, dėl kurio prisiminti ir galbūt paaiškinti didelį dozių kintamumą (su dviejų dydžių skirtumais), kuriuos gydytojai naudoja biostimuliacijai lazeriu; fitochromo sistemos konjugacija (taip pat mūsų aprašyti poveikiai) su ląstelių membranomis; fitochromo sistemos kontrolė virš DNR, RNR ir baltymų sintezės, kurių susidarymas audiniuose, apšvitintuose helio-neoniniu lazeriu, daugelio autorių teigimu, taip pat sustiprėja.

Jei gyvūnų ląstelės iš tikrųjų turi specializuotą šviesai jautrią sistemą, tai naudojant eksperimentus, siekiant nustatyti veikimo spektrą (biologinės reakcijos dydžio priklausomybę nuo bangos ilgio), galima pabandyti nustatyti absorbcijos spektrą (ir iš jo cheminę tapatybę). junginio, kuris yra pagrindinis šviesos akceptorius ir sukelia procesų grandinę, kuri galiausiai sukelia fotoreguliacinį poveikį. Atitikimas tarp veikimo spektrų ir šviesos akceptoriaus sugerties spektro pasiekiamas, tačiau tik tuo atveju, jei nustatomos įvairios metodinės sąlygos, o tai praktiškai yra labai sudėtinga užduotis.

Nepaisant to, negalima nekreipti dėmesio į visų trijų kreivių panašumą, apibūdinantį įvairių mūsų išbandytų biologinių poveikių spektrinę priklausomybę nuo tipinio porfirino junginių sugerties spektro. Tai leidžia manyti, kad šviesos akceptorius hipotetinėje gyvūnų ląstelių fotoreguliacijos sistemoje yra koks nors junginys iš porfirinų grupės, kurie, kaip žinoma, yra daugelio svarbių gyvūno kūno biocheminių komponentų – hemoglobino, citochromų, daugelio kitų. fermentų ir kt. S. M. Zubkova (1978) teigė, kad helio-neono lazerio spinduliuotės biostimuliuojantis poveikis yra susijęs su porfirino turinčio fermento katalazės, kurios šviesos sugerties maksimumas yra ~628 nm, absorbcija. Apšvitinus ląsteles patologinio židinio periferijoje, jose išsiskiria DNR faktorius, kuris stimuliuoja fibroblastinių elementų augimą audiniuose, supančius opą, taip pagreitindamas jos gijimą. Tačiau nedviprasmišką to įrodymą galima gauti tik atliekant eksperimentus su gyvūnais.

Taigi pateikti duomenys akivaizdžiai pagrindžia lazerio (ar net šviesos biostimuliacijos) panaudojimo terapiniais tikslais galimybes ir nurodo tolesnio šio metodo tobulinimo būdus. Šie duomenys turi ir platesnę fitobiologinę reikšmę, susidedančią iš to, kad pirmą kartą buvo nustatytas specifinis žmonių ir gyvūnų ne tinklainės (nevizualinių) ląstelių jautrumas šviesai, pasižymintis daugybe požymių. Šis jautrumas priklauso nuo spektro ir yra labai didelis: naudojami galios tankiai, lygūs dešimtosioms vato kvadratiniam metrui, yra panašūs į efektyvius augalų fotoreguliavimo sistemoms. Kaip buvo nustatyta naudojant DNR faktoriaus išskyrimo testą, skirtingų rūšių žmogaus ir gyvūnų ląstelės, paimtos iš audinių ir organų, turi tokį jautrumą šviesai: pelių, šunų ir žmogaus limfocitai, žiurkių kepenų ląstelės, ląstelės iš kultūrų, gautų iš žmogaus fibroblastų, žiurkėnų inkstai ir piktybiniai pelių fibroblastai.

Visi šie faktai patvirtina prielaidą, kad žinduoliai turi ypatingą šviesos suvokimo sistemą, galbūt panašią į augalų fitochromo sistemą ir atliekančią reguliavimo funkcijas. Numanomos gyvūnų šviesai jautrios sistemos panašumą su fitochromo reguliavimo sistema liudija jų pagrindinių savybių palyginimas. Be didelio jautrumo šviesai, fitochromo sistemai būdingas mažos dozės (trigerinis) veikimo pobūdis, o tai verčia prisiminti ir galbūt paaiškina didelį gydytojų naudojamų dozių kintamumą (su dviejų dydžių skirtumais). lazerinei biostimuliacijai; fitochromo sistemos konjugacija (taip pat mūsų aprašyti poveikiai) su ląstelių membranomis; fitochromo sistemos kontrolė virš DNR, RNR ir baltymų sintezės, kurių susidarymas audiniuose, apšvitintuose helio-neoniniu lazeriu, daugelio autorių teigimu, taip pat sustiprėja.

Jei gyvūnų ląstelės iš tikrųjų turi specializuotą šviesai jautrią sistemą, tai naudojant eksperimentus, siekiant nustatyti veikimo spektrą (biologinės reakcijos dydžio priklausomybę nuo bangos ilgio), galima pabandyti nustatyti absorbcijos spektrą (ir iš jo cheminę tapatybę). junginio, kuris yra pagrindinis šviesos akceptorius ir sukelia procesų grandinę, kuri galiausiai sukelia fotoreguliacinį poveikį. Atitikimas tarp veikimo spektrų ir šviesos akceptoriaus sugerties spektro pasiekiamas, tačiau tik tuo atveju, jei yra laikomasi tam tikrų metodinių sąlygų nustatant eksperimentus, o tai praktiškai yra labai sudėtinga užduotis.

NUORODOS

1. A. N. REMIZOVAS „MEDICINĖ IR BIOLOGINĖ FIZIKA“

2. „LAZERIAI CHIRURGIJOJE“ REDAGUOJA PROF. GERAI. SKOBELKINA

3. „LAZERIAI KLINIKINĖJE medicinoje“, REDEGĖ S. D. PLETNEV