Лазеры и их применение в медицине

метки: Лазерный, Излучение, Лазер, Применение, Медицина, Использование, Диагностик, Биология

Уже самое начало XX века было отмечено величайшими достижениями человеческого ума. 7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества А. С. Попов продемонстрировал изобретенное им устройство связи без проводов, а год спустя аналогичное устройство предложил итальянский техник и предприниматель Г. Маркони. Так родилось радио. В конце уходящего века был создан автомобиль с бензиновым двигателем, который пришел на смену изобретенному еще в XVIIIв. паровому автомобилю. К началу XX столетия уже действовали линии метро в Лондоне, Нью-Йорке, Будапеште, Вене. 17 декабря 1903 г. американские инженеры братья Орвилл и Уилбор Райт пролетели 260м на созданном ими первом в мире аэроплане, а через 12 лет русский инженер И.И.Сикорский сконструировал и построил первый в мире многомоторный самолет, дав ему имя «Илья Муромец». Не менее потрясающими оказались достижения в физике. Только за одно десятилетие на рубеже двух веков было сделано пять открытий. В 1895г. немецкий физик В. Рентген открыл новый вид излучения, названный позднее его именем; за это открытие он получил в 1901г. Нобелевскую премию, став, таким образом, первым в истории нобелевским лауреатом. В 1896г. французский физик Антуан Анри Беккерель открыл явление радиоактивности — Нобелевская премия 1903 г.

В 1897г. английский физик Дж. Дж. Томсон открыл электрон и в следующем году измерил его заряд — Нобелевская премия 1906г. 14 декабря 1900г. на заседании Немецкого физического общества Макс Планк дал вывод формулы для испускательной способности черного тела; этот вывод опирался на совершенно новые идеи, ставшие фундаментом квантовой теории — одной из основных физических теорий XX века. В 1905 г. молодой Альберт Эйнштейн — ему тогда было всего 26 лет — опубликовал специальную теорию относительности. Все эти открытия производили ошеломляющее впечатление и многих повергали в замешательство — они никак не укладывались в рамки существовавшей физики, требовали пересмотра ее основных представлений. Едва начавшись, 20-й век возвестил о рождении новой физики, обозначил невидимую грань, за которой осталась прежняя физика, получившая название «классическая». И вот сегодня человек получил в своё распоряжение всемогущий луч лазера. На что употребит он это новое завоевание ума? Чем станет лазер: универсальным инструментом, надёжным помощником или, напротив, грозным космическим оружием, ещё одним разрушителем?

2. Лазер

Ла́зер (англ.laser , сокр. от L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation — «усиление света посредством вынужденного излучения»), опти́ческий ква́нтовыйгенера́тор — устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения. Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Луч лазера может быть непрерывным, с постоянной амплитудой, или импульсным, достигающим экстремально больших пиковых мощностей. В некоторых схемах рабочий элемент лазера используется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Существует большое количество видов лазеров, использующих в качестве рабочей среды все агрегатные состояния вещества. Некоторые типы лазеров, например лазеры на растворах красителей или полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном диапазоне. Габариты лазеров разнятся от микроскопических для ряда полупроводниковых лазеров до размеров футбольного поля для некоторых лазеров на неодимовом стекле. Уникальные свойства излучения лазеров позволили использовать их в различных отраслях науки и техники, а также в быту, начиная с чтения и записи компакт-дисков и заканчивая исследованиями в области управляемого термоядерного синтеза. Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения^[8] . Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»).

Лазеры и их применение

... сферы и области применения лазеров. В заключении в обобщенном виде подводятся итоги работы. 1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРОВ В основу лазеров положено явление индуцированного излучения, существование ... характерна чрезвычайно высокая степень монохроматичности их излучения. Любой поток электромагнитных волн всегда обладает набором частот. Излучение и поглощение атомной системы характеризуется не ...

Таким образом происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайное направление распространения, поляризацию и фазу.

Гелий-неоновый лазер. Светящийся луч в центре — это не собственно лазерный луч, а электрический разряд, порождающий свечение, подобно тому, как это происходит в неоновых лампах. Луч проецируется на экран справа в виде светящейся красной точки. Вероятность того, что случайный фотон вызовет индуцированное излучение возбуждённого атома в точности равняется вероятности поглощения этого фотона атомом, находящимся в невозбуждённым состоянии. Поэтому для усиления света необходимо, чтобы возбуждённых атомов в среде было больше, чем невозбуждённых (так называемая инверсия населённостей).

В состоянии термодинамического равновесия это условие не выполняется, поэтому используются различные системы накачки активной среды лазера (оптические, электрические, химические и др.).

Первоисточником генерации является процесс спонтанного излучения, поэтому для обеспечения преемственности поколений фотонов необходимо существование положительной обратной связи, за счёт которой излучённые фотоны вызывают последующие акты индуцированного излучения. Для этого активная среда лазера помещается в оптический резонатор. В простейшем случае он представляет из себя два зеркала, одно из которых полупрозрачное — через него луч лазера частично выходит из резонатора. Отражаясь от зеркал, пучок излучения многократно проходит по резонатору, вызывая в нём индуцированные переходы. Излучение может быть как непрерывным, так и импульсным. При этом, используя различные приборы (вращающиеся призмы, ячейки Керра и др.) для быстрого выключения и включения обратной связи и уменьшения тем самым периода импульсов, возможно создать условия для генерации излучения очень большой мощности (так называемые гигантские импульсы. Этот режим работы лазера называют режимом модулированной добротности. Генерируемое лазером излучение является монохроматическим (одной или дискретного набора длин волн), поскольку вероятность излучения фотона определённой длины волны больше, чем близко расположенной, связанной с уширением спектральной линии, а, соответственно, и вероятность индуцированных переходов на этой частоте тоже имеет максимум.

Лазеры и их применение (2)

... энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения. Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Луч лазера может ...

Поэтому постепенно в процессе генерации фотоны данной длины волны будут доминировать над всеми остальными фотонами. Кроме этого, из-за особого расположения зеркал в лазерном луче сохраняются лишь те фотоны, которые распространяются в направлении, параллельном оптической оси резонатора на небольшом расстоянии от неё, остальные фотоны быстро покидают объём резонатора. Таким образом луч лазера имеет очень малый угол расходимости. Наконец, луч лазера имеет строго определённую поляризацию. Для этого в резонатор вводят различные поляроиды, например, ими могут служить плоские стеклянные пластинки, установленные под углом Брюстера к направлению распространения луча лазера.

2.1 Устройство лазера.

Все лазеры состоят из трёх основных частей:

• активной (рабочей) среды;
• системы накачки (источник энергии);

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/ispolzovanie-lazerov-v-meditsine/

• оптического резонатора (может отсутствовать, если лазер работает в режиме усилителя).

Каждая из них обеспечивает для работы лазера выполнение своих определённых функций.

Активная среда

В настоящее время в качестве рабочей среды лазера используются все агрегатные состояния вещества: твёрдое, жидкое, газообразное и даже плазма. В обычном состоянии число атомов, находящихся на возбуждённых энергетических уровнях определяется распределением Больцмана:

здесь N — число атомов, находящихся в возбуждённом состоянии с энергией E , N ₀ — число атомов, находящихся в основном состоянии, k — постоянная Больцмана, T — температура среды. Иными словами таких атомов очень мало, поэтому вероятность того, что фотон, распространяясь по среде вызовет вынужденное излучение также очень мала по сравнению с вероятностью его поглощения. Поэтому электромагнитная волна, проходя по веществу, расходует свою энергию на возбуждение атомов. Интенсивность излучения при этом падает по закону Бугера:

здесь I ₀ — начальная интенсивность, I _l — интенсивность излучения, прошедшего расстояние l в веществе, a ₁ — коэффициент поглощения вещества. Поскольку зависимость экспоненциальная, излучение очень быстро поглощается.

В том случае, когда число возбуждённых атомов больше, чем невозбуждённых (то есть в состоянии инверсии населённостей), ситуация прямо противоположна. Акты вынужденного излучения преобладают над поглощением, и излучение усиливается по закону:

Полупроводниковый инжекционный лазер для применения в лазерной арфе

... достаточной концентрацией возбужденных атомов при пропускании через нее излучения, можно получить режим усиления, если количество образовавшихся фотонов существенно больше потерь на поглощение и рассеяние. Инжекционный лазер представлен на ...

где a ₂ — коэффициент квантового усиления. В реальных лазерах усиление происходит до тех пор пока величина поступающей за счёт вынужденного излучения энергии не станет равной величине энергии, теряемой в резонаторе. Эти потери связаны с насыщением метастабильного уровня рабочего вещества, после чего энергия накачки идёт только на его разогрев, а также с наличием множества других факторов (рассеяние на неоднородностях среды, поглощение примесями, неидеальностью отражающих зеркал, полезное и нежелательное излучение в окружающую среду и пр.).

Система накачки

Для создания инверсной населённости среды лазера используются различные механизмы. В твердотельных лазерах она осуществляется за счёт облучения мощными газоразрядными лампами-вспышками, сфокусированным солнечным излучением (так называемая оптическая накачка) и излучением других лазеров (в частности, полупроводниковых).

При этом возможна работа только в импульсном режиме, поскольку требуются очень большие плотности энергии накачки, вызывающие при длительном воздействии сильный разогрев и разрушение стержня рабочего вещества. В газовых и жидкостных лазерах (см. гелий-неоновый лазер, лазер на красителях) используется накачка электрическим разрядом. Такие лазеры работают в непрерывном режиме. Накачка химических лазеров происходит посредством протекания в их активной среде химических реакций. При этом инверсия населённостей возникает либо непосредственно у продуктов реакции, либо у специально введённых примесей с подходящей структурой энергетических уровней. Накачка полупроводниковых лазеров происходит под действием сильного прямого тока через p-n переход, а также пучком электронов. Существуют и другие методы накачки (газодинамические, заключающиеся в резком охлаждении предварительно нагретых газов; фотодиссоциация, частный случай химической накачки и др.).

На рисунке: а — трёхуровневая и б — четырехуровневая схемы накачки активной среды лазера.

Классическая трёхуровневая система накачки рабочей среды используется, например, в рубиновом лазере. Рубин представляет из себя кристаллкорунда Al ₂ O₃ , легированный небольшим количеством ионовхрома Cr³⁺ , которые и являются источником лазерного излучения. Из-за влияния электрического полякристаллической решётки корунда внешний энергетический уровень хрома E ₂ расщеплён (см. эффект Штарка).

Именно это делает возможным использование немонохроматического излучения в качестве накачки. При этом атом переходит из основного состояния с энергией E ₀ в возбуждённое с энергией около E ₂ . В этом состоянии атом может находиться сравнительно недолго (порядка 10⁻⁸ с), почти сразу происходит безизлучательный переход на уровень E ₁ , на котором атом может находиться значительно дольше (до 10⁻³ с), это так называемый метастабильный уровень. Возникает возможность осуществления индуцированного излучения под воздействием других случайных фотонов. Как только атомов, находящихся в метастабильном состоянии становится больше, чем в основном, начинается процесс генерации.

Типы и характеристики лазеров

... 10…15 угловых градусов. Следующей важной характеристикой лазера является диапазон длин волн, в котором сосредоточено излучение, т.е. монохроматичность. У газовых лазеров монохроматичность очень высокая, она составляет 10-10, ...

Следует отметить, что создать инверсию населённостей атомов хрома Cr с помощью накачки непосредственно с уровня E ₀ на уровень E ₁ нельзя. Это связано с тем, что если поглощение и вынужденное излучение происходят между двумя уровнями, то оба эти процесса протекают с одинаковой скоростью. Поэтому в данном случае накачка может лишь уравнять населённости двух уровней, чего недостаточно для возникновения генерации.

В некоторых лазерах, например в неодимовом, активной средой которого является специальный сорт стекла, легированный ионами неодима Nd ³⁺ , используется четырехуровневая схема накачки. Здесь между метастабильным E ₂ и основным уровнем E ₀ имеется промежуточный — рабочий уровень E ₁ . Вынужденное излучение происходит при переходе атома между уровнями E ₂ и E ₁ . Преимуществом этой схемы является то, что порог генерации достигается, когда населённость метастабильного уровня становится больше населённости рабочего уровня, которая незначительна в состоянии термодинамического равновесия, поскольку последний находится достаточно далеко от основного уровня. Это значительно снижает требования к источнику накачки. Кроме того, подобная схема позволяет создавать мощные лазеры, работающие в непрерывном режиме, что очень важно для некоторых применений.

Оптический резонатор

В ширину

Зеркала лазера не только обеспечивают существование положительной обратной связи, но и работают как резонатор, усиливая одни генерируемые лазером моды, соответствующие стоячим волнам данного резонатора, и ослабляя другие. Если на оптической длине L резонатора укладывается целое (в смысле «не дробное») число полуволн n :

то такие волны, проходя по резонатору не меняют своей фазы и вследствие интерференции усиливают друг друга. Все остальные, близко расположенные волны, постепенно гасят друг друга. Таким образом спектр собственных частот оптического резонатора определяется соотношением:

здесь c — скорость света в вакууме. Интервалы между соседними частотами резонатора одинаковы и равны:

Линии в спектре излучения в силу различных причин (доплеровское уширение, внешние электрические и магнитное поля, квантовомеханическое эффекты и др.) всегда имеют определённую ширину . Поэтому могут возникать ситуации, когда на ширину спектральной линии укладывается несколько собственных частот резонатора. В этом случае излучение лазера будет многомодовым. Синхронизация этих мод позволяет добиться того, чтобы излучение представляло собой последовательность коротких и мощных импульсов. Если же , то в излучении лазера будет присутствовать только одна частота, в данном случае резонансные свойства системы зеркал слабо выражены на фоне резонансных свойств спектральной линии. При более строгом расчёте необходимо учитывать, что усиливаются волны, распространяющиеся не только параллельно оптической оси резонатора, но и под малым углом к ней. Условие усиления тогда принимает вид:

Лазеры в медицине

... излучения за счет вынужденного излучения. Основными характеристиками лазера являются: длина волны, мощность и режим работы, который бывает непрерывным либо импульсным. Лазеры находят широкое применение в ... лазерной техники в медицине 1.1 Принцип действия лазера Основой лазеров служит явление индуцированного излучения, существование которого было постулировано А. Эйнштейном в 1916 г. В квантовых ...

Это приводит к тому, что интенсивность пучка лучей лазера различна в разных точках плоскости, перпендикулярной этому пучку. Здесь наблюдается система светлых пятен, разделённых тёмными узловыми линиями. Для устранения этих нежелательных эффектов используют различные диафрагмы, рассеивающие нити, а также применяют различные схемы оптических резонаторов.

2.2 Классификация лазеров :

— Твердотельные лазеры на люминесцирующихтвёрдых средах (диэлектрическиекристаллы и стёкла).

В качестве активаторов обычно используются ионыредкоземельных элементов или ионы группы железа Fe. Накачка оптическая и от полупроводниковых лазеров, осуществляется по трёх- или четырехуровневой схеме. Современные твердотельные лазеры способны работать в импульсном, непрерывным и квазинепрерывном режимах.

— Полупроводниковые лазеры. Формально также являются твердотельными, но традиционно выделяются в отдельную группу, поскольку имеют иной механизм накачки (инжекция избыточных носителей заряда через p-n переход или гетеропереход, электрический пробой в сильном поле, бомбардировка быстрыми электронами), а квантовые переходы происходят между разрешёнными энергетическими зонами, а не между дискретными уровнями энергии. Полупроводниковые лазеры — наиболее употребительный в быту вид лазеров. Кроме этого применяются в спектроскопии, в системах накачки других лазеров, а также в медицине (см. фотодинамическая терапия).

— Лазеры на красителях. Тип лазеров, использующий в качестве активной среды раствор флюоресцирующих с образованием широких спектроворганических красителей. Лазерные переходы осуществляются между различными колебательными подуровнями первого возбуждённого и основного синглетных электронных состояний. Накачка оптическая, могут работать в непрерывном и импульсном режимах. Основной особенностью является возможность перестройки длины волны излучения в широком диапазоне. Применяются в спектроскопических исследованиях.

— Газовые лазеры — лазеры, активной средой которых является смесь газов и паров. Отличаются высокой мощностью, монохроматичностью, а также узкой направленностью излучения. Работают в непрерывном и импульсном режимах. В зависимости от системы накачки газовые лазеры разделяют на газоразрядные лазеры, газовые лазеры с оптическим возбуждением и возбуждением заряженными частицами (например, лазеры с ядерной накачкой, в начале 80-х проводились испытания систем противоракетной обороны на их основе, однако, без особого успеха), газодинамические и химические лазеры. По типу лазерных переходов различают газовые лазеры на атомных переходах, ионные лазеры, молекулярные лазеры на электронных, колебательных и вращательных переходах молекул и эксимерные лазеры.

— Газодинамические лазеры — газовые лазеры с тепловой накачкой, инверсия населённостей в которых создаётся между возбуждёнными колебательно-вращательными уровнями гетероядерных молекул путём адиабатического расширения движущейся с высокой скоростью газовой смеси (чаще N ₂ +CO₂ +He или N₂ +CO₂ +Н₂ О, рабочее вещество — CO₂ ).

— Эксимерные лазеры — разновидность газовых лазеров, работающих на энергетических переходах эксимерных молекул (димерахблагородных газов, а также их моногалогенидов), способных существовать лишь некоторое время в возбуждённом состоянии. Накачка осуществляется пропусканием через газовую смесь пучка электронов, под действием которых атомы переходят в возбуждённое состояние с образованием эксимеров, фактически представляющих из себя среду с инверсией населённостей. Эксимерные лазеры отличаются высокими энергетическими характеристикам, малым разбросом длины волны генерации и возможности её плавной перестройки в широком диапазоне.

— Химические лазеры — разновидность лазеров, источником энергии для которых служат химические реакции между компонентами рабочей среды (смеси газов).

Лазерные переходы происходят между возбуждёнными колебательно-вращательными и основными уровнями составных молекул продуктов реакции. Для осуществления химических реакций в среде необходимо постоянное присутствие свободных радикалов, для чего используются различные способы воздействия на молекулы для их диссоциации. Отличаются широким спектром генерации в ближней ИК-области, большой мощностью непрерывного и импульсного излучения.

— Лазеры на свободных электронах — лазеры, активной средой которых является поток свободных электронов, колеблющихся во внешнем электромагнитном поле (за счёт чего осуществляется излучение) и распространяющихся с релятивистской скоростью в направлении излучения. Основной особенностью является возможность плавной широкодиапазонной перестройки частоты генерации. Различают убитроны и скаттроны, накачка первых осуществляется в пространственно-периодическом статическом поле ондулятора, вторых — мощным полем электромагнитной волны. Существуют также мазеры на циклотронном резонансе и строфотроны, основанные на тормозном излучении электронов, а также флиматроны, использующие эффект черенковского и переходного излучений. Поскольку каждый электрон излучает до 10 ⁸ фотонов, лазеры на свободных электронах являются, по сути, классическими приборами и описываются законами классической электродинамики.

— Квантовые каскадные лазеры − полупроводниковые лазеры, которые излучают в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне. В отличие от обычных полупроводниковых лазеров, которые излучают посредством вынужденных переходов между разрешенными электронными и дырочными уровнями, разделенными запрещенной зонойполупроводника, излучение квантовых каскадных лазеров возникает при переходе электронов между слоями гетероструктуры полупроводника и состоит из двух типов лучей, причем вторичный луч обладает весьма необычными свойствами и не требует больших затрат энергии.

• Другие виды лазеров, развитие принципов которых на данный момент является приоритетной задачей исследований (рентгеновские лазеры, гамма-лазеры и др.).

3. Лазеры в медицине

С появлением промышленных лазеров наступила новая эра в хирургии. При этом пригодился опыт специалистов по лазерной обработке металла. Приваривание лазером отслоившейся сетчатки глаза — это точечная контактная сварка; лазерный скальпель — автогенная резка; сваривание костей — стыковая сварка плавлением; соединение мышечной ткани — тоже контактная сварка. Для того чтобы лазерное излучение оказало какое-либо действие, надо, чтобы ткань его поглощала. Самый популярный лазер в хирургии — углекислотный. Другие лазеры монохроматичны, то есть нагревают, разрушают или сваривают только некоторые биологические ткани с вполне определенной окраской. Например, луч аргонового лазера свободно проходит через матовое стекловидное тело и отдает свою энергию сетчатке, цвет которой близок к красному. Углекислотный лазер пригоден в большинстве случаев, например когда нужно рассечь или приварить друг к другу ткани разного цвета. Однако при этом возникает другая проблема. Ткани насыщены кровью и лимфой, содержат много воды, а излучение лазера в воде теряет энергию. Увеличить энергию лазерного луча можно, но это может привести к прожигу тканей. Создателям хирургических лазеров приходится прибегать к всевозможным уловкам, что сильно удорожает аппаратуру. Специалистам по сварке металлов давно известно, что при резке пакета тонких металлических листов необходимо, чтобы они плотно прилегали друг к другу, а при точечной контактной сварке для тесного контакта свариваемых деталей необходимо дополнительное давление. Этот метод был использован и в хирургии: профессор О. И. Скобелкин и его соавторы предложили при сварке тканей слегка их сдавливать, чтобы вытеснить кровь. Для осуществления нового способа был создан целый набор инструментов, который применяется сегодня в желудочно-кишечной хирургии, при операциях на желчных путях, селезенке, печени, легких.

3.1 Стоматология

Анализ литературных данных по лечению заболеваний слизистой оболочки рта и пародонта показывает, что некоторые средства, особенно антибиотики и стероидные препараты, изменяют окислительно-восстановительный потенциал слюны, ослабляют активность лизоцима, способствуют развитию аллергических реакций, обусловливают снижение резистентности организма к патогенным воздействиям. Все это затрудняет течение и лечение патологического процесса в слизистой оболочке рта и пародонте. Эти факторы вызывают необходимость изыскания новых методов лечения – без применения лекарственных средств. Одним из них является физиотерапия, а среди наиболее эффективных – низкоинтенсивное лазерное излучение. Лазерное излучение достоверно повышает пролиферативную активность клеток в 1,3-3,5 раза. Было установлено, что НИЛИ оказывает на травматический дефект слизистой оболочки рта противовоспалительное действие, способствует ускорению эпителизации и органоспецифическому восстановлению тканей слизистой оболочки а области дефекта. Такой эффект, в первую очередь, обусловлен интенсификацией синтеза ДНК клетках. Установлено, что в момент облучения интенсивность кровоснабжения возрастает на 20%. Оптимальная вазоконстрикторная доза облучения составляла 100 мВт/см ² (для ГНЛ) при экспозиции 2 мин (12 Дж/см² ) [. Александров М.Т, Прохончуков А.А., 1981]. С развитием констрикторной реакции некоторые исследователи связывают и аналгезирующий эффект лазерного облучения, наблюдаемый в клинике. В эксперименте на модели посттравматической регенерации слизистой оболочки языка отмечена более быстрая и лучшая эпителизация раны после воздействия светом гелий-неонового лазера (плотность мощности 200 мВт/см² при однократном и 1 мВт/см² при ежедневном воздействии) [Виноградов А.В. и др.,1990]. Исследования ультраструктуры десны после 1, 3 и 6 сеансов ежедневного облучения светом ГНЛ, показали наличие выраженной реакции со стороны основных элементов десны. В эпителиальных клетках рогового слоя увеличивается количество светлых вакуолей и сильно осмированных глыбок, а в зернистом слое – число осмированных гранул. В мышечных волокнах появляется большое количество митохондрий, в кровеносных сосудах определяются скопления эритроцитов. Все это указывает на усиление синтеза веществ в клетках под влиянием НИЛИ [Зазулевская Л.Я. и др., (1990)]. По итогам проведенных исследований определены спектр действия и параметры для непрерывного излучения с длиной волны 0,63 мкм (лазерная головка КЛО4 для АЛТ «Матрикс»), оказывающие противовоспалительный (сосудистый), стимулирующий клеточную пролиферацию и ингибирующий эффекты. Так, стимуляция клеточной пролиферации наблюдается при плотности мощности от 10 до 100 мВт/см² , экспозиции на одно поле от 30 с до 5 мин; противовоспалительное и аналгезирующее действие – при плотности мощности 100-200 мВт/см² , экспозиции на одно поле 2-5 мин; ингибирующее действие – при плотности мощности 100-400 мВт/см² и экспозиции 1-6 мин. Следует отметить, что указанные величины плотности мощности лазерного излучения достигаются с помощью специальных световодов. Импульсные полупроводниковые лазеры, в частности излучающие головки инфракрасного спектра (ЛО4) к АЛТ «Матрикс», позволяют в большинстве случаев обходиться и без световодов. Когда воздействие проводится на проекцию зоны поражения с применением зеркальных и зеркально-магнитных насадок. Это зачастую эффективнее и не требует таких высоких плотностей мощности. Особенности импульсного инфракрасного (ИК) излучения позволяют реализовать методики лазерной терапии с более высокой эффективностью при значительно меньшей энергетической нагрузке (плотности мощности).

Показано, что лазерное импульсное ИК излучение стимулирует процессы пролиферативной активности клеточных структур в дозе от 0,03-0,86 Дж/см² с максимальным эффектом при дозе 0,22 Дж/см² . Тогда как для ГНЛ (непрерывное излучение красного спектра) максимальный эффект достигается при 3 Дж/см² . Применение же в комплексном лечении больных с одонтогенными флегмонами лица сочетанноговоздействия излучениями обоих видов позволяет получить наилучшие результаты лечения, сократить продолжительность нетрудоспособности в среднем на 8 суток [Платонова В.В., 1990]. Импульсное ИК лазерное излучение в сочетании постоянным с магнитным полем 35-50 мТл можно эффективно использовать на всех этапах ортодонтического лечения. Отсутствие осложнений и рецидивов, повышение производительности труда врачей и среднего медицинского персонала в целом дает общий экономический эффект 36-43% [Кузнецова М.А., 2000]. Применение низкоинтенсивного импульсного лазерного света за счет общего (общеоздоровительного) действия расширяет показания для ортодонтического лечения зубочелюстных аномалий:

• при различных неблагоприятных условиях (гингивиты при тесном положении зубов, недостаточной гигиене полости рта, ювенильные, травматические;
• пародонтиты);

• при выраженных воспалительно-дистрофических осложнениях в пародонте перемещаемых зубов, а также у ослабленных детей с нарушением иммунного статуса (иммунодефициты, аллергические явления, сенсибилизация, гормонально-иммунологические расстройства и т. П.);
• при подготовке к активному ортодонтическому лечению.

НИЛИ статистически достоверно позволяет купировать воспалительные процессы в 1,6 раз быстрее (в среднем на 4-6 дней) по сравнению с традиционными способами, что в свою очередь сокращает подготовительный этап в 2,3 раза, создавая оптимальные условия для начала ортодонтического лечения;

• при удалении отдельных постоянных зубов по ортодонтическим показаниям, обнажении коронок ретенированных зубов, пластике уздечки языка и уздечек губ, углублении преддверия полости рта. Применение низкоинтенсивного импульсного ИК НИЛИ в противовоспалительных и стимулирующих регенерацию дозах позволяет ускорить заживление послеоперационных ран мягких тканей полости рта без образования тяжей и рубцовых изменений в среднем на 4-5 дней по сравнению с обычными способами;

— при устранении зубочелюстных аномалий с применением современной несъемной техники лазерная терапия позволяет ликвидировать болевой синдром после фиксации и активирования элементов аппарата, предотвратить возможное ответное травматическое воспаление в области приложения ортодонтических сил, облегчая период физиологической и психологической адаптации к ортодонтическому аппарату и сокращая (в среднем на 6±1,2 месяца по сравнению с обычными способами) общие сроки лечения.

Показания

3.2 Хирургия

В настоящее время трудно представить прогресс в медицине без лазерных технологий, которые открыли новые возможности в разрешении многочисленных медицинских проблем.

Изучение механизмов воздействия лазерного излучения различных длин волн и уровней энергии на биологические ткани позволяет создавать лазерные медицинские многофункциональные приборы, диапазон применения которых в клинической практике стал настолько широким, что очень трудно ответить на вопрос: для лечения каких заболеваний лазеры не применяют? Развитие лазерной медицины идет по трем основным ветвям: лазерная хирургия, лазерная терапия и лазерная диагностика. Нашей областью деятельности являются лазеры для применений в хирургии и косметологии, имеющие достаточно большую мощность для разрезания, вапоризации, коагуляции и других структурных изменений в биоткани.

В ЛАЗЕРНОЙ ХИРУРГИИ

• ..применяются достаточно мощные лазеры со средней мощностью излучения десятки ватт, которые способны сильно нагревать биоткань, что приводит к ее резанию или испарению. Эти и другие характеристики хирургических лазеров обуславливают применение в хирургии различных видов хирургических лазеров, работающих на разных лазерных активных средах. Уникальные свойства лазерного луча позволяют выполнять ранее невозможные операции новыми эффективными и минимально инвазивными методами. Хирургические лазерные системы обеспечивают: эффективную контактную и бесконтактную вапоризацию и деструкцию биоткани;

• сухое операционное поле;
• минимальное повреждение окружающих тканей;
• эффективный гемо- и аэростаз;
• купирование лимфатических протоков;
• высокую стерильность и абластичность;
• совместимость с эндоскопическими и лапароскопическими инструментам

Это дает возможность эффективно использовать хирургические лазеры для выполнения самых разнообразных оперативных вмешательств в урологии, гинекологии, оториноларингологии, ортопедии, нейрохирургии и т. д. По нашему убеждению, наилучшим выбором для хирурга по своим физическим свойствам является гольмиевый лазер. Поэтому основное внимание мы уделяем именно Гольмиевым лазерам в хирургии.

3.3 Сосудистые заболевания кожи

Лечение широкого круга дерматологических заболеваний и чрезкожная неинвазивная сосудистая хирургия могут эффективно проводиться с помощью косметического КТР-лазера:

Винные пятна Гемангиомы Телеангиоэктазия Ангиомы Розовые угри Венозные мальформации «Кофейные» пятна Лентиго Веснушки Невусы Себорейный кератоз Угольные татуировки

КТР — лазер

— это хорошо известный неодимовый лазер на гранате (Nd:YAG), спаренный с нелинейным кристаллом титанил фосфата калия (КТР), который удваивает частоту излучаемого света до получения длины волны 532 нм, расположенной в зеленой области спектра. Лазерное лечение сосудистых нарушений основано на тепловом воздействии лазерного излучения на сосуды без изменения структуры прилегающих тканей. Зеленое излучение КТР-лазера проникает сквозь поверхностные слои кожи и хорошо поглощается гемоглобином крови. В результате в поврежденном кровеносном сосуде происходит выделение большого количества тепла, кровь свертывается, а внутренняя стенка разрушается. В дальнейшем патологический сосуд зарастает соединительной тканью, а кожа обретает естественный цвет. На практике при этом важно учитывать время тепловой релаксации сосуда, которое соответствует периоду, необходимому для передачи тепла за пределы сосуда. Это время зависит, прежде всего, от диаметра сосуда и может изменяться от 1 мс (для сосуда диаметром 50 мкм) до 80 мс (для сосуда диаметром 400 мкм).

При облучении слишком короткими импульсами очень интенсивным лазером кровеносный сосуд поглощает достаточно большое количество энергии, которая не успевает рассеиваться. Из-за этого внутри сосуда значительно повышаются температура и давление, что приводит к разрыву его стенки и к микрокровоизлиянию. Клинически это проявляется в виде пурпуры или микрогеморрагий. С увеличением длительности лазерного импульса можно получить режим селективной коагуляции , когда при постепенном повышении температуры стенки сосуда происходит его спаивание и исчезновение. Длительность импульса при этом должна быть больше, чем время релаксации сосуда, но ограниченной, иначе большое количество тепла напрасно рассеивается наружу, и в обширной зоне окружающей дермы могут произойти значительные изменения. На месте лазерного воздействия восстанавливается естественный цвет кожного покрова. Ткани вокруг сосуда практически не поглощают излучение лазера и остаются неповрежденными, поэтому после операции не происходит образования рубцов.

3.4 Фотоомоложение кожи

При поглощении излучения КТР-лазера гемоглобином крови помимо фотокоагуляции кровеносных сосудов и очищения кожи от пигментных и васкулярных поражений можно получить и другой эффект — фотоомоложение кожи. Фотоомоложение — это видимое улучшение состояния кожи при помощи лазера или другого источника света. Что происходит непосредственно в коже при облучении ее мощными световыми импульсами? При поглощении света и нагревании стенок сосудов те в свою очередь передают тепло наружу. Селективное нагревание дермального коллагена (до температуры 55 град. С) вызывает стимуляцию в соединительной ткани особых клеток — фибробластов, которые начинают активно синтезировать новый коллаген. Таким образом, в увядающей коже возникают новые волокна коллагена и эластина, и она вновь обретает молодой, свежий вид. Синтез нового коллагена это биохимический процесс, требующий определенного времени, поэтому результат становится заметным не сразу. Всего может потребоваться 3 — 6 сеансов с интервалом в 3 недели. После курса процедур происходит улучшение цвета и структуры кожи, лицо подтягивается, улучшаются его контуры, сужаются поры. Благодаря общему лифтингу разглаживаются мелкие и средние морщины. Таким образом, фотоомоложение с помощью КТР-лазера — это новый и эффективный неинвазивный метод омоложения кожи с минимальным риском и без длительного периода восстановления для пациента.

Лазерные технологии для дерматологии СО 2 — и эрбиевые лазеры

поверхностная шлифовка и полировка кожи разглаживание морщин на коже лица, шеи, рук удаление рубцов, шрамов сглаживание угревых кратеров пигментные пятна (лентиго, невусы, хлоазмы и др.) удаление бородавок, папиллом кератозы, келоиды, фибромы, ксантелазмы

Лазерная дермабразия — это:

• малая травматичность проводимых операций;
• минимальное тепловое повреждение и быстрое восстановление кожного покрова;
• минимальный риск послеоперационных рецидивов и осложнений;
• быстрое заживление ран

Механизм действия пилинга

-..основан на способности кожи к быстрому самовосстановлению. Любое травмирующее воздействие — ожог, ссадина, порез — вызывает незамедлительную реакцию организма. При малейшей травме на защиту бросаются все силы — начинается процесс регенерации. Однако при восстановлении кожного покрова старые материалы не используются. Дело в том, что при травме происходит уничтожение деформированных клеток, а деятельность молодых и здоровых поощряется как никогда. Конечно, помимо регенерации в коже непрерывно протекают и другие процессы обновления. Это, например, программа деятельности кератиноцитов — основных клеток эпидермиса. По сути эпидермис состоит из слоев кератиноцитов разного возраста. И каждый слой выполняет свою физиологическую задачу (скажем, самый верхний роговой — это плотный защитный барьер из отмерших клеток).

С годами в жизненной программе кератиноцитов могут начаться сбои, тогда клетки вместе с накопленными повреждениями задерживаются в промежуточном слое. Исходящий от них негатив (как инфекционные болезни) неминуемо сказывается на деятельности других клеток.

В результате замедляется клеточное деление в живых тканях (они истончаются), а роговой слой, наоборот, утолщается, придавая коже вид пергамента. В этой ситуации пилинг также сослужит хорошую службу, одновременно создавая предпосылки к тщательному очищению верхнего барьера и способствуя проведению контролируемого процесса обновления. Вызываемое отшелушивание кожи как искусственное повреждение эпидермиса, проводится по избирательно-бережным методикам, без боли и дискомфорта. Если регенерация происходит нормально, то кожа после реабилитации выглядит гораздо лучше. Ороговевший слой становится более тонким и однородным, а дерма упругой.

3.5 Удаление татуировок и пигментных пятен

Татуировки обычно легче сделать, чем удалить. Мода на татуировки прошла через многие страны. До 20 миллионов американцев имеют сейчас многоцветные украшения на различных частях тела, и опросы показывают, что по крайней мере половина из них хотят избавиться от этого легкомысленного поступка в молодости. Наша страна не испытала пока повального увлечения татуировкой, но не следует игнорировать опыт других. Существует много способов удаления красящего вещества из кожи, основанных на различных механизмах деструктивного воздействия. Все эти методы были основаны на одном принципе — удалении участков кожи с татуировкой: дермабразия кожи с помощью алмазной фрезы, хирургические иссечения, химическое удаление изображения путем инъекции специальных кислот, криохирургия. Однако косметический результат после такого удаления оставляет желать лучшего: слишком высока вероятность появления эстетически неприемлемых рубцов, которые могут оказаться еще более нежелательными, чем сама татуировка. Лазерное удаление татуировок За последние годы существенный прогресс приобрел метод лазерного выведения татуировок. За это время был получен огромный клинический материал, а лазерные методы стали наиболее продвинутыми, если не единственно приемлемыми с точки зрения получаемого косметического результата, способами выведения татуировок. Для разрушения красителей, составляющих основу татуировки, лазер должен излучать такой свет, который поглощается данным красителем. Для этого используется специальный режим работы лазера «с модуляцией добротности» (Q-switched), который позволяет добиться высокой мощности лазерных импульсов за счет укорочения их длительности. Для вывода излучения в таких лазерах используется шарнирный зеркальный световод, позволяющий доставить лазерное излучение к рабочему инструменту врача. Гранулы красителей тату избирательно поглощают лазерное излучение, разбиваются на мелкие фрагменты и постепенно выводятся через лимфатическую систему. По сравнению с другими методами лазерное удаление татуировок является более безопасным методом, так как лазерное излучение воздействует только на краситель, а не на окружающую кожу. Лазер позволяет выводить татуировки без рубцов и шрамов. Для полного выведения большинства татуировок и дермальных пигментаций требуется проведение 2 — 5 сеансов. Для выведения больших по площади татуировок может потребоваться более 10 сеансов. Количество сеансов зависит от нескольких факторов, таких как возраст татуировки, ее размеры и расположение, глубина, тип и цвет пигмента. Трудны для выведения зеленые и желтые татуировки. Обычно профессионально выполненные татуировки требуют больше сеансов по их удалению, чем любительские. Встречаются такие стойкие виды красителей, которые остаются видными после серии процедур, хотя и значительно обесцвечиваются. 3.6 Применение лазера в лечении ЛОР-заболеваний В настоящее время лазерное излучение все чаще и чаще находит применение в медицине, в том числе и влечении ЛОР-заболеваний. Положительные характеристики применения лазера состоят в том, что он уменьшает воспалительную реакцию, обладает выраженным анальгезирующим (обезболивающим) эффектом, а также при этом происходит более активное восстановление пораженной ткани. Применяемые в медицине режимы лазерного излучения не оказывают вредного влияния на организм в целом. Разрушение тканей лазером практически бескровно, что связано с коагуляцией (свертыванием) крови в просвете капилляров в зоне коагуляционного некроза и образованием так называемого лазерного тромба. Среди патологических состояний глотки, требующих лазерной коррекции наибольший интерес представляют различные новообразования, хронический гипертрофический боковой и гранулезный фарингит (воспаление глотки), остатки небных миндалин после перенесенной ранее тонзиллэктомии (удаления гланд) и ронхопатия. Применение лазера для лечения патологии глотки значительно эффективнее традиционных методов хирургии: вмешательство не дает осложнений в послеоперационном периоде, оно легко переносится больными, является максимально щадящим к тканям, не требует проведения антибактериальной и противовоспалительной терапии в послеоперационном периоде, не нарушает трудоспособность больных. Для эндоскопической коррекции патологии полости носа широко применяется диодный лазер. Он успешно используется для лечения таких заболеваний, как: хронический гипертрофический ринит, особенно при увеличении средних и задних концов носовых раковин, рубцовые процессы полости носа после перенесенных ранее хирургических вмешательств и травм, полипозный этмоидит (воспаление решетчатой пазухи, сочетающееся наличием в ее полости полипов), рецидивирующий полипоз носа, рецидивирующие носовые кровотечения, новообразования. Довольно широкое распространение в последнее время получила лазерная хирургия гортани. Лазер помогает справиться с такой патологией, как различные доброкачественные и злокачественные новообразования гортани, последствия хронических воспалительных заболеваний гортани, а также различные формы нарушения иннервации ее, т.е. параличи и парезы. Грануляции или рубцовые ткани гортани полностью «выпариваются» лазером. При этом для визуального контроля за процессом лазерной хирургии используется эндоскопическая техника. После такой операции, как трахеотомия, а также такой манипуляции, как интубация трахеи, при длительном нахождении канюли или интубационной трубки в гортани на ее поверхности может образоваться так называемая гранулема. Лечение постинтубационных и посттрахеотомических гранулем гортани и трахеи с помощью лазера также весьма эффективно, так как. в большинстве случаев позволяет полностью восстановить просвет дыхательных путей. Весьма успешно применение лазерной хирургии в лечении таких заболеваний уха, как: новообразования, посттравматические деформации, хронический гнойный средней отит. В хирургии ЛОР-болезней имеется большое количество методов и способов коррекции гиперпластических процессов, которые характеризуются разрастанием патологический ткани, а также сужений и различных дефектов наружного и среднего уха. Лазерная хирургия широко применяется и для лечения этой патологии. В области наружного слухового прохода наиболее часто встречаются папилломы и гемангиомы, которые легко удаляются лазером. Этим же методом лазерной хирургии проводится удаление полипов и грануляций (разрастаний соединительной ткани) из полости среднего уха с большими дефектами барабанной перепонки при таком заболевании, как хронический гнойный средний отит. Особое место в хирургии гиперпластических процессов наружного уха занимают келлоидные рубцы ушных раковин. Традиционная хирургия не способна полностью решить эту проблему. При этом отмечается большое число рецидивов. Введение в практику лазерной хирургии лечение келлоидных рубцов стало более эффективным. С помощью лазера и операционного микроскопа во многих случаях удается очень экономно иссечь келлоидный рубец с неплохим косметическим эффектом. При этом риск рецидива в послеоперационном периоде низок. Весьма ценным эндоскопические вмешательства с применением лазера оказываются при микрохирургических операциях в барабанной полости, когда необходимо с большой точностью удалять микроскопические участки патологических тканей, не разрушая при этом целостности тонких анатомических структур среднего и внутреннего уха. Некоторые из нас страдают от постоянного покраснения глаз (когда видны красные вены), даже если Вы хорошо выспались! Некоторые пытаются применить различные медицинские препараты, но безуспешно. Причем, мы уверены, что сами покраснения не вызваны сухостью глаз либо аллергической реакцией на какой-то продукт. Что говорят по этому поводу ведущие офтальмологи… 3.7 Офтальмология Во-первых, всем необходимо знать, что если видны красные венки в глазу — это вполне нормальное явление, и из этого ненужно делать трагедию! Некоторые, как только видят красные венки, пытаются применять различные препараты, которые «обещают» справиться с данной проблемой, и забывают проконсультироваться с врачом. Но как утверждают специалисты, применение некоторых препаратов (к примеру, известный всем Visin) которые уменьшают венки, делают их менее заметными, способно привести к совершенно обратному результату: по завершению применения препарата вены могут еще больше расшириться и стать более заметными. Расширение вен — это вечная проблема, с которой сталкиваются люди, которые постоянно применяют (злоупотребляют!) какие-то глазные медицинские препараты. Причины постоянной красноты глаз: Хроническая краснота глаз может быть вызвана определенным видом раздражения. Наиболее часто покраснение глаз вызывает их сухость и аллергия. Сухость глаз не всегда способна вызывать их покраснение. Кроме того, с сухостью глаз (на ранней и средней стадии) отлично справляются специальные капли против сухости глаз. Для людей, страдающих от тяжелой формы сухости глаз, в клинике предлагают специальную процедуру (пунктационная обтурация). При данной процедуре, небольшая пластиковая «пробка», напоминающая миниатюрную метку для мяча в гольфе, помещается в одни из двух каналов, который проходит от глаза к носу. Эта перегородка препятствует попаданию слезы в нос, тем самым, задерживая ее дольше в самом глазу. Аллергия — еще одна типичная причина красноты глаз. Самое оптимальное лечение красноты глаз аллергического происхождения — содержать пациента в таких условиях, где бы не было предметов, способных вызвать аллергию. Однако, как известно, порой бывает очень сложно определить, чем же вызвана аллергия. Порой аллергию могут спровоцировать линзы, которые Вы носите. На рынке имеются медицинские препараты, которые снижают некоторые аллергические реакции. Если краснота вызвана линзами, то на сегодняшний день есть такая услуга как лечение лазером. В итоге, зрение практически полностью восстанавливается, и отпадает всякая необходимость в использовании линз либо очков. Краснота глаз может быть также вызвана большой нагрузкой на глаза, просиживанием часами у компьютера, нехваткой витамина А. В любом случае, перед тем как принять те или иные капли, снимающие красноту глаз, следует непременно проконсультироваться с врачом, пройти обследование и лишь затем отправляться в аптеку за медикаментами. 4. Заключение Свет использовался для лечения разнообразных болезней испокон веков. Недаром Эскулап – бог медицины – был сыном бога света Феба Аполлона. Древние греки и римляне часто «принимали солнце» в качестве лекарства. И список болезней, которые приписывалось лечить светом, был достаточно велик. В наше время лазер важный прибор, без которого мы непредставляем своей жизни. Наука развивается широкими шагами. Нам надо только следить за ее успехами и применять достижения в повседневной жизни. Одно из главный новшеств в медицине, связано с лазерами. Ведь теперь с их помощью можно проводить операции без больших разрезов, без боязни занести инфекцию. Такой вид лечения позволит больным принимать меньше таблеток и препаратов, что позволит уменьшить нагрузку на их печень и почки. В конце я бы хотел сказать, что у меня есть надежда, что в будущем , если мне понадобится медицинская помощь, то она будет оказываться с помощью лазера. Список литературы: [Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/ispolzovanie-lazerov-v-meditsine/ 1.Бруннер В. Справочник по лазерной технике: Пер. с нем. . — М.: Энергоатомиздат, 1991 2.Звелто О. Принципы лазеров . — М.: Мир, 1990 3.Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения . — М.: Радио и связь, 1981