Zastosowanie promieniowania laserowego w medycynie. Rodzaje laserów chirurgicznych

Choć w zasadzie same technologie laserowe nie są w medycynie niczym nowym, pojawienie się urządzeń o nowej długości fali, nowoczesne urządzenia i oprzyrządowanie zasadniczo zmieniły rolę laserów w chirurgii i podejście do nich.

nieobeznani z technologią laserową, już niedługo nie będą w stanie konkurować z tymi, którzy posiadają konkretną wiedzę i doświadczenie w tej dziedzinie. Chirurgia zapewnia idealne środowisko do wprowadzenia nowych technologii, które pozwalają różne procedury i interwencje bez specjalnych urządzeń, przy minimalnym dyskomforcie dla pacjenta, a także skracają czas pobytu w szpitalu.

Oczywiście musimy być niezmiernie wdzięczni Bohrowi za pomysł rezonatorów optycznych, Einsteinowi za ideę promieniowania wymuszonego (stymulowanego, indukowanego) i wielu innym badaczom za wszystkie koncepcje fizyki, które stworzyły możliwy rozwój lasery. Termin laser jest skrótem utworzonym z pierwszych liter następujących słów i znaczeń: wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania - wzmocnienie światła przez promieniowanie indukowane. Koncepcję emisji wymuszonej można w prosty sposób zilustrować możliwością wizualizacji jednostki energii (cieplnej, elektrycznej) pochłoniętej przez atom, cząsteczkę lub jon ośrodka laserowego, który w stanie podstawowym może być cieczą lub ciałem stałym. Atom, cząsteczka lub jon następnie przechodzi na wyższy poziom energii.

Wiązka laserowa ma trzy unikalne właściwości: ma określony kierunek z małym odchyleniem, spójność, co oznacza, że ​​każda fala o określonej długości rozchodzi się w tej samej fazie co wszystkie inne fale oraz monochromatyczność. Wiązkę lasera można ogniskować za pomocą układu soczewek lub, ponieważ wiązka lasera należy do widma krótkich długości fal, można ją propagować światłowód, docierając do odległych obiektów przy minimalnych stratach energii.

Większość laserów medycznych wykorzystuje obecnie energię elektryczną jako główne i początkowe źródło energii. Ponieważ podczas wytwarzania energii lasera wytwarzają dużo ciepła, podczas ich używania należy zastosować mechanizm chłodzący za pomocą powietrza lub wody.Tak więc, z kilkoma wyjątkami (głównie małe lasery CO), większość laserów jest obecnie dość nieporęczna i wymaga specjalne styki i połączenia z instalacjami elektrycznymi i wodno-kanalizacyjnymi.

Niektóre lasery, cieszące się coraz większą popularnością, są obecnie stosowane w połączeniu z końcówkami, co pozwala na uzyskanie określonego efektu chirurgicznego w kontakcie z tkanką. Zasadniczo energia lasera nagrzewa końcówkę, która następnie działa dzięki wytworzonemu ciepłu. Wiele nowoczesnych laserów może przekazywać swoją energię poprzez cienkie, elastyczne włókna kwarcowe; włókna te są w stanie przejść przez światło nawet najmniejszych endoskopów, dzięki czemu takie lasery idealnie nadają się do stosowania w chirurgii.

Zastosowanie technologii laserowych w interwencjach chirurgicznych ma znaczną przewagę nad innymi tradycyjnymi metodami.

Jednym z obszarów, gdzie laser zaczęto stosować przede wszystkim w medycynie, były różnego rodzaju anomalie naczyniowe skóry i tkanki podskórnej, brodawki. Laser wykorzystuje się także do fotoodmładzania i niechirurgicznej liposukcji. Za pomocą technologii laserowych szczególnie często leczy się anomalie naczyniowe: plamy z wina porto, naczyniaki gwiaździste, teleangiektazje, ziarniniaki ropne, angiokeratoma, plamy typu cafe-au-lait itp. Plamy z wina o różnych kolorach można skutecznie wyleczyć lub przynajmniej znacznie zmniejszyć. W większości tych przypadków dobry efekt uzyskuje się przy braku powikłań i niepożądanych reakcji ubocznych.

Naczyniaki skórne okolicy twarzy związane ze stwardnieniem guzowatym również dobrze reagują na terapię laserową i w przeciwieństwie do dużych krwiaków wymagających wielokrotnych aplikacji lasera, w przypadku tych małych naczyniaków zwykle wystarcza jedna sesja.

Podczas leczenia powierzchownego zmiany skórne Terapię rozpoczynamy od lasera o stosunkowo małej mocy. Pacjenci odczuwają minimalny dyskomfort, ale czasami mogą tworzyć się pęcherze. W większości przypadków rezultaty pojawiają się już po 3 tygodniach i staje się jasne, czy konieczne jest ponowne użycie lasera, czy też nie. Lasery w medycynie pozwalają w ciągu kilku tygodni osiągnąć takie same rezultaty, jakie można zaobserwować dopiero po kilku latach, przy oczekiwanym leczeniu i spontanicznej ewolucji.

Artykuł przygotował i zredagował: chirurg

W medycynie systemy laserowe znalazły zastosowanie w postaci skalpela laserowego. O jego zastosowaniu do operacji chirurgicznych decydują następujące właściwości:

Powoduje stosunkowo bezkrwawe nacięcie, ponieważ jednocześnie z rozcięciem tkanki koaguluje brzegi rany, „zgrzewając” niezbyt duże naczynia krwionośne;

Skalpel laserowy jest trwały właściwości tnące. Kontakt z twardym przedmiotem (np. kością) nie powoduje unieruchomienia skalpela. Dla mechanicznego skalpela taka sytuacja byłaby śmiertelna;

Wiązka lasera, dzięki swojej przejrzystości, pozwala chirurgowi zobaczyć operowany obszar. Ostrze zwykłego skalpela, a także ostrze noża elektrycznego, zawsze w pewnym stopniu blokują chirurgowi pole robocze;

Wiązka lasera przecina tkankę na odległość, nie wywierając na nią żadnego mechanicznego wpływu;

Skalpel laserowy zapewnia absolutną sterylność, ponieważ z tkanką oddziałuje jedynie promieniowanie;

Wiązka lasera działa ściśle lokalnie, parowanie tkanki następuje tylko w ognisku. Przylegające obszary tkanek ulegają uszkodzeniu znacznie mniej niż przy użyciu mechanicznego skalpela;

Praktyka kliniczna wykazała, że ​​rana zadana skalpelem laserowym prawie nie boli i szybciej się goi.

Praktyczne zastosowanie laserów w chirurgii rozpoczęło się w ZSRR w 1966 roku w Instytucie A.V. Wiszniewskiego. Do operacji narządów wewnętrznych klatki piersiowej i jamy brzusznej stosowano skalpel laserowy. Obecnie promienie lasera wykorzystywane są do wykonywania operacji plastycznych skóry, operacji przełyku, żołądka, jelit, nerek, wątroby, śledziony i innych narządów. Bardzo kuszące jest wykonywanie operacji za pomocą lasera na narządach zawierających dużą liczbę naczyń krwionośnych, na przykład na sercu i wątrobie.

Charakterystyka niektórych typów laserów.

Obecnie istnieje ogromna różnorodność laserów różniących się ośrodkami aktywnymi, mocami, trybami pracy i innymi cechami. Nie ma potrzeby ich wszystkich opisywać. Dlatego oto krótki opis laserów, który w miarę w pełni odzwierciedla charakterystykę głównych typów laserów (tryb pracy, metody pompowania itp.)

Laser rubinowy. Pierwszym kwantowym generatorem światła był laser rubinowy, stworzony w 1960 roku.

Substancją roboczą jest rubin, czyli kryształ tlenku glinu Al 2 O 3 (korund), do którego wprowadza się tlenek chromu Cr 2 Oz jako zanieczyszczenie podczas wzrostu. Czerwony kolor rubinu wynika z jonu dodatniego Cr +3. W sieci krystalicznej Al 2 O 3 jon Cr +3 zastępuje jon Al +3. W rezultacie w krysztale pojawiają się dwa pasma absorpcji: jedno w zielonej, drugie w niebieskiej części widma. Gęstość czerwonego koloru rubinu zależy od stężenia jonów Cr +3: im wyższe stężenie, tym grubszy czerwony kolor. W ciemnoczerwonym rubinie stężenie jonów Cr +3 sięga 1%.

Oprócz pasm absorpcyjnych niebieskiego i zielonego istnieją dwa wąskie poziomy energii E 1 i E 1 ', z których po przejściu do poziomu głównego emitowane jest światło o długości fali 694,3 i 692,8 nm. Szerokość linii wynosi około 0,4 nm w temperaturze pokojowej. Prawdopodobieństwo wymuszonych przejść dla linii 694,3 nm jest większe niż dla linii 692,8 nm. Dlatego łatwiej jest pracować z linią 694,3 nm. Jednak możliwe jest również wygenerowanie linii o długości 692,8 nm, jeśli zastosuje się specjalne zwierciadła, które mają duży współczynnik odbicia dla promieniowania l = 692,8 nm i mały dla l = 694,3 nm.

Kiedy rubin jest naświetlany białym światłem, niebieska i zielona część widma jest pochłaniana, a czerwona część jest odbijana. Laser rubinowy wykorzystuje pompowanie optyczne za pomocą lampy ksenonowej, która wytwarza błyski światła o dużej intensywności, gdy przechodzi przez nią impuls prądu, podgrzewając gaz do kilku tysięcy kelwinów. Ciągłe pompowanie jest niemożliwe, ponieważ lampa nie jest w stanie wytrzymać ciągłej pracy w tak wysokiej temperaturze. Powstałe promieniowanie ma swoją charakterystykę zbliżoną do promieniowania ciała całkowicie czarnego. Promieniowanie jest pochłaniane przez jony Cr+, które w efekcie przemieszczają się do poziomów energetycznych w obszarze pasm absorpcyjnych. Jednak z tych poziomów jony Cr +3 bardzo szybko, w wyniku przejścia niepromienistego, przechodzą do poziomów E 1, E 1'. W tym przypadku nadmiar energii przekazywany jest do sieci, czyli zamieniany na energię drgań sieci, czyli inaczej mówiąc, na energię fotonów. Poziomy E 1, E 1 ” są metastabilne. Żywotność na poziomie E 1 wynosi 4,3 ms. Podczas impulsu pompy wzbudzone atomy gromadzą się na poziomach E 1 i E 1 ', tworząc znaczną odwrotną populację w stosunku do poziomu E 0 (jest to poziom atomów niewzbudzonych).

Rubinowy kryształ hoduje się w formie okrągłego cylindra. W przypadku laserów zwykle stosuje się kryształy o następujących rozmiarach: długość L = 5 cm, średnica d = 1 cm Lampa ksenonowa i kryształ rubinu są umieszczane w eliptycznej wnęce o silnie odblaskowej powierzchni wewnętrznej. Aby zapewnić, że całe promieniowanie lampy ksenonowej dotrze do rubinu, rubinowy kryształ i lampa, która również ma kształt okrągłego cylindra, są umieszczone w ogniskach eliptycznej części wnęki, równoległej do jej tworzących. Dzięki temu na rubin kierowane jest promieniowanie o gęstości prawie równej gęstości promieniowania u źródła pompy.

Jeden z końców kryształu rubinu jest cięty tak, aby zapewnić całkowite odbicie i powrót wiązki światła od krawędzi cięcia. To cięcie zastępuje jedno z lusterek laserowych. Drugi koniec rubinowego kryształu jest ścięty pod kątem Brewstera. Zapewnia, że ​​wiązka wychodzi z kryształu rubinu bez odbicia przy odpowiedniej polaryzacji liniowej. Drugie zwierciadło rezonatora jest umieszczone na drodze tej wiązki. Zatem promieniowanie lasera rubinowego jest spolaryzowane liniowo.

Laser helowo-neonowy. Medium aktywnym jest gazowa mieszanina helu i neonu. Wytwarzanie następuje w wyniku przejść między poziomami energii neonu, a hel pełni rolę pośrednika, przez który energia jest przenoszona do atomów neonu, powodując inwersję populacji.

Neon w zasadzie może generować badania laserowe w wyniku ponad 130 różnych przejść. Jednak najbardziej intensywne linie występują przy długościach fal 632,8 nm, 1,15 i 3,39 µm. Fala 632,8 nm znajduje się w widzialnej części widma, a fale 1,15 i 3,39 mikrona w podczerwieni.

Kiedy prąd przepływa przez mieszaninę gazów helowo-neonowych pod wpływem uderzenia elektronów, atomy helu są wzbudzane do stanów 2 3 S i 2 2 S, które są metastabilne, ponieważ przejście z nich do stanu podstawowego jest zabronione przez selekcję mechaniczną kwantową zasady. Kiedy przepływa prąd, atomy gromadzą się na tych poziomach. Kiedy wzbudzony atom helu zderza się z niewzbudzonym atomem neonu, energia wzbudzenia trafia do tego ostatniego. To przejście zachodzi bardzo efektywnie dzięki dobrej zbieżności energii odpowiednich poziomów. W efekcie na poziomach 3S i 2S neonu powstaje odwrotna populacja w stosunku do poziomów 2P i 3P, co stwarza możliwość generowania promieniowania laserowego. Laser może pracować w trybie ciągłym. Promieniowanie lasera helowo-neonowego jest spolaryzowane liniowo. Zazwyczaj ciśnienie helu w komorze wynosi 332 Pa, a neonu – 66 Pa. Stałe napięcie na rurze wynosi około 4 kV. Jedno ze zwierciadeł ma współczynnik odbicia rzędu 0,999, a drugie, przez które wychodzi promieniowanie laserowe, wynosi około 0,990. Jako zwierciadła stosuje się dielektryki wielowarstwowe, ponieważ niższe współczynniki odbicia nie zapewniają osiągnięcia progu lasera.

Lasery gazowe. Są one obecnie prawdopodobnie najpowszechniej stosowanym rodzajem lasera i prawdopodobnie pod tym względem przewyższają nawet lasery rubinowe. Większość prowadzonych badań poświęcona jest także laserom gazowym. Wśród różne rodzaje lasery gazowe, zawsze można znaleźć taki, który zaspokoi niemal każde wymagania stawiane laserowi, z wyjątkiem bardzo dużej mocy w widzialnym obszarze widma w trybie impulsowym. Do wielu eksperymentów badających nieliniowe właściwości optyczne materiałów potrzebne są duże moce. Obecnie w laserach gazowych nie udało się uzyskać dużych mocy z tego prostego powodu, że gęstość atomów w nich nie jest wystarczająco duża. Jednak do prawie wszystkich innych celów można znaleźć specyficzny typ lasera gazowego, który będzie lepszy zarówno od laserów na ciele stałym pompowanych optycznie, jak i laserów półprzewodnikowych. Wiele wysiłku włożono w to, aby lasery te były konkurencyjne w stosunku do laserów gazowych i w wielu przypadkach osiągnięto pewien sukces, ale zawsze było to na granicy możliwości, podczas gdy popularność laserów gazowych nie wskazywała na spadek.

Specyfika laserów gazowych często wynika z faktu, że z reguły są one źródłami widm atomowych lub molekularnych. Dlatego długości fal przejść są dokładnie znane. Są one określone przez strukturę atomową i zwykle są niezależne od warunków środowiskowych. Stabilność długości fali lasera pod pewnymi wysiłkami można znacznie poprawić w porównaniu ze stabilnością emisji spontanicznej. Istnieją obecnie lasery o monochromatyczności lepszej niż jakiekolwiek inne urządzenie. Przy odpowiednim doborze ośrodka aktywnego, laserowanie można uzyskać w dowolnej części widma, od ultrafioletu (~2OOO A) po obszar dalekiej podczerwieni (~0,4 mm), częściowo pokrywając obszar mikrofal.

Nie ma też powodów wątpić, że w przyszłości możliwe będzie stworzenie laserów dla próżniowego zakresu widma ultrafioletowego. Rozrzedzenie gazu roboczego zapewnia jednorodność optyczną ośrodka o niskim współczynniku załamania światła, co pozwala na zastosowanie prostej teorii matematycznej do opisu struktury modów rezonatora i daje pewność, że właściwości sygnału wyjściowego są zbliżone do teoretycznych . Choć efektywność przetwarzania energii elektrycznej na energię emisji wymuszonej w laserze gazowym nie może być tak wysoka, jak w laserze półprzewodnikowym, to ze względu na prostotę sterowania wyładowaniem, w większości zastosowań najwygodniejszy w obsłudze okazuje się laser gazowy, ponieważ jeden z instrumentów laboratoryjnych. Jeśli chodzi o wysoką moc ciągłą (w przeciwieństwie do mocy impulsowej), charakter laserów gazowych pozwala im przewyższać pod tym względem wszystkie inne typy laserów.

C0 2 -laser o zamkniętej objętości. Cząsteczki dwutlenku węgla, podobnie jak inne cząsteczki, mają widmo pasiaste ze względu na obecność wibracyjnych i rotacyjnych poziomów energii. Przejście stosowane w laserze CO 2 wytwarza promieniowanie o długości fali 10,6 mikrona, czyli mieści się w zakresie podczerwieni widma. Wykorzystując poziomy wibracji można nieznacznie zmieniać częstotliwość promieniowania w zakresie od około 9,2 do 10,8 µm. Energia przekazywana jest cząsteczkom CO 2 z cząsteczek azotu N 2, które z kolei są wzbudzane przez uderzenia elektronów, gdy przez mieszaninę przepływa prąd.

Stan wzbudzony cząsteczki azotu N2 jest metastabilny i znajduje się w odległości 2318 cm -1 od poziomu gruntu, czyli bardzo blisko poziomu energetycznego (001) cząsteczki CO2. Ze względu na metastabilność stanu wzbudzonego N2, podczas przepływu prądu gromadzi się liczba wzbudzonych atomów. Kiedy N 2 zderza się z CO 2, następuje rezonansowy transfer energii wzbudzenia z N 2 do CO 2. W rezultacie następuje inwersja populacji pomiędzy poziomami (001), (100), (020) cząsteczek CO2. Zwykle w celu zmniejszenia populacji poziomu (100), który ma długi czas życia, co utrudnia wytwarzanie po przejściu na ten poziom, dodaje się hel. W typowe warunki mieszanina gazów w laserze składa się z helu (1330 Pa), azotu (133 Pa) i dwutlenku węgla (133 Pa).

Kiedy działa laser CO 2, cząsteczki CO 2 rozpadają się na CO i O, przez co ośrodek aktywny zostaje osłabiony. Następnie CO rozkłada się na C i O, a węgiel osadza się na elektrodach i ściankach rury. Wszystko to pogarsza działanie lasera CO2. Aby przezwyciężyć szkodliwe działanie tych czynników, do układu zamkniętego dodaje się parę wodną, ​​która stymuluje reakcję

CO + O ® CO 2 .

Stosowane są elektrody platynowe, których materiał jest katalizatorem tej reakcji. Aby zwiększyć dopływ ośrodka aktywnego, rezonator podłącza się do dodatkowych pojemników zawierających CO 2, N 2, He, które dodawane są w wymaganej ilości do objętości wnęki w celu utrzymania optymalnych warunków pracy lasera. Taki zamknięty laser CO 2 jest w stanie pracować przez wiele tysięcy godzin.

Flow CO 2 -laser. Ważną modyfikacją jest laser przepływowy CO 2 , w którym mieszanina gazów CO 2 , N 2 jest w sposób ciągły pompowana przez rezonator. Laser taki może generować ciągłe, spójne promieniowanie o mocy ponad 50 W na metr długości ośrodka aktywnego.

Laser neodymowy. Nazwa może wprowadzać w błąd. Korpus lasera nie jest wykonany z neodymu, ale ze zwykłego szkła z domieszką neodymu. Jony atomów neodymu są losowo rozmieszczone pomiędzy atomami krzemu i tlenu. Pompowanie odbywa się za pomocą lamp piorunowych. Lampy wytwarzają promieniowanie w zakresie długości fal od 0,5 do 0,9 mikrona. Pojawia się szerokie pasmo stanów wzbudzonych. Atomy dokonują bezpromienistego przejścia na górny poziom lasera. Każde przejście wytwarza inną energię, która zamieniana jest na energię wibracyjną całej „sieci” atomów.

Promieniowanie laserowe, tj. przejście do pustego dolnego poziomu ma długość fali 1,06 µm.

Laser T. W wielu praktycznych zastosowaniach ważną rolę odgrywa laser CO2, w którym mieszanina robocza znajduje się pod ciśnieniem atmosferycznym i jest wzbudzana poprzecznym polem elektrycznym (laser T). Ponieważ elektrody są umieszczone równolegle do osi rezonatora, aby uzyskać duże wartości natężenia pola elektrycznego w rezonatorze, wymagane są stosunkowo małe różnice potencjałów między elektrodami, co umożliwia pracę w trybie impulsowym w warunkach atmosferycznych ciśnienie, gdy stężenie CO 2 w rezonatorze jest wysokie. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie dużej mocy, sięgającej zwykle 10 MW lub więcej w jednym impulsie promieniowania o czasie trwania krótszym niż 1 μs. Częstotliwość powtarzania impulsów w takich laserach wynosi zwykle kilka impulsów na minutę.

Lasery dynamiczne gazowe. Podgrzany do wysoka temperatura(1000-2000 K) mieszanina CO 2 i N 2 przepływająca z dużą prędkością przez dyszę rozprężną ulega znacznemu schłodzeniu. Górny i dolny poziom energii są izolowane termicznie z różną szybkością, co powoduje powstawanie odwrotnej populacji. W rezultacie, tworząc rezonator optyczny na wyjściu z dyszy, możliwe jest generowanie promieniowania laserowego w wyniku tej odwrotnej populacji. Lasery działające na tej zasadzie nazywane są gazodynamicznymi. Umożliwiają uzyskanie bardzo dużych mocy promieniowania w trybie ciągłym.

Lasery barwnikowe. Barwniki to bardzo złożone cząsteczki o wysokim poziomie energii wibracyjnej. Poziomy energii w paśmie widma zlokalizowane są niemal w sposób ciągły. Dzięki oddziaływaniom wewnątrzcząsteczkowym cząsteczka bardzo szybko (w czasie rzędu 10 -11 -10 -12 s) przechodzi bezpromieniście na niższy poziom energetyczny każdego pasma. Zatem po wzbudzeniu cząsteczek, po bardzo krótkim czasie, wszystkie wzbudzone cząsteczki skupią się na niższym poziomie pasma E 1. Mają wtedy zdolność do radiacyjnego przejścia do dowolnego poziomu energii w dolnym paśmie. Zatem możliwe jest promieniowanie o niemal dowolnej częstotliwości w przedziale odpowiadającym szerokości pasma zerowego. Oznacza to, że jeśli za substancję czynną generującą promieniowanie laserowe przyjąć cząsteczki barwnika, to w zależności od ustawień rezonatora można uzyskać niemal ciągłe dostrajanie częstotliwości generowanego promieniowania laserowego. Dlatego powstają lasery barwnikowe o przestrajalnych częstotliwościach generacji. Lasery barwnikowe są pompowane za pomocą lamp wyładowczych lub promieniowania innych laserów.

Dobór częstotliwości generacji odbywa się poprzez utworzenie progu generacji tylko dla wąskiego zakresu częstotliwości. Na przykład pozycje pryzmatu i zwierciadła dobiera się tak, aby tylko promienie o określonej długości fali wracały do ​​ośrodka po odbiciu od zwierciadła na skutek rozproszenia i różnych kątów załamania. Generowanie lasera jest możliwe tylko dla takich długości fal. Obracając pryzmat, można płynnie regulować częstotliwość promieniowania lasera barwnikowego. Laserowanie przeprowadzono wieloma barwnikami, co umożliwiło uzyskanie promieniowania laserowego nie tylko w całym zakresie optycznym, ale także w znacznej części widma w zakresie podczerwieni i ultrafioletu.

Lasery półprzewodnikowe. Głównym przykładem działania laserów półprzewodnikowych jest magnetyczno-optyczne urządzenie magazynujące (MO).

Zasady działania magazynu MO.

Napęd MO zbudowany jest w oparciu o połączenie magnetycznych i optycznych zasad przechowywania informacji. Informacje zapisywane są za pomocą wiązki lasera i pola magnetycznego, a odczytywane wyłącznie za pomocą lasera.

Podczas zapisu na dysku MO wiązka lasera nagrzewa określone punkty na dyskach, a pod wpływem temperatury opór zmiany polaryzacji nagrzanego punktu gwałtownie spada, co pozwala na zmianę polaryzacji punktu przez pole magnetyczne . Po zakończeniu ogrzewania rezystancja ponownie wzrasta. Polaryzacja nagrzanego punktu pozostaje zgodna z polem magnetycznym przyłożonym do niego w momencie nagrzewania.

Dostępne obecnie dyski MO wykorzystują dwa cykle do zapisywania informacji: cykl kasowania i cykl zapisu. Podczas procesu kasowania pole magnetyczne ma tę samą polaryzację, odpowiadającą zerom binarnym. Wiązka lasera sekwencyjnie nagrzewa cały wymazany obszar i w ten sposób zapisuje na dysku ciąg zer. Podczas cyklu zapisu polaryzacja pola magnetycznego zostaje odwrócona, co odpowiada polaryzacji binarnej. W cyklu tym wiązka lasera włączana jest tylko w tych obszarach, które powinny zawierać zera binarne, pozostawiając obszary z zerami binarnymi bez zmian.

W procesie odczytu z dysku MO wykorzystuje się efekt Kerra, który polega na zmianie płaszczyzny polaryzacji odbitej wiązki laserowej w zależności od kierunku pola magnetycznego elementu odbijającego. Elementem odblaskowym jest w tym przypadku punkt na powierzchni dysku namagnesowany podczas zapisu, odpowiadający jednemu bitowi zapisanej informacji. Podczas odczytu wykorzystywana jest wiązka lasera o niskiej intensywności, która nie powoduje nagrzewania czytanego obszaru, dzięki czemu zapisane informacje nie ulegają zniszczeniu podczas odczytu.

Metoda ta, w odróżnieniu od stosowanych zwykle w dyskach optycznych, nie odkształca powierzchni dysku i pozwala na wielokrotny zapis bez dodatkowego sprzętu. Metoda ta ma także przewagę nad tradycyjnym zapisem magnetycznym pod względem niezawodności. Ponieważ ponowne namagnesowanie odcinków dysku możliwe jest jedynie pod wpływem wysokiej temperatury, prawdopodobieństwo przypadkowego odwrócenia namagnesowania jest bardzo niskie, w przeciwieństwie do tradycyjnego zapisu magnetycznego, którego utratę mogą powodować losowe pola magnetyczne.

Zakres zastosowania dysków MO jest określony przez ich wysoka wydajność pod względem niezawodności, wolumenu i obrotów. Dysk MO jest niezbędny do zadań wymagających dużej przestrzeni dyskowej. Są to zadania takie jak przetwarzanie obrazu i dźwięku. Jednak niska prędkość dostępu do danych nie pozwala na wykorzystanie dysków MO do zadań o krytycznej reaktywności systemu. Dlatego wykorzystanie dysków MO w takich zadaniach sprowadza się do przechowywania na nich informacji tymczasowych lub zapasowych. Bardzo korzystnym zastosowaniem dysków MO jest tworzenie kopii zapasowych dysków twardych lub baz danych. W odróżnieniu od tradycyjnie wykorzystywanych do tego celu napędów taśmowych, przechowywanie informacji o kopiach zapasowych na dyskach MO znacznie zwiększa szybkość odzyskiwania danych po awarii. Wyjaśnia to fakt, że dyski MO są urządzeniami o dostępie swobodnym, co pozwala odzyskać tylko te dane, które uległy awarii. Ponadto dzięki tej metodzie odzyskiwania nie ma potrzeby całkowitego zatrzymywania systemu do czasu całkowitego przywrócenia danych. Te zalety w połączeniu z dużą niezawodnością przechowywania informacji sprawiają, że wykorzystanie dysków MO do tworzenia kopii zapasowych jest opłacalne, choć droższe w porównaniu do napędów taśmowych.

Korzystanie z dysków MO jest również wskazane podczas pracy z dużymi ilościami prywatnych informacji. Łatwa wymiana dysków pozwala na korzystanie z nich wyłącznie podczas pracy, bez obawy o zabezpieczenie komputera poza godzinami pracy, a dane można przechowywać w wydzielonym, chronionym miejscu. Ta sama właściwość sprawia, że ​​dyski MO są niezastąpione w sytuacjach, gdy konieczne jest przetransportowanie dużych wolumenów z miejsca na miejsce, na przykład z pracy do domu i z powrotem.

Główne perspektywy rozwoju dysków MO wiążą się przede wszystkim ze zwiększeniem prędkości zapisu danych. Niska prędkość jest określana przede wszystkim przez algorytm nagrywania dwuprzebiegowego. W algorytmie tym zera i jedynki zapisywane są w różnych przebiegach, gdyż pole magnetyczne wyznaczające kierunek polaryzacji określonych punktów na dysku nie jest w stanie wystarczająco szybko zmienić swojego kierunku.

Najbardziej realistyczną alternatywą dla nagrywania dwuprzebiegowego jest technologia oparta na zmianie fazy. Taki system został już wdrożony w niektórych firmach produkcyjnych. Istnieje kilka innych osiągnięć w tym kierunku związanych z barwnikami polimerowymi i modulacjami pola magnetycznego i mocy promieniowania laserowego.

Technologia zmiany fazowej opiera się na zdolności substancji do przejścia ze stanu krystalicznego w amorficzny. Wystarczy oświetlić określony punkt na powierzchni dysku wiązką lasera o określonej mocy, a substancja w tym miejscu przejdzie w stan amorficzny. W tym przypadku współczynnik odbicia dysku w tym momencie ulega zmianie. Zapisywanie informacji następuje znacznie szybciej, ale jednocześnie powierzchnia dysku ulega deformacji, co ogranicza liczbę cykli ponownego zapisu.

Obecnie rozwijana jest technologia, która pozwala na odwrócenie polaryzacji pola magnetycznego w ciągu zaledwie kilku nanosekund. Umożliwi to zmianę pola magnetycznego synchronicznie z napływem danych do rejestracji. Istnieje również technologia oparta na modulacji promieniowania laserowego. W tej technologii dysk działa w trzech trybach: tryb odczytu o niskiej intensywności, tryb zapisu o średniej intensywności i tryb zapisu o dużej intensywności. Modulowanie intensywności wiązki laserowej wymaga bardziej złożonej konstrukcji dysku i dodania magnesu inicjującego zamontowanego przed magnesem polaryzacji i mającego przeciwną polaryzację do mechanizmu napędu dysku. W samym prosty przypadek Dysk ma dwie warstwy robocze - inicjującą i nagrywającą. Warstwa inicjująca jest wykonana z takiego materiału, że magnes inicjujący może zmieniać swoją polaryzację bez dodatkowego naświetlania laserem.

Oczywiście dyski MO to obiecujące i szybko rozwijające się urządzenia, które mogą rozwiązywać pojawiające się problemy z dużymi ilościami informacji. Jednak ich dalszy rozwój zależy nie tylko od technologii zapisu na nich, ale także od postępu w dziedzinie innych nośników danych. Jeśli nie zostanie wynaleziony skuteczniejszy sposób przechowywania informacji, dyski MO mogą odegrać dominującą rolę.

Światło od stuleci wykorzystuje się w leczeniu różnych chorób. Starożytni Grecy i Rzymianie często „traktowali słońce” jako lekarstwo. A lista chorób, które należało leczyć światłem, była dość obszerna.

Prawdziwy świt fototerapii nastąpił w XIX wieku – wraz z wynalezieniem lamp elektrycznych pojawiły się nowe możliwości. Pod koniec XIX wieku ospę i odrę próbowano leczyć czerwonym światłem, umieszczając pacjenta w specjalnej komorze z czerwonymi emiterami. Również różne „kąpiele kolorowe” (tj różne kolory) są z powodzeniem stosowane w leczeniu chorób psychicznych. Ponadto wiodącą pozycję w dziedzinie fototerapii na początku XX wieku zajmowało Imperium Rosyjskie.

Na początku lat sześćdziesiątych pojawiły się pierwsze laserowe urządzenia medyczne. Obecnie technologie laserowe są stosowane w prawie każdej chorobie.

1. Fizyczne podstawy zastosowania technologii laserowej w medycynie

1.1 Zasada działania lasera

Lasery opierają się na zjawisku emisji wymuszonej, którego istnienie postulował A. Einstein w 1916 roku. W układach kwantowych o dyskretnych poziomach energii występują trzy rodzaje przejść pomiędzy stanami energetycznymi: przejścia indukowane, przejścia spontaniczne i przejścia bezpromieniste przejścia relaksacyjne. Właściwości emisji wymuszonej decydują o spójności promieniowania i wzmocnieniu w elektronice kwantowej. Emisja spontaniczna powoduje obecność hałasu, służy jako impuls zarodkowy w procesie wzmacniania i wzbudzania drgań oraz wraz z niepromienistymi przejściami relaksacyjnymi odgrywa ważną rolę w uzyskaniu i utrzymaniu termodynamicznie nierównowagowego stanu promieniowania.

Podczas indukowanych przejść układ kwantowy może przejść z jednego stanu energetycznego do drugiego, zarówno poprzez absorpcję energii pola elektromagnetycznego (przejście z niższego poziomu energii na wyższy), jak i emisję energii elektromagnetycznej (przejście z wyższego poziomu energii do niższy).

Światło rozchodzi się w postaci fali elektromagnetycznej, energia podczas emisji i absorpcji skupia się w kwantach świetlnych, natomiast podczas oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z materią, jak wykazał Einstein w 1917 r., wraz z absorpcją i emisją spontaniczną, wymuszone ( indukowane) występuje promieniowanie.) promieniowanie, które stanowi podstawę rozwoju laserów.

Wzmocnienie fal elektromagnetycznych w wyniku wymuszonej emisji lub inicjowania samowzbudnych oscylacji promieniowania elektromagnetycznego w zakresie fal centymetrowych i stworzenie w ten sposób urządzenia zwanego maser(wzmocnienie mikrofalowe poprzez wymuszoną emisję promieniowania) wprowadzono w 1954 r. W następstwie propozycji (1958), aby rozszerzyć tę zasadę wzmacniania na znacznie krótsze fale świetlne, pierwszy laser(wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania).

Laser to źródło światła, za pomocą którego można wytworzyć spójne promieniowanie elektromagnetyczne, znane nam z inżynierii radiowej i technologii mikrofalowej, a także w zakresie widma krótkofalowego, zwłaszcza podczerwonego i widzialnego.

1.2 Rodzaje laserów

Istniejące typy laserów można klasyfikować według kilku kryteriów. Przede wszystkim ze względu na stan skupienia ośrodka aktywnego: gaz, ciecz, ciało stałe. Każda z tych dużych klas dzieli się na mniejsze: ze względu na charakterystyczne cechy ośrodka aktywnego, rodzaj pompowania, sposób tworzenia inwersji itp. Przykładowo, wśród laserów na ciele stałym dość wyraźnie wyodrębnia się szeroką klasę laserów półprzewodnikowych, w których najszerzej stosowane jest pompowanie wtryskowe. Do laserów gazowych zaliczamy lasery atomowe, jonowe i molekularne. Szczególne miejsce wśród wszystkich innych laserów zajmuje laser na swobodnych elektronach, którego działanie opiera się na klasycznym efekcie generowania światła przez relatywistyczne naładowane cząstki w próżni.

1.3 Charakterystyka promieniowania laserowego

Promieniowanie laserowe różni się od promieniowania konwencjonalnych źródeł światła następującymi cechami:

Wysoka widmowa gęstość energii;

Monochromatyczny;

Wysoka spójność czasowa i przestrzenna;

Wysoka stabilność natężenia promieniowania laserowego w trybie stacjonarnym;

Zdolność do generowania bardzo krótkich impulsów świetlnych.

Te szczególne właściwości promieniowania laserowego zapewniają mu szeroką gamę zastosowań. Decyduje o nich przede wszystkim proces wytwarzania promieniowania w wyniku emisji wymuszonej, który zasadniczo różni się od konwencjonalnych źródeł światła.

Główne cechy lasera to: długość fali, moc i tryb pracy, który może być ciągły lub impulsowy.

Lasery są szeroko stosowane w praktyka lekarska a przede wszystkim w chirurgii, onkologii, okulistyce, dermatologii, stomatologii i innych dziedzinach. Mechanizm oddziaływania promieniowania laserowego z obiektem biologicznym nie został jeszcze w pełni zbadany, można jednak zauważyć, że zachodzą albo efekty termiczne, albo oddziaływania rezonansowe z komórkami tkankowymi.

Leczenie laserowe bezpieczny, jest to bardzo ważne dla osób z alergią na leki.

2. Mechanizm oddziaływania promieniowania laserowego z tkankami biologicznymi

2.1 Rodzaje interakcji

Ważną właściwością promieniowania laserowego w chirurgii jest zdolność do koagulacji nasyconej krwią (unaczynionej) tkanki biologicznej.

Głównie, koagulacja następuje na skutek absorpcji promieniowania laserowego przez krew, jego silnego nagrzania aż do wrzenia i powstania skrzepów krwi. Zatem celem absorbującym podczas krzepnięcia może być hemoglobina lub wodny składnik krwi. Oznacza to, że promieniowanie laserów w zakresie pomarańczowo-zielonym (laser KTP, pary miedzi) oraz laserów podczerwonych (neodymowy, holmowy, erbowy w szkle, laser CO2) skutecznie koaguluje tkankę biologiczną.

Jednak przy bardzo dużej absorpcji w tkance biologicznej, takiej jak np. laser z granatu erbowego o długości fali 2,94 mikrona, promieniowanie laserowe jest absorbowane na głębokości 5 – 10 mikronów i może nawet nie dotrzeć do celu – kapilary.

Lasery chirurgiczne dzielą się na dwie duże grupy: narzędnik(z łac. ablatio - „zabranie”; w medycynie - usunięcie chirurgiczne, amputacja) i nieablacyjne lasery. Lasery ablacyjne znajdują się bliżej skalpela. Lasery nieoblacyjne działają na innej zasadzie: po wyleczeniu takim laserem obiektu, np. brodawki, brodawczaka czy naczyniaka, obiekt ten pozostaje na swoim miejscu, jednak po pewnym czasie zachodzi w nim szereg efektów biologicznych i to umiera. W praktyce wygląda to tak: nowotwór mumifikuje, wysycha i odpada.

W chirurgii stosowane są ciągłe lasery CO2. Zasada opiera się na efektach termicznych. Zaletami chirurgii laserowej jest to, że jest ona bezkontaktowa, praktycznie bezkrwawa, sterylna, miejscowa, zapewnia sprawne gojenie wypreparowanej tkanki, a co za tym idzie dobre efekty kosmetyczne.

W onkologii zauważono, że wiązka lasera ma destrukcyjny wpływ na komórki nowotworowe. Mechanizm niszczenia opiera się na efekcie termicznym, w wyniku którego powstaje różnica temperatur pomiędzy powierzchnią a części wewnętrzne obiektu, co prowadzi do silnych efektów dynamicznych i zniszczenia komórek nowotworowych.

Dziś taki kierunek jak terapia fotodynamiczna jest również bardzo obiecujący. Jest wiele artykułów na temat zastosowanie kliniczne tej metody. Jego istotą jest wprowadzenie do ciała pacjenta specjalnej substancji - fotouczulacz. Substancja ta jest selektywnie gromadzona przez guz nowotworowy. Po naświetleniu guza specjalnym laserem następuje szereg reakcji fotochemicznych, w wyniku których uwalnia się tlen, który zabija komórki nowotworowe.

Jednym ze sposobów oddziaływania na organizm promieniowaniem laserowym jest dożylne napromienianie krwi laserem(ILBI), który jest obecnie z powodzeniem stosowany w kardiologii, pulmonologii, endokrynologii, gastroenterologii, ginekologii, urologii, anestezjologii, dermatologii i innych dziedzinach medycyny. Głębokie badania naukowe problemu i przewidywalność wyników sprzyjają stosowaniu ILBI zarówno samodzielnie, jak i w połączeniu z innymi metodami leczenia.

W przypadku ILBI zwykle stosuje się promieniowanie laserowe w czerwonym obszarze widma
(0,63 mikrona) o mocy 1,5-2 mW. Leczenie przeprowadza się codziennie lub co drugi dzień; na kurs od 3 do 10 sesji. Czas ekspozycji na większość chorób wynosi 15-20 minut na sesję dla dorosłych i 5-7 minut dla dzieci. Laseroterapię dożylną można wykonać niemal w każdym szpitalu lub przychodni. Zaletą ambulatoryjnej terapii laserowej jest zmniejszenie możliwości rozwoju infekcja szpitalna, powstaje dobre podłoże psycho-emocjonalne, które pozwala pacjentowi przez długi czas zachować zdolność do pracy, podczas wykonywania zabiegów i pełnego leczenia.

W okulistyce lasery wykorzystuje się zarówno w leczeniu, jak i diagnostyce. Za pomocą lasera zgrzewa się siatkówkę oka i naczynia naczyniówki ocznej. Lasery argonowe emitujące niebiesko-zielony obszar widma są stosowane w mikrochirurgii w leczeniu jaskry. Lasery ekscymerowe od dawna są z powodzeniem stosowane w korekcji wzroku.

W dermatologii wiele ciężkich i przewlekłych chorób skóry leczy się promieniowaniem laserowym, usuwa się także tatuaże. Pod wpływem naświetlania laserem aktywowany jest proces regeneracyjny i aktywowana jest wymiana elementów komórkowych.

Podstawową zasadą stosowania laserów w kosmetologii jest to, że światło oddziałuje jedynie na przedmiot lub substancję, która je pochłania. W skórze światło jest pochłaniane przez specjalne substancje - chromofory. Każdy chromofor absorbuje w pewnym zakresie długości fal, na przykład dla widma pomarańczowego i zielonego jest to hemoglobina we krwi, dla widma czerwonego jest to melanina we włosach, a dla widma podczerwonego jest to woda komórkowa.

Po absorpcji promieniowania energia wiązki lasera zamienia się w ciepło w obszarze skóry zawierającym chromofor. Przy wystarczającej mocy wiązki laserowej prowadzi to do termicznego zniszczenia celu. Tym samym za pomocą lasera można selektywnie oddziaływać np. na cebulki włosów, ciemne miejsca i inne defekty skórne.

Jednak w wyniku wymiany ciepła nagrzewają się także sąsiednie obszary, nawet jeśli zawierają niewiele chromoforów pochłaniających światło. Procesy pochłaniania i przenoszenia ciepła zależą od właściwości fizyczne cel, głębokość i rozmiar. Dlatego w kosmetologii laserowej ważny jest staranny dobór nie tylko długości fali, ale także energii i czasu trwania impulsów laserowych.

W stomatologii promieniowanie laserowe jest najskuteczniejszą metodą fizjoterapeutyczną w leczeniu chorób przyzębia i błony śluzowej jamy ustnej.

Zamiast akupunktury stosuje się wiązkę lasera. Zaletą stosowania wiązki lasera jest brak kontaktu z obiektem biologicznym, dzięki czemu proces jest sterylny i bezbolesny z dużą skutecznością.

Instrumenty światłowodowe i cewniki do chirurgii laserowej są zaprojektowane tak, aby dostarczać promieniowanie laserowe o dużej mocy do miejsca operacji. interwencja chirurgiczna do operacji otwartych, endoskopowych i laparoskopowych w urologii, ginekologii, gastroenterologii, chirurgii ogólnej, artroskopii, dermatologii. Umożliwia cięcie, wycinanie, ablację, odparowywanie i koagulację tkanek podczas zabiegów chirurgicznych w kontakcie z tkanką biologiczną lub w trybie bezkontaktowym (po usunięciu końca włókna z tkanki biologicznej). Promieniowanie może być wyprowadzane albo z końca światłowodu, albo przez okienko na bocznej powierzchni światłowodu. Może być stosowany zarówno w środowisku powietrza (gazu), jak i wody (cieczy). Na specjalne zamówienie, dla ułatwienia użytkowania, cewniki wyposażane są w łatwo zdejmowalny uchwyt – uchwyt światłowodu.

W diagnostyce lasery służą do wykrywania różnych niejednorodności (guzów, krwiaków) i pomiaru parametrów żywego organizmu. Podstawy działań diagnostycznych sprowadzają się do przejścia wiązki lasera przez ciało pacjenta (lub jeden z jego narządów) i rozpoznanie stawiane jest na podstawie widma lub amplitudy promieniowania transmitowanego lub odbitego. Znane są metody wykrywania guzów nowotworowych w onkologii, krwiaków w traumatologii, a także pomiaru parametrów krwi (prawie dowolnych, od ciśnienia krwi po zawartość cukru i tlenu).

2.2 Cechy oddziaływania lasera przy różnych parametrach promieniowania

Do celów chirurgicznych wiązka lasera musi być na tyle mocna, aby podgrzać tkankę biologiczną powyżej 50 – 70°C, co prowadzi do jej koagulacji, przecięcia lub odparowania. Dlatego w chirurgii laserowej, mówiąc o mocy promieniowania laserowego konkretnego urządzenia, używa się liczb wskazujących jednostki, dziesiątki i setki watów.

Lasery chirurgiczne działają w trybie ciągłym lub impulsowym, w zależności od rodzaju ośrodka aktywnego. Tradycyjnie można je podzielić na trzy grupy ze względu na poziom mocy.

1. Koagulacja: 1 - 5 W.

2. Odparowanie i płytkie cięcie: 5 - 20 W.

3. Głębokie cięcie: 20 - 100 W.

Każdy typ lasera charakteryzuje się przede wszystkim długością fali promieniowania. Długość fali określa stopień absorpcji promieniowania laserowego przez tkankę biologiczną, a co za tym idzie, głębokość penetracji i stopień nagrzania zarówno pola operacyjnego, jak i otaczającej tkanki.

Biorąc pod uwagę, że woda występuje niemal we wszystkich rodzajach tkanek biologicznych, można powiedzieć, że do zabiegów chirurgicznych lepiej jest zastosować taki rodzaj lasera, którego promieniowanie ma w wodzie współczynnik absorpcji większy niż 10 cm-1, czyli tym samym których głębokość penetracji nie przekracza 1 mm.

Inne ważne cechy laserów chirurgicznych,
określenie ich zastosowania w medycynie:

moc promieniowania;

tryb pracy ciągły lub impulsowy;

zdolność do koagulacji nasyconej krwią tkanki biologicznej;

możliwość transmisji promieniowania za pomocą światłowodu.

Kiedy tkanka biologiczna jest poddawana działaniu promieniowania laserowego, najpierw nagrzewa się, a następnie odparowuje. Aby skutecznie przeciąć tkankę biologiczną, potrzebne jest z jednej strony szybkie odparowanie w miejscu cięcia, a z drugiej strony minimalne jednoczesne ogrzewanie otaczających tkanek.

Przy tej samej średniej mocy promieniowania krótki impuls nagrzewa tkankę szybciej niż promieniowanie ciągłe, a rozprzestrzenianie się ciepła do otaczającej tkanki jest minimalne. Jeśli jednak impulsy mają niską częstotliwość powtarzania (poniżej 5 Hz), trudno jest wykonać ciągłe cięcie, bardziej przypomina to perforację. Dlatego też laser powinien korzystnie posiadać pulsacyjny tryb pracy z częstotliwością powtarzania impulsów większą niż 10 Hz, a czas trwania impulsu powinien być jak najkrótszy, aby uzyskać wysoką moc szczytową.

W praktyce optymalna moc wyjściowa do zabiegów chirurgicznych waha się od 15 do 60 W, w zależności od długości fali lasera i zastosowania.

3. Obiecujące metody laserowe w medycynie i biologii

Rozwój medycyny laserowej przebiega w trzech głównych gałęziach: operacja laserowa, laseroterapii i diagnostyki laserowej. Unikalne właściwości wiązki lasera umożliwiają wykonanie wcześniej niemożliwych do tej pory operacji przy użyciu nowych, skutecznych i małoinwazyjnych metod.

Rośnie zainteresowanie leczeniem nielekowym, w tym fizjoterapią. Często zdarzają się sytuacje, gdy konieczne jest przeprowadzenie nie jednego zabiegu fizykalnego, ale kilku, a wówczas pacjent musi przemieszczać się z kabiny do kabiny, kilkakrotnie ubierać się i rozbierać, co stwarza dodatkowe problemy i stratę czasu.

Różnorodność metod terapeutycznych wymaga stosowania laserów o różnych parametrach promieniowania. Do tych celów stosuje się różne głowice emitujące, które zawierają jeden lub więcej laserów i urządzenie elektroniczne parowanie sygnałów sterujących z jednostki bazowej z laserem.

Głowice emitujące dzielą się na uniwersalne, umożliwiające ich zastosowanie zarówno zewnętrznie (za pomocą przystawek lustrzanych i magnetycznych), jak i wewnątrzjamowo przy użyciu specjalnych nasadek optycznych; matryca, posiadająca Duża powierzchnia radiacyjne i stosowane powierzchownie, a także specjalistyczne. Różne mocowania optyczne umożliwiają dostarczenie promieniowania do pożądanego obszaru wpływu.

Zasada blokowa pozwala na zastosowanie szerokiej gamy głowic laserowych i LED o różnych charakterystykach widmowych, czasoprzestrzennych i energetycznych, co z kolei poprawia jakość nowy poziom skuteczność leczenia dzięki łączonemu wdrożeniu różne techniki laseroterapia. Decyduje przede wszystkim skuteczność leczenia skuteczne metody oraz sprzęt zapewniający ich realizację. Nowoczesne techniki wymagają możliwości doboru różnych parametrów ekspozycji (trybu promieniowania, długości fali, mocy) w szerokim zakresie. Urządzenie do terapii laserowej (ALT) musi zapewniać te parametry, ich niezawodną kontrolę i wyświetlanie, a jednocześnie być proste i wygodne w obsłudze.

4. Lasery stosowane w technice medycznej

4.1 Lasery CO2

Laser CO2, tj. zajmuje laser, którego emitującym składnikiem ośrodka aktywnego jest dwutlenek węgla CO2 specjalne miejsce spośród całej gamy istniejących laserów. Ten wyjątkowy laser wyróżnia się przede wszystkim tym, że charakteryzuje się zarówno dużą mocą energetyczną, jak i dużą wydajnością. W trybie ciągłym uzyskano ogromne moce - kilkadziesiąt kilowatów, moc impulsowa osiągnęła poziom kilku gigawatów, energię impulsu mierzy się w kilodżulach. Wydajność lasera CO2 (około 30%) przewyższa wydajność wszystkich laserów. Częstotliwość powtarzania w trybie impulsowo-okresowym może wynosić kilka kiloherców. Długości fal promieniowania lasera CO2 mieszczą się w zakresie 9-10 mikronów (zakres podczerwieni) i mieszczą się w oknie przezroczystości atmosfery. Dlatego promieniowanie lasera CO2 jest wygodne w przypadku intensywnej ekspozycji na materię. Ponadto zakres długości fal promieniowania lasera CO2 obejmuje częstotliwości absorpcji rezonansowej wielu cząsteczek.

Rysunek 1 przedstawia niższe poziomy wibracji podstawowego stanu elektronowego wraz z symboliczną reprezentacją trybu wibracyjnego cząsteczki CO2.

Rysunek 20 – Niższe poziomy cząsteczki CO2

Cykl pompowania lasera CO2 w warunkach stacjonarnych jest następujący. Elektrony plazmowe wyładowania jarzeniowego wzbudzają cząsteczki azotu, które przekazują energię wzbudzenia na asymetryczne drgania rozciągające cząsteczek CO2, które mają długą żywotność i stanowią górny poziom lasera. Dolny poziom lasera jest zwykle pierwszym wzbudzonym poziomem symetrycznych drgań rozciągających, które są silnie sprzężone przez rezonans Fermiego z wibracjami zginającymi i dlatego szybko rozluźniają się wraz z tymi wibracjami w zderzeniach z helem. Jest oczywiste, że ten sam kanał relaksacji jest skuteczny w przypadku, gdy dolny poziom lasera jest drugim poziomem wzbudzonym trybu odkształcenia. Zatem laser CO2 to laser wykorzystujący mieszaninę dwutlenku węgla, azotu i helu, gdzie CO2 zapewnia promieniowanie, N2 pompuje górny poziom, a He wyczerpuje dolny poziom.

Lasery CO2 średniej mocy (dziesiątki - setki watów) projektuje się osobno w postaci stosunkowo długich rurek z podłużnym wyładowaniem i wzdłużnym pompowaniem gazu. Typową konstrukcję takiego lasera pokazano na rysunku 2. Tutaj 1 – rura wyładowcza, 2 – elektrody pierścieniowe, 3 – powolna odnawianie ośrodka, 4 – wyładowanie plazmowe, 5 – rura zewnętrzna, 6 – woda chłodząca, 7, 8 - rezonator.

Rysunek 20 - Schemat lasera CO2 z chłodzeniem dyfuzyjnym

Pompowanie wzdłużne służy do usuwania produktów dysocjacji mieszaniny gazowej na wylocie. Chłodzenie gazu roboczego w takich układach następuje w wyniku dyfuzji na chłodzoną zewnętrznie ściankę rury wylotowej. Istotna jest przewodność cieplna materiału ściany. Z tego punktu widzenia wskazane jest stosowanie rur wykonanych z ceramiki korundowej (Al2O3) lub berylowej (BeO).

Elektrody mają kształt pierścienia, aby nie blokować drogi promieniowania. Ciepło Joule'a jest odprowadzane poprzez przewodzenie ciepła do ścianek rury, tj. Stosowane jest chłodzenie dyfuzyjne. Lustro pełne wykonane jest z metalu, półprzezroczyste z NaCl, KCl, ZnSe, AsGa.

Alternatywą dla chłodzenia dyfuzyjnego jest chłodzenie konwekcyjne. Gaz roboczy jest wdmuchiwany przez obszar wyładowania z dużą prędkością, a ciepło Joule'a jest usuwane przez wyładowanie. Zastosowanie szybkiego pompowania pozwala na zwiększenie gęstości uwalniania i usuwania energii.

Laser CO2 stosowany jest w medycynie niemal wyłącznie jako „skalpel optyczny” do cięcia i odparowywania we wszystkich operacjach chirurgicznych. Działanie tnące skupionej wiązki lasera opiera się na wybuchowym odparowaniu gazów wewnętrznych i wewnętrznych woda zewnątrzkomórkowa w obszarze ogniskowania, przez co struktura materiału zostaje zniszczona. Zniszczenie tkanki prowadzi do charakterystycznego kształtu brzegów rany. W ściśle ograniczonym obszarze interakcji temperatura 100°C zostaje przekroczona dopiero po osiągnięciu odwodnienia (chłodzenia wyparnego). Dalszy wzrost temperatury powoduje usunięcie materiału w wyniku zwęglenia lub odparowania tkanki. Bezpośrednio w strefach brzeżnych, ze względu na ogólnie słabą przewodność cieplną, tworzy się cienkie zgrubienie nekrotyczne o grubości 30-40 mikronów. W odległości 300-600 mikronów uszkodzenie tkanki już nie występuje. W strefie krzepnięcia naczynia krwionośne o średnicy do 0,5-1 mm samoistnie zamykają się.

Urządzenia chirurgiczne oparte na laserach CO2 oferowane są obecnie w dość szerokiej ofercie. Prowadzenie wiązki lasera w większości przypadków odbywa się za pomocą systemu przegubowych lusterek (manipulatora), zakończonego instrumentem z wbudowaną optyką skupiającą, którym chirurg manipuluje w operowanym obszarze.

4.2 Lasery helowo-neonowe

W laser helowo-neonowy Substancją roboczą są obojętne atomy neonu. Wzbudzenie odbywa się poprzez wyładowanie elektryczne. W czystym neonze trudno jest stworzyć inwersję w trybie ciągłym. Tę trudność, w wielu przypadkach dość ogólną, można pokonać wprowadzając do wyładowania dodatkowy gaz - hel, który pełni rolę dawcy energii wzbudzenia. Energie pierwszych dwóch wzbudzonych metastabilnych poziomów helu (Rysunek 3) dość dokładnie pokrywają się z energiami poziomów 3s i 2s neonu. Dlatego warunki przeniesienia wzbudzenia rezonansowego zgodnie ze schematem są dobrze spełnione

Rysunek 20 – Wykres poziomu lasera He-Ne

Przy odpowiednio dobranych ciśnieniach neonu i helu, spełniających warunek

możliwe jest osiągnięcie populacji jednego lub obu poziomów neonu 3s i 2s, która jest znacznie wyższa niż w przypadku czystego neonu, oraz uzyskanie inwersji obsadzeń.

Wyczerpanie dolnych poziomów lasera następuje w procesach kolizyjnych, w tym w zderzeniach ze ściankami lampy wyładowczej.

Wzbudzenie atomów helu (i neonu) następuje w wyniku niskoprądowego wyładowania jarzeniowego (rysunek 4). W laserach o fali ciągłej na neutralnych atomach lub cząsteczkach do wytworzenia ośrodka aktywnego najczęściej wykorzystuje się słabo zjonizowaną plazmę kolumny dodatniej wyładowania jarzeniowego. Gęstość prądu wyładowania jarzeniowego wynosi 100-200 mA/cm2. Siła podłużnego pola elektrycznego jest taka, że ​​liczba elektronów i jonów występujących w jednym segmencie szczeliny wyładowczej kompensuje utratę naładowanych cząstek podczas ich dyfuzji do ścianek rury wyładowczej. Wtedy dodatnia kolumna wyładowania jest stacjonarna i jednorodna. Temperaturę elektronu określa się jako iloczyn ciśnienia gazu i wewnętrznej średnicy rurki. W niskich temperaturach temperatura elektronów jest wysoka, w wysokich temperaturach niska. Stałość wartości określa warunki podobieństwa wyładowań. Przy stałej gęstości liczby elektronów warunki i parametry wyładowań pozostaną niezmienione, jeśli iloczyn jest stały. Gęstość liczby elektronów w słabo zjonizowanej plazmie kolumny dodatniej jest proporcjonalna do gęstości prądu.

W przypadku lasera helowo-neonowego optymalne wartości , a także częściowy skład mieszaniny gazów są nieco inne dla różnych obszarów widma lasera.

W obszarze 0,63 µm, najbardziej intensywna z linii w szeregu, linia (0,63282 µm), odpowiada optymalnemu Tor mm.

Rysunek 20 - Schemat konstrukcyjny lasera He-Ne

Wartości charakterystyczne Moc promieniowania laserów helowo-neonowych należy rozpatrywać w dziesiątkach miliwatów w obszarze 0,63 i 1,15 mikrona oraz setkach w obszarze 3,39 mikrona. Żywotność laserów jest ograniczona procesami zachodzącymi w wyładowaniu i jest liczona w latach. Z biegiem czasu skład gazu zmienia się w wyładowaniu. W wyniku sorpcji atomów w ściankach i elektrodach następuje proces „twardnienia”, ciśnienie spada i zmienia się stosunek ciśnień cząstkowych He i Ne.

Największą krótkoterminową stabilność, prostotę i niezawodność konstrukcji lasera helowo-neonowego osiąga się poprzez zainstalowanie zwierciadeł wnękowych wewnątrz rury wyładowczej. Jednakże przy takim układzie zwierciadła stosunkowo szybko ulegają uszkodzeniu w wyniku bombardowania naładowanymi cząstkami plazmy wyładowczej. Dlatego najczęściej stosowaną konstrukcją jest umieszczenie rurki wyładowczej wewnątrz rezonatora (rys. 5), a na jej końcach znajdują się okienka umieszczone pod kątem Brewstera do osi optycznej, co zapewnia liniową polaryzację promieniowania. Układ ten ma wiele zalet - uproszczona jest regulacja zwierciadeł rezonatora, zwiększona żywotność lampy wyładowczej i zwierciadeł, ich wymiana jest łatwiejsza, możliwe staje się sterowanie rezonatorem i zastosowanie rezonatora dyspersyjnego, tryb separacja itp.

Rysunek 20 – Wnęka lasera He-Ne

Przełączanie między pasmami lasera (rysunek 6) w przestrajalnym laserze helowo-neonowym zwykle osiąga się poprzez wprowadzenie pryzmatu, a do dokładnego dostrojenia linii lasera zwykle używa się siatki dyfrakcyjnej.

Rysunek 20 – Korzystanie z pryzmatu Leathrowa

Lasery 4.3 YAG

Trójwartościowy jon neodymowy z łatwością aktywuje wiele matryc. Spośród nich najbardziej obiecujące były kryształy granat itrowo-aluminiowy Y3Al5O12 (YAG) i szkło. Pompowanie przenosi jony Nd3+ ze stanu podstawowego 4I9/2 do kilku stosunkowo wąskich pasm, które pełnią rolę górnego poziomu. Paski te powstają w wyniku szeregu nakładających się pasków stany wzbudzone, ich pozycje i szerokości różnią się nieco w zależności od matrycy. Z pasm pompy następuje szybki transfer energii wzbudzenia do poziomu metastabilnego 4F3/2 (rys. 7).

Rysunek 20 - Poziomy energii trójwartościowych jonów metali ziem rzadkich

Im pasma absorpcji są bliżej poziomu 4F3/2, tym wyższa jest wydajność lasera. Zaletą kryształów YAG jest obecność intensywnie czerwonej linii absorpcyjnej.

Technologia wzrostu kryształów opiera się na metodzie Czochralskiego, podczas której YAG i dodatek topi się w tyglu irydowym w temperaturze około 2000°C, a następnie następuje oddzielenie części stopu od tygla za pomocą zarodka. Temperatura nasion jest nieco niższa od temperatury stopu, a po wyciągnięciu stop stopniowo krystalizuje na powierzchni nasion. Orientacja krystalograficzna wykrystalizowanego stopu odtwarza orientację zarodka. Kryształ hoduje się w obojętnym środowisku (argon lub azot) pod normalnym ciśnieniem z niewielkim dodatkiem tlenu (1-2%). Gdy kryształ osiągnie pożądaną długość, jest powoli schładzany, aby zapobiec zniszczeniu na skutek naprężenia termicznego. Proces wzrostu trwa od 4 do 6 tygodni i jest sterowany komputerowo.

Lasery neodymowe działają w szerokim zakresie trybów laserowych, od ciągłego do zasadniczo pulsacyjnego, o czasie trwania sięgającym femtosekund. To ostatnie osiąga się poprzez blokowanie modów w szerokiej linii wzmocnienia, charakterystycznej dla okularów laserowych.

Tworząc lasery neodymowe, a także rubinowe, zastosowano wszystkie charakterystyczne metody kontroli parametrów promieniowania laserowego opracowane przez elektronikę kwantową. Oprócz tzw. swobodnego generowania, które trwa przez prawie cały czas życia impulsu pompy, powszechne stały się tryby przełączanego (przełączanego) współczynnika Q i synchronizacji (samosynchronizacji) modów.

W trybie swobodnego generowania czas trwania impulsów promieniowania wynosi 0,1...10 ms, energia promieniowania w obwodach wzmacniających moc wynosi około 10 ps, ​​gdy są używane do przełączania Q urządzeń elektrooptycznych. Dalsze skracanie impulsów laserowych osiąga się poprzez zastosowanie wybielalnych filtrów zarówno do przełączania Q (0,1...10 ps), jak i blokowania trybu (1...10 ps).

Wystarczy, gdy tkanka biologiczna zostanie narażona na intensywne promieniowanie lasera Nd-YAG głęboka martwica(ognisko krzepnięcia). Efekt usunięcia tkanki, a co za tym idzie efekt cięcia, jest znikomy w porównaniu z efektem lasera CO2. Dlatego też laser Nd-YAG wykorzystywany jest przede wszystkim do koagulacji krwawień oraz do martwiczego patologicznie zmienionych obszarów tkanek niemal we wszystkich obszarach chirurgii. Ponieważ transmisja promieniowania możliwa jest także za pośrednictwem elastycznych przewodów optycznych, otwierają się perspektywy zastosowania laserów Nd-YAG w jamach ciała.

4.4 Lasery półprzewodnikowe

Lasery półprzewodnikowe emitują promieniowanie spójne w zakresie UV, widzialnym lub IR (0,32...32 µm); Jako ośrodek aktywny stosowane są kryształy półprzewodników.

Obecnie znanych jest ponad 40 różnych materiałów półprzewodnikowych odpowiednich dla laserów. Pompowanie ośrodka aktywnego może odbywać się za pomocą wiązek elektronów lub promieniowania optycznego (0,32...16 µm), w złączu p-n materiału półprzewodnikowego za pomocą prądu elektrycznego z przyłożonego napięcia zewnętrznego (wtrysk nośników ładunku 0,57... 32 µm).

Lasery wtryskowe różnią się od wszystkich innych typów laserów następującymi cechami:

Wysoka sprawność energetyczna (powyżej 10%);

Prostota wzbudzenia (bezpośrednia konwersja energii elektrycznej na promieniowanie spójne - zarówno w trybie pracy ciągłej, jak i impulsowej);

Możliwość bezpośredniej modulacji prądem elektrycznym do 1010 Hz;

Niezwykle mały rozmiar (długość mniejsza niż 0,5 mm, szerokość nie większa niż 0,4 mm, wysokość nie większa niż 0,1 mm);

Niskie napięcie pompy;

Niezawodność mechaniczna;

Długa żywotność (do 107 godzin).

4.5 Lasery ekscymerowe

Lasery ekscymerowe, które reprezentują nową klasę systemów laserowych, otwierają zakres UV dla elektroniki kwantowej. Wygodnie jest wyjaśnić zasadę działania laserów ekscymerowych na przykładzie lasera ksenonowego (nm). Stan podstawowy cząsteczki Xe2 jest niestabilny. Niewzbudzony gaz składa się głównie z atomów. Populacja górnego stanu lasera, tj. wytworzenie wzbudzonej stabilności cząsteczki następuje pod działaniem wiązki szybkich elektronów w złożonej sekwencji procesów kolizyjnych. Wśród tych procesów znaczącą rolę odgrywa jonizacja i wzbudzenie ksenonu przez elektrony.

Excimery halogenków gazów szlachetnych (monohalogenki gazów szlachetnych) cieszą się dużym zainteresowaniem, głównie dlatego, że w przeciwieństwie do dimerów gazów szlachetnych, odpowiadające im lasery działają nie tylko za pomocą wiązki elektronów, ale także przy wzbudzeniu wyładowaniami gazowymi. Mechanizm powstawania górnych składników przejść laserowych w tych ekscymerach jest w dużej mierze niejasny. Względy jakościowe wskazują na większą łatwość ich powstawania w porównaniu do przypadku dimerów gazów szlachetnych. Istnieje głęboka analogia pomiędzy wzbudzonymi cząsteczkami złożonymi z atomów materiału alkalicznego i halogenu. Atom gazu obojętnego we wzbudzonym stanie elektronowym jest podobny do atomu metal alkaliczny i halogenowe. Atom gazu obojętnego we wzbudzonym stanie elektronowym jest podobny do atomu metalu alkalicznego, który następuje po nim w układzie okresowym. Atom ten łatwo ulega jonizacji, ponieważ energia wiązania wzbudzonego elektronu jest niska. Ze względu na duże powinowactwo elektronu halogenowego, elektron ten łatwo ulega oderwaniu i w przypadku zderzenia odpowiednich atomów chętnie przeskakuje na nową orbitę, która łączy atomy, przeprowadzając w ten sposób tzw. reakcję harpunową.

Najczęściej następujące typy lasery ekscymerowe: Ar2 (126,5 nm), Kr2 (145,4 nm), Xe2 (172,5 nm), ArF (192 nm), KrCl (222,0 nm), KrF (249,0 nm), XeCl (308,0 nm), XeF (352,0 nm) .

4.6 Lasery barwnikowe

Osobliwość lasery barwnikowe to możliwość pracy w szerokim zakresie długości fal od bliskiej podczerwieni do bliskiego UV, płynne dostrajanie długości fali lasera w zakresie kilkudziesięciu nanometrów przy monochromatyczności sięgającej 1-1,5 MHz. Lasery barwnikowe działają w trybie ciągłym, impulsowym i impulsowo-okresowym. Energia impulsów promieniowania sięga setek dżuli, moc generacji ciągłej sięga dziesiątek watów, częstotliwość powtarzania wynosi setki herców, a wydajność wynosi dziesiątki procent (przy pompowaniu laserowym). W trybie impulsowym czas generacji zależy od czasu trwania impulsów pompy. W trybie blokowania trybu osiągane są zakresy czasu trwania pikosekundy i subpikosekundy.

O właściwościach laserów barwnikowych decydują właściwości ich substancji roboczej, czyli barwników organicznych. Barwniki zwykle nazywany złożonym związki organiczne o rozgałęzionym układzie złożonych wiązań chemicznych, posiadającym intensywne pasma absorpcji w zakresie widzialnym i bliskim UV widma. Kolorowe związki organiczne zawierają nasycone grupy chromoforowe typ NO2, N=N, =CO, odpowiedzialny za zabarwienie. Obecność tzw grupy auksochromowe typ NH3, OH nadaje związkowi właściwości barwiące.

4.7 Lasery argonowe

Laser argonowy odnosi się do typu laserów wyładowczych, które generują na przejściach między poziomami jonów, głównie w niebiesko-zielonej części widma widzialnego i bliskiego ultrafioletu.

Laser ten zazwyczaj emituje fale o długości 0,488 µm i 0,515 µm, a także ultrafioletowe o długości fali 0,3511 µm i 0,3638 µm.

Moc może osiągnąć 150 W (próbki przemysłowe 2 h 10 W, żywotność w ciągu 100 godzin). Schemat konstrukcyjny lasera argonowego ze wzbudzeniem prądem stałym pokazano na rysunku 8.

Rysunek 20 - Schemat projektu lasera argonowego

1 - okna wyjściowe lasera; 2 - katoda; 3 - kanał chłodzenia wodą; 4 - rura wyładowcza gazu (kapilara); 5 - magnesy; 6 - anoda; 7 - rura gazowa obejściowa; 8 - lustro stałe; 9 - półprzezroczyste lustro

Wyładowanie gazu odbywa się w cienkiej rurze wyładowczej (4) o średnicy 5 mm, w kapilarze chłodzonej cieczą. Ciśnienie operacyjne gaz w promieniu kilkudziesięciu Pa. Magnesy (5) wytwarzają pole magnetyczne, które „wyciska” wyładowanie ze ścianek rury wyładowczej, co zapobiega stykaniu się wyładowania ze ściankami. Środek ten umożliwia zwiększenie mocy wyjściowej promieniowania laserowego poprzez zmniejszenie szybkości relaksacji wzbudzonych jonów, która następuje w wyniku zderzeń ze ściankami tuby.

Kanał obejściowy (7) ma za zadanie wyrównywać ciśnienie na całej długości rury wylotowej gazu (4) i zapewniać swobodną cyrkulację gazu. W przypadku braku takiego kanału, po włączeniu wyładowania łukowego w części anodowej rury gromadzi się gaz, co może prowadzić do jego wygaśnięcia. Mechanizm tego, co zostało powiedziane, jest następujący. Pod wpływem pola elektrycznego przyłożonego pomiędzy katodą (2) i anodą (6) elektrony pędzą do anody 6, zwiększając ciśnienie gazu na anodzie. Wymaga to wyrównania ciśnienia gazu w rurze wylotowej gazu, aby zapewnić normalny przebieg procesu, który odbywa się za pomocą rury obejściowej (7).

Aby zjonizować obojętne atomy argonu, konieczne jest przepuszczenie przez gaz prądu o gęstości do kilku tysięcy amperów na centymetr kwadratowy. Dlatego konieczne jest skuteczne chłodzenie rury wyładowczej.

Główne obszary zastosowania laserów argonowych: fotochemia, obróbka cieplna, medycyna. Laser argonowy ze względu na wysoką selektywność w stosunku do chromoforów autogennych znajduje zastosowanie w okulistyce i dermatologii.

5. Seryjnie produkowany sprzęt laserowy

Terapeuci wykorzystują lasery helowo-neonowe małej mocy, emitujące światło w widzialnym obszarze widma elektromagnetycznego (λ=0,63 mikrona). Jedną z instalacji fizjoterapeutycznych jest instalacja laserowa UFL-1, przeznaczony do leczenia ostrych i przewlekłych chorób okolicy szczękowo-twarzowej; może być stosowany w leczeniu długotrwale nie gojących się owrzodzeń i ran, a także w traumatologii, ginekologii, chirurgii ( okres pooperacyjny). Wykorzystuje się aktywność biologiczną czerwonej wiązki lasera helowo-neonowego (moc promieniowania
20 mW, natężenie promieniowania na powierzchni obiektu 50-150 mW/cm2).

Istnieją dowody na to, że lasery te są stosowane w leczeniu chorób żylnych (owrzodzeń troficznych). Przebieg leczenia składa się z 20-25 dziesięciominutowych sesji naświetlania owrzodzenia troficznego laserem helowo-neonowym małej mocy i z reguły kończy się całkowitym wygojeniem. Podobny efekt obserwuje się podczas leczenia laserem trudno gojących się ran pourazowych i pooparzeniowych. Długoterminowe skutki laseroterapii w leczeniu owrzodzeń troficznych i niegojących się ran badano na dużej liczbie wyleczonych pacjentów przez okres od dwóch do siedmiu lat. W tych okresach owrzodzenia i rany nie otwierały się już u 97% byłych pacjentów, a tylko u 3% doszło do nawrotów choroby.

W leczeniu stosuje się lekkie zastrzyki różne choroby układ nerwowy i naczyniowy, łagodzą ból spowodowany zapaleniem korzonków nerwowych, regulują ciśnienie krwi itp. Laser opanowuje coraz więcej nowych zawodów medycznych. Laser leczy mózg. Sprzyja temu aktywność widma widzialnego laserów helowo-neonowych o małej intensywności. Jak się okazuje, wiązka lasera może uśmierzyć ból, ukoić i rozluźnić mięśnie oraz przyspieszyć regenerację tkanek. Wiele leków o podobnych właściwościach jest zwykle przepisywanych pacjentom, którzy przeszli urazowe uszkodzenie mózgu, które daje niezwykle mylące objawy. Promień lasera łączy w sobie działanie wszystkich niezbędne leki. Potwierdzili to specjaliści z Centralnego Instytutu Badawczego Refleksologii Ministerstwa Zdrowia ZSRR i Instytutu Badawczego Neurochirurgii im. K N. Burdenko AMS ZSRR.

Badania nad możliwościami leczenia łagodnych i nowotwory złośliwe są prowadzone przez Moskiewski Instytut Badań Naukowych Onkologii im. rocznie Herzen”, Leningradzki Instytut Onkologii im. N.N. Petrov i inne ośrodki onkologiczne.

Do tego wykorzystuje się lasery różne rodzaje: laser CO2 w trybie ciągłym (λ = 10,6 µm, moc 100 W), laser helowo-neonowy w trybie ciągłym (λ = 0,63 µm, moc 30 mW), laser helowo-kadmowy pracujący w trybie ciągłym (λ = 0,44 µm, moc 40 mW), impulsowy laser azotowy (λ = 0,34 µm, moc impulsu 1,5 kW, średnia moc promieniowania 10 mW).

Opracowano i stosuje się trzy metody oddziaływania promieniowania laserowego na nowotwory (łagodne i złośliwe):

a) Laserowe napromieniowanie – napromieniowanie nowotwory rozogniskowaną wiązką lasera, co prowadzi do śmierci komórek nowotworowych i utraty zdolności do reprodukcji.

b) Koagulacja laserowa – zniszczenie guza średnio skupioną wiązką.

c) Chirurgia laserowa – wycięcie guza wraz z sąsiadującymi tkankami za pomocą skupionej wiązki lasera. Opracowane systemy laserowe:

„Jakhroma”- moc do 2,5 W na wyjściu światłowodu przy długości fali 630 nm, czas ekspozycji od 50 do 750 sek.; impulsowe z częstotliwością powtarzania 104 impulsów/sek.; na 2 laserach - pulsacyjnym laserze barwnikowym i laserze na oparach miedzi „LGI-202”. „Spectromed”- moc 4 W w trybie generacji ciągłej, długość fali 620-690 nm, czas ekspozycji od 1 do 9999 s przy użyciu urządzenia „Wystawa”; na dwóch laserach - ciągły laser barwnikowy "Ametyst" i laser argonowy „Inwersja” do terapii fotodynamicznej nowotworów złośliwych (nowoczesna metoda selektywnej ekspozycji na komórki nowotworowe organizmu).

Metoda opiera się na różnicy w absorpcji promieniowania laserowego przez komórki różniące się parametrami. Lekarz wstrzykuje środki fotouczulające (organizm nabywa specyficznego nadwrażliwość na obce substancje) lekarstwo w obszarze akumulacji komórki patologiczne. Promieniowanie laserowe uderzające w tkankę ciała jest selektywnie absorbowane przez komórki nowotworowe zawierające lek, niszcząc je, umożliwiając zniszczenie komórek nowotworowych bez szkody dla otaczających tkanek.

Urządzenie laserowe ATAK-10(JSC „Semiconductor Devices”), pokazana na ryc. 9, pozwala oddziaływać na nowotwory za pomocą promieniowania laserowego o dwóch różnych długościach fal 661 i 810 nm. Urządzenie przeznaczone jest do stosowania w szerokiej gamie placówek medycznych, a także do rozwiązywania różnorodnych problemów naukowo-technicznych jako źródło silnego promieniowania laserowego. Podczas stosowania urządzenia nie powstają istotne zmiany destrukcyjne na skórze i tkankach miękkich. Usunięcie guzów laserem chirurgicznym zmniejsza liczbę nawrotów i powikłań, skraca czas gojenia się ran, pozwala na zabieg jednoetapowy i zapewnia dobry efekt kosmetyczny.

Rysunek 20 - Urządzenie laserowe ATKUS-10

Jako emitery stosowane są półprzewodnikowe diody laserowe. Wykorzystywany jest światłowód transportowy o średnicy 600 mikronów.

LLC NPF „Techkon” opracowała urządzenie do terapii laserowej „ Alfa 1M”(Rysunek 10). Jak podano na stronie producenta, instalacja jest skuteczna w leczeniu artrozy, neurodermitu, egzemy, zapalenia jamy ustnej, owrzodzeń troficznych, rany pooperacyjne itp. Połączenie dwóch emiterów – ciągłego i impulsowego – daje ogromne możliwości terapeutyczne i terapeutyczne Praca badawcza. Wbudowany fotometr pozwala na ustawienie i kontrolę mocy naświetlania. Dyskretne ustawienie czasu i płynne ustawienie częstotliwości impulsów naświetlania ułatwiają obsługę urządzenia. Prostota sterowania pozwala na obsługę urządzenia przez personel pielęgniarski.

Rysunek 20 – Laserowe urządzenie terapeutyczne „Alfa 1M”

Charakterystyki techniczne urządzenia podano w tabeli 1.

Tabela 7 - Charakterystyka techniczna laserowego urządzenia terapeutycznego „Alfa 1M”

Na początku lat 70. akademik M.M. Krasnow i jego koledzy z 2. Moskiewskiego Instytutu Medycznego podjęli wysiłki w celu wyleczenia jaskry (występuje w wyniku upośledzenia odpływu płynu wewnątrzgałkowego i w rezultacie zwiększonego ciśnienie wewnątrzgałkowe) za pomocą lasera. Leczenie jaskry przeprowadzono za pomocą odpowiednich instalacji laserowych, stworzonych wspólnie z fizykami.

Laserowy zespół okulistyczny "Bułat" nie ma zagraniczne odpowiedniki. Przeznaczony do zabiegów chirurgicznych przedniej części oka. Pozwala leczyć jaskrę i zaćmę bez naruszania integralności zewnętrznych błon oka. W instalacji zastosowano pulsacyjny laser rubinowy. Energia promieniowania zawarta w szeregu kilku impulsów świetlnych waha się od 0,1 do 0,2 J. Czas trwania pojedynczego impulsu wynosi od 5 do 70 ns, odstęp między impulsami wynosi od 15 do 20 μs. Średnica plamki lasera wynosi od 0,3 do 0,5 mm. Maszyna laserowa „Yatagan 4” o czasie trwania impulsu 10-7 s., o długości fali promieniowania 1,08 mikrona i średnicy plamki 50 mikronów. Przy takim naświetlaniu oka decydujące znaczenie ma nie termiczne, ale fotochemiczne, a nawet mechaniczne działanie wiązki lasera (pojawienie się fali uderzeniowej). Istota metody polega na tym, że „strzał” lasera o określonej mocy jest kierowany w kącik przedniej komory oka i tworzy mikroskopijny „kanał” dla odpływu płynu i w ten sposób przywraca właściwości drenażowe tęczówki, powodując normalny wypływ płynu wewnątrzgałkowego. W tym przypadku wiązka lasera swobodnie przechodzi przez przezroczystą rogówkę i „eksploduje” na powierzchni tęczówki. W tym przypadku nie pali się, co prowadzi do procesów zapalnych w tęczówce i szybkiej eliminacji przewodu, ale do wybicia dziury. Procedura trwa około 10 do 15 minut. Zwykle wycina się 15-20 otworów (przewodów) w celu odpływu płynu wewnątrzgałkowego.

W Leningradzkiej Klinice Chorób Oczu Wojskowej Akademii Medycznej grupa specjalistów pod przewodnictwem doktora nauk medycznych profesora V.V. Wołkowa zastosowała swoją metodę leczenia chorób dystroficznych siatkówki i rogówki za pomocą lasera małej mocy LG-75, pracujący w trybie ciągłym. Podczas tego zabiegu na siatkówkę oka działa promieniowanie o małej mocy wynoszącej 25 mW. Co więcej, promieniowanie jest rozproszone. Czas trwania jednej sesji napromieniania nie przekracza 10 minut. W 10-15 sesjach w odstępach od jednego do pięciu dni lekarze skutecznie leczą zapalenie rogówki, zapalenie rogówki i inne choroby zapalne. Schematy leczenia uzyskano empirycznie.

W 1983 roku amerykański okulista S. Trockel przedstawił pomysł możliwości zastosowania ultrafioletowego lasera ekscymerowego do korekcji krótkowzroczności. W naszym kraju badania w tym kierunku przeprowadzono w Moskiewskim Instytucie Badawczym Mikrochirurgii Oka pod kierownictwem profesora S.N. Fiodorow i A. Semenow.

Dla podobne operacje wspólnie przez MNTK „Mikrochirurgia oka” i Instytut Fizyki Ogólnej pod przewodnictwem akademika A. M. Prochorowa powstała instalacja laserowa „Profil 500” z unikatem system optyczny, które nie mają odpowiednika na świecie. W przypadku kontaktu z rogówką możliwość poparzenia jest całkowicie wyeliminowana, ponieważ nagrzewanie tkanki nie przekracza 4-8°C. Czas trwania operacji wynosi 20-70 sekund, w zależności od stopnia krótkowzroczności. Od 1993 roku „Profil 500” jest z powodzeniem stosowany w Japonii, Tokio i Osace, w Irkucku Międzyregionalnym Centrum Laserowym.

Aparat okulistyczny z laserem helowo-neonowym MACDEL-08(JSC MAKDEL-Technologies), pokazana na rysunku 11, posiada cyfrowy układ sterowania, miernik mocy, źródło promieniowania światłowodowego oraz zestawy przyłączy optycznych i magnetycznych. Urządzenie laserowe zasilane jest z sieci prądu przemiennego o częstotliwości 50 Hz i napięciu znamionowym 220 V ± 10%. Umożliwia ustawienie czasu sesji (promieniowania laserowego) w zakresie od 1 do 9999 sekund z błędem nie większym niż 10%. Posiada cyfrowy wyświetlacz, który umożliwia wstępne ustawienie czasu i kontrolę czasu do zakończenia zabiegu. W razie potrzeby sesję można zakończyć wcześniej. Urządzenie zapewnia modulację częstotliwości promieniowania laserowego od 1 do 5 Hz w krokach co 1 Hz, dodatkowo przy ustawionej częstotliwości na 0 Hz występuje tryb promieniowania ciągłego.

Rycina 20 - Laserowe urządzenie okulistyczne MAKDEL-08

Maszyna laserowa na podczerwień MACDEL-09 przeznaczony do korekcji wad wzroku akomodacyjno-refrakcyjnego. Zabieg polega na wykonaniu 10-12 zabiegów przez 3-5 minut. Efekty terapii utrzymują się 4-6 miesięcy. Jeśli wskaźniki zakwaterowania spadną, konieczne jest powtórzenie kursu. Proces poprawy wskaźników obiektywnego widzenia trwa 30-40 dni po zabiegach. Średnie wartości dodatniej części względnej akomodacji stale rosną o 2,6 dioptrii. i osiągnę poziom normalne wskaźniki. Maksymalne zwiększenie rezerwy wynosi 4,0 dioptrii, minimalne to 1,0 dioptrii. Badania recyklograficzne wykazują stały wzrost objętości krążącej krwi w naczyniach ciała rzęskowego. Urządzenie umożliwia ustawienie czasu sesji laserowej od 1 do 9 minut. Cyfrowy wyświetlacz na centrali umożliwia wstępne ustawienie czasu, a także kontrolę czasu do zakończenia sesji. W razie potrzeby sesję można zakończyć wcześniej. Po zakończeniu sesji zabiegowej urządzenie emituje dźwiękowy sygnał ostrzegawczy. System regulacji odległości od środka do środka umożliwia ustawienie odległości pomiędzy środkami kanałów w zakresie od 56 do 68 mm. Ustawienie wymaganej odległości od środka do środka można wykonać za pomocą linijki na jednostce wykonawczej lub zgodnie z rysunkiem referencyjnych diod LED.

Modele lasera argonowego ARGUS firmy Aesculap Meditek (Niemcy) dla okulistyki, stosowany do fotokoagulacji siatkówki. W samych Niemczech wykorzystuje się ponad 500 laserów argonowych, z których wszystkie działają bezpiecznie i niezawodnie. ARGUS posiada wygodne sterowanie i jest kompatybilny z popularnymi modelami lamp szczelinowych firm Zeiss i Haag-Streit. ARGUS jest optymalnie przygotowany do współpracy z laserem Nd:YAG na jednym stanowisku pracy.

Chociaż ARGUS został zaprojektowany jako pojedyncza jednostka, stojak na instrumenty i moduł lasera można umieścić obok siebie lub w różnych miejscach i pomieszczeniach, dzięki kablowi połączeniowemu o długości do 10 metrów. Stojak na instrumenty z regulacją wysokości zapewnia maksymalną swobodę pacjentowi i lekarzowi. Nawet jeśli pacjent porusza się na wózku inwalidzkim, leczenie go nie jest trudne.

Aby chronić oczy, ARGUS integruje kontrolowany filtr niskoszumowy dla lekarza. Filtr wkładany jest w wiązkę lasera po naciśnięciu włącznika nożnego, tj. dopiero bezpośrednio przed wyzwoleniem błysku lasera. Fotokomórki i mikroprocesory kontrolują jego prawidłowe położenie. Optymalne oświetlenie strefy koagulacji zapewnia specjalne urządzenie do prowadzenia wiązki lasera. Mikromanipulator pneumatyczny umożliwia precyzyjne pozycjonowanie belki jedną ręką.

Charakterystyka techniczna urządzenia:

Laserowy ciągły laser argonowo-jonowy do okulistycznej rurki ceramicznej BeO

Włącz rogówkę:

na rogówce: 50 mW - 3000 mW dla wszystkich linii, 50 mW - 1500 mW dla 514 nm

z zasilaczem o ograniczonym poborze prądu:

na rogówce: 50 mW - 2500 mW dla wszystkich linii, 50 mW - 1000 mW dla 514 nm

Wiązka pilotująca argonu dla wszystkich linii lub 514 nm, maksymalnie 1 mW

Czas trwania impulsu 0,02 - 2,0 s, regulowany w 25 krokach lub płynnie

Sekwencja impulsów 0,1 - 2,5 sek., z interwałami regulowanymi w 24 krokach

Rozpoczęcie impulsu za pomocą włącznika nożnego; w trybie sekwencji impulsów żądaną serię błysków aktywuje się poprzez naciśnięcie włącznika nożnego;

funkcja zostaje przerwana po zwolnieniu pedału

Zasilanie wiązki poprzez światłowód, średnica światłowodu. 50 µm, długość 4,5 m, oba końce ze złączem SMA

Dostępne opcje zdalnego sterowania:

pilot 1: regulacja ręczna za pomocą pokrętła;

pilot 2: ustawienie pól stykowych klawiatury filmowej.

Cechy ogólne: wyświetlacz elektroluminescencyjny, wyświetlacz mocy w formie cyfrowej i analogowej, cyfrowe wyświetlanie wszystkich pozostałych parametrów ustawień, wyświetlanie stanu pracy (np. zalecenia serwisowe) w postaci zwykłego tekstu

Sterowanie mikroprocesorowe, kontrola mocy, filtr ochronny dla lekarza i rolety w trybie 10 milisekund

Chłodzenie

powietrze: zintegrowane ciche wentylatory

woda: przepływ od 1 do 4 l/min, przy ciśnieniu od 2 do 4 bar i temperaturze nie wyższej niż 24°C

Zasilanie sieciowe jest dostępne w trzech różnych jednostkach do wyboru:

AC prądowy, jednofazowy z przewodem neutralnym 230 V, 32 A, 50/60 Hz

AC prądowy, jednofazowy o maksymalnym poborze prądu ograniczonym do 25 A

prąd trójfazowy, trzy fazy i przewód neutralny, 400 V, 16 A, 50/60 Hz

Rejestracja wyników: wydruk parametrów zabiegu na opcjonalnej drukarce

Wymiary

urządzenie: 95 cm x 37 cm x 62 cm (szer. x gł. x wys.)

stół: 93cm x 40cm (szer. x gł.)

wysokość stołu: 70 - 90 cm

„Skalpel laserowy” znalazł zastosowanie w chorobach narządów trawiennych (O.K. Skobelkin), chirurgii plastycznej skóry i chorobach dróg żółciowych(A.A. Wiszniewski), w kardiochirurgii (A.D. Arapow) i wielu innych dziedzinach chirurgii.

W chirurgii wykorzystuje się lasery CO2, emitujące w niewidzialnym zakresie podczerwieni widma elektromagnetycznego, co narzuca pewne warunki podczas operacji, szczególnie w czasie narządy wewnętrzne osoba. Ze względu na niewidzialność wiązki lasera i trudność w manipulowaniu nią (dłoń chirurga nie reaguje zwrotnie i nie czuje momentu i głębokości rozwarstwienia), aby zapewnić dokładność cięcia, stosuje się zaciski i wskazówki.

Pierwsze próby wykorzystania laserów w chirurgii nie zawsze kończyły się sukcesem, dochodziło do uszkodzeń pobliskich narządów i przepalania tkanek przez wiązkę lasera. Ponadto w przypadku nieostrożnego obchodzenia się z urządzeniem wiązka lasera może być niebezpieczna dla lekarza. Jednak pomimo tych trudności chirurgia laserowa poczyniła postępy. Tak więc na początku lat 70. pod przewodnictwem akademika B. Pietrowskiego, profesora Skobelkina, doktora Brekhova i inżyniera A. Iwanowa rozpoczęli tworzenie skalpela laserowego „Skalpel 1”(Rysunek 12).

Ryc. 20 – Laserowy zespół chirurgiczny „Scalpel-1”

Laserowy aparat chirurgiczny „Skalpel 1” służy do operacji na narządach przewód pokarmowy, po zatrzymaniu krwawienia ostre wrzody przewodu pokarmowego, podczas operacji plastycznych skóry, podczas leczenia ran ropnych, podczas operacji ginekologicznych. Zastosowano laser CO2 o emisji ciągłej o mocy wyjściowej ze światłowodu 20 W. Średnica plamki lasera wynosi od 1 do 20 mikronów.

Schemat mechanizmu działania światła lasera CO2 na tkankę przedstawiono na rycinie 13.

Rycina 20 – Schemat mechanizmu działania światła lasera CO2 na tkankę

Przy użyciu skalpela laserowego operacje przeprowadzane są bezdotykowo, światło lasera CO2 działa antyseptycznie i przeciwblastycznie, tworzy się gęsty film koagulacyjny, który zapewnia skuteczną hemostazę (światło naczyń tętniczych do 0,5 mm i żylnych do 1 mm w średnicy są zgrzewane i nie wymagają podwiązywania podwiązek), tworzy barierę przed czynnikami zakaźnymi (w tym wirusami) i toksycznymi, zapewniając jednocześnie wysoką skuteczność alastyków, stymuluje regenerację tkanek pourazowych i zapobiega powstawaniu blizn (patrz schemat).

„Laserowane”(Instrument Engineering Design Bureau) zbudowany jest w oparciu o lasery półprzewodnikowe emitujące falę o długości 1,06 mikrona. Urządzenie charakteryzuje się dużą niezawodnością, małymi gabarytami i wagą. Promieniowanie dostarczane jest do tkanki biologicznej za pomocą jednostki laserowej lub światłowodu. Główne promieniowanie jest kierowane przez oświetlenie pilotujące lasera półprzewodnikowego. Klasa zagrożenia laserem 4 zgodnie z GOST R 50723-94, klasa bezpieczeństwa elektrycznego I z typem ochrony B zgodnie z GOST R 50267.0-92.

Laserowe urządzenie chirurgiczne „Lancet-1”(Rysunek 14) – model lasera CO2 przeznaczony do zabiegów chirurgicznych w różne obszary praktyka lekarska.

Rysunek 20 – Laserowe urządzenie chirurgiczne „Lancet-1”

Urządzenie ma konstrukcję poziomą, jest przenośne, posiada oryginalne opakowanie w postaci walizki i spełnia najnowocześniejsze wymagania stawiane chirurgicznym systemom laserowym zarówno pod względem możliwości technicznych, jak i zapewnienia optymalnych warunków pracy chirurga, łatwości sterowania i projekt.

Charakterystyki techniczne urządzenia podano w tabeli 2.

Tabela 7 - Charakterystyka techniczna laserowego urządzenia chirurgicznego „Lancet-1”

Długość fali promieniowania, mikrony
Wyjściowa moc promieniowania (regulowana), W
Moc w trybie Medipulse, W
Średnica wiązki lasera na tkance (przełączana), mikrony
Prowadzenie głównego promieniowania wiązką lasera diodowego	2 mW, 635 nm
Tryby promieniowania (przełączane)	ciągły, impulsowo-okresowy, Medipulse
Czas ekspozycji na promieniowanie (regulowany), min
Czas trwania impulsu promieniowania w trybie impulsowo-okresowym (regulowany), s
Czas przerwy pomiędzy impulsami, s
Pilot	zdalny
Włączanie promieniowania	pedał
Usuwanie produktów spalania	system odprowadzania dymu
Promień przestrzeni roboczej, mm
System chłodzenia	autonomiczny, typu powietrze-ciecz
Umieszczenie na sali operacyjnej	pulpit
Zasilanie (AC)	220 V, 50 Hz, 600 W
Wymiary całkowite, mm
Waga (kg

6. Medyczny sprzęt laserowy opracowany przez KBAS

Uniwersalne mocowanie optyczne ( NIE TY) do laserów takich jak LGN-111, LG-75-1(Rysunek 15) ma za zadanie skupiać promieniowanie laserowe w światłowodzie i zmieniać średnicę plamki podczas naświetlania zewnętrznego.

Rysunek 20 – Uniwersalne złącze optyczne (OU)

Nasadka znajduje zastosowanie w leczeniu szeregu schorzeń związanych z zaburzeniami krążenia poprzez wprowadzenie światłowodu do żyły i naświetlanie krwi, a także w leczeniu chorób dermatologicznych i reumatycznych. Przystawka jest prosta w obsłudze, łatwo montowana na korpusie lasera i szybko dostosowuje się do trybu pracy. Podczas naświetlania zewnętrznego średnica plamki zmienia się poprzez przesuwanie soczewki kondensora.

Charakterystyki techniczne LEU podano w tabeli 3.

Tabela 7 - Charakterystyka techniczna LEU

Jednostka fizjoterapeutyczna „Sprut-1”(Rysunek 16) jest przeznaczony do leczenia szeregu chorób z różnych dziedzin medycyny: traumatologii, dermatologii, stomatologii, ortopedii, refleksologii, nerwobólów.

Ryc. 20 - Urządzenie do fizjoterapii laserowej „Sprut-1”

Leczenie instalacją Sprut-1 zapewnia brak reakcje alergiczne, bezbolesność i aseptyczność, a także prowadzi do znacznego skrócenia czasu leczenia i oszczędności na lekach.

Zasada działania opiera się na wykorzystaniu stymulującego efektu energii promieniowania laserowego o długości fali 0,63 mikrona.

Instalacja składa się z emitera, którego położenie można płynnie regulować względem płaszczyzny poziomej, zasilacza z licznikiem ilości uruchomień oraz licznikiem całkowitego czasu pracy instalacji.

Emiter i zasilacz zamontowane są na lekkim, mobilnym stojaku.

Charakterystyki techniczne instalacji Sprut-1 podano w tabeli 4.

Tabela 7 - Charakterystyka techniczna instalacji fizjoterapeutycznej „Sprut-1”

Laserowy aparat do terapii okulistycznej „Lota”(ryc. 17) stosuje się w leczeniu nadżerek i owrzodzeń o charakterze troficznym, po urazach, oparzeniach, zapaleniu rogówki i rogówki i spojówek, keratopatiach pooperacyjnych, a także w celu przyspieszenia procesu wszczepiania przeszczepu podczas przeszczepiania rogówki.

Ryc. 20 - Laserowy okulistyczny aparat terapeutyczny „Lota”

Charakterystyki techniczne instalacji podano w tabeli 5.

Tabela 7 - Charakterystyka techniczna systemu laserowego „Lota”.

Długość fali promieniowania, mikrony
Gęstość mocy promieniowania w płaszczyźnie napromieniania, W/cm2	nie więcej niż 5x105
Moc promieniowania na wyjściu instalacji, mW
Charakter regulacji mocy w określonym zakresie
Pobór mocy, VA	nie więcej niż 15
Średni czas między awariami, godz	nie mniej niż 5000
Przeciętny zasób	nie mniej niż 20 000
Waga (kg

Medyczna maszyna laserowa „Almitsin”(ryc. 18) znajduje zastosowanie w terapii, stomatologii, fitzjologii, pulmonologii, dermatologii, chirurgii, ginekologii, proktologii i urologii. Metody leczenia: działanie bakteriobójcze, stymulacja mikrokrążenia u źródła uszkodzeń, normalizacja procesów immunologicznych i biochemicznych, poprawa regeneracji, zwiększenie skuteczności terapii lekowej.

Ryc. 20 – Medyczne urządzenie laserowe „Almitsin”

Charakterystyki techniczne instalacji podano w tabeli 6.

Tabela 7 - Charakterystyka techniczna medycznego systemu laserowego „Almitsin”

Zakres widmowy	blisko UV
Projekt
Wyjście wiązki	przewodnik świetlny
Średnica światłowodu, µm
Długość światłowodu, m
Napięcie zasilania przy częstotliwości 50 Hz, V
Zużycie energii, W	nie więcej niż 200
Kontrola	automatyczny
Czas naświetlania, min	nie więcej niż 3
Wymiary każdego bloku, mm
	nie więcej niż 40 kg

Światłowodowy „Ariadna-10”(Rysunek 19) proponuje się zastąpić mechanizm transmisji promieniowania o niskiej mobilności i inercyjnym zwierciadlanym przegubie w instalacjach chirurgicznych (typu Scalpel-1) wykorzystujących lasery CO2.

Głównymi elementami nasadki są: urządzenie wejściowe promieniowania i światłowód chirurgii ogólnej.

Rysunek 20 - Przystawka światłowodowa „Ariadna-10”

Światłowód nasadki współpracuje z urządzeniem oddymiającym, co umożliwia jednoczesne usuwanie produktów oddziaływania promieniowania z tkankami biologicznymi z przestrzeni operacyjnej podczas wykonywania zabiegów chirurgicznych.

Dzięki elastyczności światłowodu znacznie rozszerzają się możliwości stosowania laserowych systemów chirurgicznych wykorzystujących lasery CO2.

Charakterystyki techniczne instalacji podano w tabeli 7.

Tabela 7 - Charakterystyka techniczna przystawki światłowodowej „Ariadna-10”

Schemat mocowania pokazano na rysunku 20.

Rysunek 20 - Schemat przyłącza światłowodowego „Ariadna-10”

Lista wykorzystanych źródeł

1. Zacharow V.P., Shakhmatov E.V. Technologia laserowa: podręcznik. dodatek. - Samara: Wydawnictwo Samar. państwo lotniczy Uniwersytet, 2006. - 278 s.

2. Podręcznik technologii laserowej. Za. z języka niemieckiego. M., Energoatomizdat, 1991. - 544 s.

3. Żukow B.N., Łysow N.A., Bakutsky V.N., Anisimov V.I. Wykłady z medycyny laserowej: Instruktaż. - Samara: Media, 1993. - 52 s.

4. Zastosowanie laserowego urządzenia chirurgicznego „Scalpel-1” w leczeniu chorób zębów. - M .: Ministerstwo Zdrowia ZSRR, 1986. - 4 s.

5. Kanyukov V.N., Teregulov N.G., Vinyarsky V.F., Osipov V.V. Rozwój rozwiązań naukowo-technicznych w medycynie: Podręcznik. - Orenburg: OSU, 2000. - 255 s.

Słowo LASER (Wzmocnienie światła poprzez emisję wymuszoną) jest tłumaczone z angielskiego jako Wzmacnianie światła poprzez stymulację promieniowania. Samo działanie lasera opisał Einstein już w 1917 roku, ale pierwszy działający laser zbudował dopiero 43 lata później Theodor Maiman, pracujący w Hugres Aircraft. Aby wytworzyć milisekundowe impulsy promieniowania laserowego, jako ośrodek aktywny użył sztucznego kryształu rubinu. Długość fali tego lasera wynosiła 694 nm. Po pewnym czasie wypróbowano laser o długości fali 1060 nm, czyli w obszarze widma bliskiej podczerwieni. Ośrodkiem aktywnym w tym laserze były pręty szklane domieszkowane neodymem.

Ale w tamtym czasie laser nie miał praktycznego zastosowania. Czołowi fizycy szukali jego przeznaczenia w różnych dziedzinach działalności człowieka. Pierwsze eksperymenty eksperymentalne z laserami w medycynie nie zakończyły się pełnym sukcesem. Promieniowanie laserowe na tych falach było dość słabo absorbowane, nie było jeszcze możliwości dokładnego kontrolowania mocy. Jednak w latach 60. czerwony laser rubinowy wykazał dobre wyniki w okulistyce.

Historia zastosowania laserów w medycynie

W 1964 roku opracowano i przetestowano laser argonowo-jonowy. Był to laser o fali ciągłej o niebiesko-zielonym widmie i długości fali 488 nm. To laser gazowy i łatwiej było kontrolować jego moc. Hemoglobina dobrze absorbowała promieniowanie. Po krótkim czasie zaczęły pojawiać się systemy laserowe oparte na laserze argonowym, które pomagały w leczeniu chorób siatkówki.

W tym samym roku 64 w Laboratorium Bella opracowano laser na bazie granatu itrowo-glinowego domieszkowanego neodymem () i. CO2 to laser gazowy, którego promieniowanie jest ciągłe i ma długość fali 1060 nm. Woda bardzo dobrze pochłania promieniowanie. A ponieważ tkanki miękkie człowieka składają się głównie z wody, laser CO2 stał się dobrą alternatywą dla konwencjonalnego skalpela. Używanie tego lasera do cięcia tkanki minimalizuje utratę krwi. W latach 70. lasery na dwutlenku węgla znalazły szerokie zastosowanie w szpitalach stacjonarnych w Stanach Zjednoczonych. Zakres ówczesnego zastosowania skalpeli laserowych: ginekologia i otolaryngologia.

Rok 1969 to rok, w którym opracowano pierwszy pulsacyjny laser barwnikowy, a już w 1975 roku pojawił się pierwszy laser ekscymerowy. Od tego czasu zaczęto aktywnie wykorzystywać i wprowadzać laser różne obszary zajęcia.

Lasery zaczęły być powszechne w medycynie w latach 80-tych w szpitalach i klinikach w Stanach Zjednoczonych. W tym czasie stosowano głównie lasery dwutlenkowe i argonowe, stosowano je w chirurgii i okulistyce. Jedną z wad ówczesnych laserów jest to, że posiadały one stałe, ciągłe promieniowanie, co wykluczało możliwość bardziej precyzyjnej pracy, co prowadziło do termicznego uszkodzenia tkanki wokół leczonego obszaru. Skuteczne wykorzystanie technologii laserowych w tamtym czasie wymagało ogromnego doświadczenia zawodowego.

Kolejnym krokiem w rozwoju technologii laserowych dla medycyny było wynalezienie lasera pulsacyjnego. Laser ten umożliwił działanie wyłącznie na obszar problemowy, bez uszkadzania otaczających tkanek. A w latach 80. pojawiły się pierwsze. To zapoczątkowało wykorzystanie laserów w kosmetologii. Takie systemy laserowe mogłyby usuwać naczyniaki włośniczkowe i znamiona. Nieco później pojawiły się zdolne lasery. Były to lasery Q-switch (Q-switch lser).

Na początku lat 90. opracowano i wprowadzono technologie skanowania. Dokładność obróbki laserowej była teraz kontrolowana komputerowo i możliwe stało się przeprowadzanie laserowego odnawiania skóry (), co znacznie zwiększyło popularność i.

Obecnie zakres zastosowania laserów w medycynie jest bardzo szeroki. Są to chirurgia, okulistyka, stomatologia, neurochirurgia, kosmetologia, urologia, ginekologia, kardiologia itp. Można sobie wyobrazić, że kiedyś laser był po prostu dobrą alternatywą dla skalpela, dziś można go używać do usuwania komórek nowotworowych, wykonywania bardzo precyzyjnych operacji na różnych narządach i diagnozowania poważnych chorób na najwcześniejszym etapie, np. nowotworu. Obecnie technologie laserowe w medycynie zmierzają w kierunku rozwoju skojarzonych metod leczenia, gdy oprócz laseroterapii stosuje się fizjoterapię, leki i ultradźwięki. Na przykład podczas leczenia choroby ropne opracowano zestaw środków, który obejmuje obróbka laserowa, zastosowanie przeciwutleniaczy i różnych materiałów biologicznie aktywnych.

Technologia laserowa i medycyna muszą iść w parze w przyszłość. Nawet dzisiaj najnowsze osiągnięcia w medycynie laserowej pomagają w usuwaniu guzów nowotworowych, stosowane są w korekcji ciała w kosmetologii i korekcji wzroku w okulistyce. Chirurgia małoinwazyjna, podczas której wykonywane są bardzo skomplikowane operacje przy użyciu lasera.

Dodatkowe informacje:

Promieniowanie laserowe w medycynie to wymuszona lub stymulowana fala o zakresie optycznym o długości od 10 nm do 1000 mikronów (1 mikron = 1000 nm).

Promieniowanie laserowe ma:
- koherencja - skoordynowane występowanie w czasie kilku procesów falowych o tej samej częstotliwości;
- monochromatyczny - jedna długość fali;
- polaryzacja - uporządkowana orientacja wektora natężenia pola elektromagnetycznego fali w płaszczyźnie prostopadłej do jej propagacji.

Fizyczne i fizjologiczne skutki promieniowania laserowego

Promieniowanie laserowe (LR) ma działanie fotobiologiczne. Reakcje biofizyczne i biochemiczne tkanek na promieniowanie laserowe są różne i zależą od zasięgu, długości fali i energii fotonów promieniowania:

Promieniowanie podczerwone (1000 mikronów - 760 nm, energia fotonów 1-1,5 EV) wnika na głębokość 40-70 mm, powodując procesy oscylacyjne - efekt termiczny;
- promieniowanie widzialne (760-400 nm, energia fotonów 2,0-3,1 EV) wnika na głębokość 0,5-25 mm, powoduje dysocjację cząsteczek i aktywację reakcji fotochemicznych;
- Promieniowanie UV (300-100 nm, energia fotonów 3,2-12,4 EV) wnika na głębokość 0,1-0,2 mm, powoduje dysocjację i jonizację cząsteczek - efekt fotochemiczny.

Fizjologiczne działanie promieniowania laserowego o niskiej intensywności (LILR) realizowane jest poprzez szlaki nerwowe i humoralne:

Zmiany procesów biofizycznych i chemicznych w tkankach;
- zmiany w procesach metabolicznych;
- zmiana metabolizmu (bioaktywacja);
- zmiany morfologiczne i funkcjonalne w tkance nerwowej;
- stymulacja układu sercowo-naczyniowego;
- pobudzenie mikrokrążenia;
- zwiększyć aktywność biologiczna elementy komórkowe i tkankowe skóry, aktywuje procesy wewnątrzkomórkowe w mięśniach, procesy redoks, tworzenie miofibryli;
- zwiększa odporność organizmu.

Powoduje promieniowanie laserowe o dużej intensywności (10,6 i 9,6 µm).:

Oparzenie termiczne tkanki;
- koagulacja tkanek biologicznych;
- zwęglenie, spalanie, odparowanie.

Efekt terapeutyczny lasera o niskiej intensywności (LILI)

Działa przeciwzapalnie, zmniejszając obrzęk tkanek;
- przeciwbólowe;
- stymulacja procesów naprawczych;
- działanie refleksogenne - pobudzenie funkcje fizjologiczne;
- efekt uogólniony - stymulacja odpowiedzi immunologicznej.

Terapeutyczne działanie promieniowania laserowego o dużej intensywności

Działanie antyseptyczne, tworzenie filmu koagulacyjnego, Bariera ochronna od środków toksycznych;
- cięcie tkanin (skalpel laserowy);
- spawanie protez metalowych, aparatów ortodontycznych.

Wskazania LILI

Ostre i przewlekłe procesy zapalne;
- uszkodzenie tkanek miękkich;
- oparzenia i odmrożenia;
- choroby skórne;
- choroby obwodowego układu nerwowego;
- choroby układu mięśniowo-szkieletowego;
- choroby układu krążenia;
- choroby układu oddechowego;
- choroby przewodu żołądkowo-jelitowego;
- choroby układu moczowo-płciowego;
- choroby ucha, nosa i gardła;
- zaburzenia stanu odporności.

Wskazania do radioterapii laserowej w stomatologii

Choroby błony śluzowej jamy ustnej;
- choroby przyzębia;
- niepróchnicowe zmiany twardych tkanek zębów i próchnica;
- zapalenie miazgi, zapalenie przyzębia;
- proces zapalny i uraz okolicy szczękowo-twarzowej;
- choroby TMJ;
- ból twarzy.

Przeciwwskazania

Guzy są łagodne i złośliwe;
- ciąża do 3 miesięcy;
- tyreotoksykoza, cukrzyca typu 1, choroby krwi, niewydolność układu oddechowego, nerek, wątroby i układu krążenia;
- stany gorączkowe;
- choroba umysłowa;
- obecność wszczepionego rozrusznika serca;
- stany konwulsyjne;
- indywidualny czynnik nietolerancji.

Sprzęt

Lasery są urządzeniami technicznymi, które emitują promieniowanie w wąskim zakresie optycznym. Nowoczesne lasery są klasyfikowane:

Według substancji czynnej (źródła promieniowania indukowanego) - ciało stałe, ciecz, gaz i półprzewodnik;
- według długości fali i promieniowania - podczerwień, światło widzialne i ultrafiolet;
- według intensywności promieniowania - niska intensywność i wysoka intensywność;
- w zależności od trybu generacji promieniowania - impulsowe i ciągłe.

Urządzenia wyposażone są w głowice emitujące oraz specjalistyczne nasadki – dentystyczne, lustrzane, akupunkturowe, magnetyczne itp., zapewniające skuteczność zabiegu. Łączne zastosowanie promieniowania laserowego i stałego pola magnetycznego wzmacnia efekt terapeutyczny. Na rynku produkowane są głównie trzy typy laserowego sprzętu terapeutycznego:

1) w oparciu o lasery helowo-neonowe pracujące w trybie promieniowania ciągłego o długości fali 0,63 mikrona i mocy wyjściowej 1-200 mW:

ULF-01, „Jagoda”
- AFL-1, AFL-2
- TRANSPORT-1
- ALTM-01
- FALM-1
- "Platan-M1"
- „Atol”
- ALOC-1 - laserowe urządzenie do naświetlania krwi

2) oparte na laserach półprzewodnikowych pracujących w trybie ciągłym, generujących promieniowanie o długości fali 0,67–1,3 mikrona i mocy wyjściowej 1–50 mW:

ALTP-1, ALTP-2
- "Izel"
- "Mazik"
- "Vita"
- "Dzwonek"

3) bazujące na laserach półprzewodnikowych pracujących w trybie impulsowym generującym promieniowanie o długości fali 0,8-0,9 mikrona, o mocy impulsu 2-15 W:

- „Wzór”, „Wzór-2K”
- "Lazurit-ZM"
- "Luzar-MP"
- „Nega”
- "Azor-2K"
- „Efekt”

Urządzenia do terapii laserem magnetycznym:

- "Mlada"
-AMLT-01
- „Swietocz-1”
- „Lazur”
- "Erka"
- MILTA - magnetyczna podczerwień

Technologia i metodologia promieniowania laserowego

Ekspozycja na promieniowanie odbywa się na zmianę lub narząd, strefę segmentowo-metameryczną (skórnie), punkt biologicznie aktywny. Podczas leczenia próchnicy głębokiej i zapalenia miazgi metodą biologiczną, napromienianie przeprowadza się w obszarze dna próchnicy i szyjki zęba; zapalenie przyzębia – światłowód wprowadza się do kanału korzeniowego, uprzednio leczonego mechanicznie i leczniczo, i wprowadza do wierzchołka korzenia zęba.

Technika naświetlania laserowego jest stabilna, stabilna - skanująca lub skanująca, kontaktowa lub zdalna.

Dozowanie

Odpowiedzi na LI zależą od parametrów dozowania:

Długość fali;
- metodologia;
- tryb pracy - ciągły lub impulsowy;
- intensywność, gęstość mocy (PM): LR o małej intensywności - soft (1-2 mW) służy do oddziaływania na strefy refleksyjne; średni (2-30 mW) i twardy (30-500 mW) - w obszarze ogniska patologicznego;
- czas ekspozycji na jedno pole - 1-5 minut, łączny czas nie więcej niż 15 minut. codziennie lub co drugi dzień;
- cykl leczenia 3-10 zabiegów, powtarzany po 1-2 miesiącach.

Środki ostrożności

Oczy lekarza i pacjenta chronione są okularami SZS-22, SZO-33;
- nie można patrzeć na źródło promieniowania;
- ściany biura powinny być matowe;
- po zainstalowaniu emitera na ognisku patologicznym naciśnij przycisk „start”.