Лазерне nобладнання в терапії та хірургії

Історія nвідкриття лазера

Квантова nелектроніка – галузь фізики, яка вивчає методи посилення і генерації nелектромагнітного випромінювання на основі явища вимушеного випромінювання в нерівноважних nквантових системах. Ще в 1940 році фізик А.Фабрикант  вказав на можливість використання nявища вимушеного випромінювання для посилення електромагнітних хвиль.

М. Басов                       А. Прохоров                        Ч. Таунс

Датою народження nквантової електроніки можна вважати 1954 рік, коли М. Басов і А. Прохоров в СРСР і незалежно від них nДж. Гордон, Х. Цайгер  і Ч. Таунс  у США створили перший nквантовий генератор (мазер) на молекулах аміаку, де застосували явище nіндукованого випромінювання для створення мікрохвильового генератора радіохвиль nдовжиною 1, 27 см. Слово мазер утворено початковими літерами слів англійської nфрази: Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation. У 1963 році М. Басов, nА. Прохоров та Ч. Таунс були удостоєні Нобелівської премії за nрозробку нового принципу генерації та підсилення радіохвиль.

Перший nлазер на кристалі рубіна, що давав випромінювання на довжині хвилі 0,6934 мкм, nбув створений Т. Мейманом  у 1960 рік. Оптична накачка в ньому реалізується за допомогою nімпульсних газорозрядних ламп. Рубіновий лазер був першим твердотілим  лазером, nтакож виділяються лазери на неодимовому склі й на кристалах гранату з неодимом n(довжина хвилі 1,06 мкм). Накачування в ньому здійснюється електронним ударом в nгазовому розряді і резонансною передачею енергії від допоміжного газу (у даному nвипадку – гелію) основному (неону). Твердотільні лазери дозволили отримати nгенерацію потужних коротких  і надкоротких  імпульсів світла.

А. Джаваном був nстворений перший газовий лазер на суміші атомів гелію і неону (довжина хвилі n0,6328). Серед інших типів газових лазерів виділяються потужні лазери на nвуглекислому газі (довжина хвилі 10,6 мкм, допоміжні гази – азот і гелій), nаргонові лазери (+0,4880 і 0,5145 мкм), кадмієвий лазер (+0,4416 і 0,3250 мкм), nлазер на парах міді,  (ланцюгової реакції сполуки фтору з воднем), ексимерні nлазери (накачування за рахунок розпаду молекул в основному стані), хімічні nлазери (накачування за рахунок хімічних реакцій).

У кінці 1960-х nбули розроблені і створені лазери на молекулах органічних барвників, які мають nнадзвичайно широку смугу підсилення, що дозволяє плавно перебудовувати частоту nгенерації при використанні дисперсійних елементів (призми, дифракційні  гратки). nНабір із певних барвників дозволяє охопити весь оптичний діапазон.

Лазери дозволили nздійснити новий метод отримання об’ ємних і кольорових зображень, названих nголографією.

 

Принцип дії nта будова лазера

Слово n“лазер” утворено із перших літер фрази: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, що nозначає посилення світла за допомогою вимушеного випромінювання). Лазер – nоптичний квантовий генератор – пристрій, що перетворює енергію накачування n(світлову, електричну, теплову, хімічну та іншу) в енергію електромагнітної nхвилі.

Випромінювання nлазера може бути безперервним, з постійною потужністю, або імпульсним, що nдосягає гранично великих потужностей. У деяких схемах робочий елемент лазера nвикористовується в якості оптичного підсилювача для випромінювання від іншого nджерела в енергію когерентного, монохроматичного, поляризованого і nвузькоспрямованого потоку випромінювання.  Існує велика кількість видів nлазерів, які використовують в якості робочого середовища всі агрегатні стани nречовини. Окремі типи лазерів, наприклад лазери на розчинах барвників або поліхроматичних nтвердотільні лазери генерують частоти  у широкому спектральному діапазоні. Лазери nбувають мікроскопічні (для певних напівпровідникових лазерів) та можуть сягати nрозмірів футбольного поля (для певних лазерів, робочим тілом якого є неодимове nскло). Унікальні властивості випромінювання лазерів застосовуються у різних областях nмедицини, науки і техніки, а також у побуті.

Мовою nквантової теорії вимушене випромінювання означає перехід атома з вищого nенергетичного стану до нижчого, але не самовільно, як при звичайному nвипромінюванні, а внаслідок зовнішнього впливу. Зрозуміло, що для того, щоб nвідбувався процес підсилення світла, необхідно, щоб концентрація атомів на nенергетичних рівнях, які відповідають збудженому стану, була більшою, ніж на nнижчих рівнях. Такий стан називається інверсною заселеністю.

Розглянемо nбудову і принцип роботи газового гелій-неонового лазера. Основним його nелементом є розрядна трубка, заповнена сумішшю газів гелію і неону. Парціальний nтиск гелію – 1мм рт. ст., неону – 0,1 мм рт. ст. Атоми неону є випромінюючими n(робочими), атоми гелію – допоміжними, які необхідні для створення інверсної nзаселеності атомів неону. На рисунку 1 схематично зображені енергетичні рівні nатомів гелію і неону.

Рис. 1. Енергетичні рівні nатомів гелію та неону (Літери С, В, А відповідають енергетичним рівням 2, 3, n2.).

 

При nелектричному розряді в трубці збуджуються атоми гелію, які переходять в стан 2. nПерший збуджений рівень гелію 2 збігається з енергетичним рівнем 3 атомів nнеону. Співударяючись з атомами неону атоми гелію передають їм свою енергію і nпереводять їх у збуджений стан 3. Таким чином, в трубці створюється активне nсередовище, яке складається з атомів неону з інверсною заселеністю. Спонтанний nперехід окремих атомів неону з рівня 3 на рівень 2 викликає появу окремих nфотонів, які взаємодіючи із збудженими атомами неону, викликають індуковане nкогерентне випромінювання.

Для nзбільшення потужності трубку поміщають в дзеркальний резонатор. Відбиваючись nвід дзеркал, потік фотонів багаторазово проходить вздовж осі трубки, при цьому nв процес індукованого випромінювання включається все більше число збуджених nатомів і інтенсивність індукованого випромінювання зростає.

 

Рис. 2. Будова nгелій-неонового лазера.

 

Будова nгелій-неонового лазера схематично показана на рисунку 2. Розрядна трубка 1 з nторців закрита плоскопаралельними пластинками 4. Для створення у трубці nелектричного розряду в неї введені два електроди 2 і 3. Резонатор складається nіз плоского 5 і увігнутого 6 дзеркал з багатошаровим діелектричним покриттям. nКоефіцієнт відбивання цих дзеркал ~ 98-99 %.

Рис.3. nCхема гелій-неонового лазера: 1 – скляна трубка із сумішшю гелію і неону; 2 – nкатод; 3 – анод; 4 – дзеркало із коефіцієнтом пропускання меншим за 0,1%; 5 – nсферичне дзеркало, коефіцієнт пропускання якого 1-2%.

Рис.4 Зовнішній вигляд установки з гелій nнеоновим лазером.

Для nзбільшення потужності трубку поміщають в дзеркальний резонатор. Відбиваючись nвід дзеркал, потік фотонів багаторазово проходить вздовж осі трубки, при цьому nв процес індукованого випромінювання включається все більше число збуджених nатомів і інтенсивність індукованого випромінювання зростає.

Накачування в nлазері здійснюється потужним спалахом ксенонової лампи.

Для виділення напрямку лазерної nгенерації використовується елемент лазера – оптичний резонатор. nНим служить пара дзеркал, які встановлені паралельно одне одному. Найчастіше nвикористовують дзеркала вгнуті.

Схема ОКГ зображена на рис. 5, nде 1 – активне середовище, 2 і 3 – суцільне і напівпрозоре дзеркала.

Розглянемо nфотон, який рухається паралельно до осі кристала. Він породжує лавину фотонів, nякі летять у тому самому напрямку (рис. 5,а). Частина цієї лавини nчастково пройде крізь напівпрозоре дзеркало 3 назовні, а частина відіб’ється і nнаростатиме в активному середовищі (рис. 5,б). Коли лавина електронів nдійде до суцільного дзеркала 2, вона частково поглинеться, але після відбивання nвід дзер­кала 2 підсилений потік фотонів знову рухатиметься так само, як і nпервинний фотон (рис. 5,в). Багаторазово підсилений потік фотонів, вийшовши nз генератора крізь напівпрозоре дзеркало, утворює точно напрямлений пучок променів nсвітла.

Довжина шляху, який проходить хвиля nміж двома відбиваннями, повинна становити ціле число довжин хвиль:

,   nабо   ,

де n=1, 2,…

Якщо виконано цю умову, то хвилі, які nпри кожному відбиванні виходять з генератора через дзеркало 3, nкогерентні між собою.

Перший газовий nлазер на суміші атомів неону і гелію був створений Джованом в 1960 р

 В газових лазерах інверсна nзаселеність рівнів здійснюється електричним розрядом, що збуджується в газах.

Один з перших nтвердотільних ОКГ, що працює за схемою трьох рівнів (Рис  ), був створений у n1960 р. Т. Мейманом

.

Рис.6. nТрьохрівневі переходи електронів у рубіновому лазері.

      nРубіновий лазер (Рис.6) створений на основі кристала рубіну, що є оксидом nалюмінію AL₂O₃ nіз домішкою хрому Cr₂O₃ nу кількості 0,03 – 0,05%. Певна частина атомів у гратці nкристала рубіна заміщена атомами Cr^3+, nякі утворюють активне середовище.

Накачка nвідбувається світлом потужної імпульсної лампи.

 

Схема nбудова лазера на рубіні показана на рисунку 7.

Рис 7. Схема будови лазера на рубіні.

 

Величезну nпотужність лазерного променя використовують для випаровування матеріалів у nвакуумі, для зварювання і обробки надтвердих матеріалів. Застосовуючи лазери, nотримують кольорові об’ємні зображення предметів у фотографії, кіно і nтелебаченні (так звана голографія). Перспективним є застосування лазерних nпроменів у засобах зв’язку і наукових дослідженнях.

 

 

Рис.8. nБлок-схема типової лазерної установки. 1-Оптичний випромінювач;2-Блок nнакопичення енергії (блок накачки); 3- Блок живлення; 4-Система індикації  nпараметрів лазерного  випромінювання; 5-Система керування лазерним променем; n6-Об’єкт, що обробляється лазерним променем; 7- Двокоординатний стіл; 8 -Блок nкерування, (в сучасних верстатах -система програмного керування двокоординатним nстолом).

 

Властивосі nлазерного випромінювання:

1)    малий кут  розходження nпучка світла (для газових лазерів , nдля твердо тільних );

2)    виняткова nмонохроматичність ();

3)    найпотужніші nджерела світла – 10¹⁴ Вт/с (Сонце – 7*10³ Вт/с);

4)    ККД близько n1%.

Фізичною основою nроботи лазера служить явище вимушеного (індукованого) випромінювання. Суть nявища полягає в тому, що збуджений атом здатний випромінити фотон під дією nіншого фотона без його поглинання, якщо енергія останнього дорівнює різниці nенергій рівнів атома до і після випромінювання. При цьому випромінений фотон nкогерентний фотону, який викликав випромінювання (є його «точною копією»). nТаким чином відбувається посилення світла. Цим явище відрізняється від nспонтанного випромінювання, в якому випромінювані фотони мають випадкові nнапрямки поширення, поляризацію і фазу.

Великий  внесок у розробку питання nпро вимушене  випромінювання  вніс А. Ейнштейн.  Гіпотеза Ейнштейна полягає в nтому, що під дією електромагнітного поля частоти ω молекула (атом) може: nперейти з більш низького енергетичного рівня на більш високий з поглинанням nенергії фотона;

перейти з більш високого nенергетичного рівня на більш низький з випусканням фотона енергією; крім того, nяк і під час відсутності збудливого поля, залишається можливим мимовільний nперехід молекули (атома) з верхнього на нижній рівень з випусканням фотона nенергією.

За властивостями nвимушене випромінювання  істотно відрізняється від спонтанного. Найбільш nхарактерна риса вимушеного випромінювання полягає в тому, що виникший потік nпоширюється в тому ж напрямку, що й початковий збудливий потік.  Частоти і nполяризація вимушеного і первісного випромінювань також рівні.  Вимушений потік nкогерентний збудливому.

 

Класифікація nлазерів

Лазери класифікуються: за схемами функціонування, за агрегатним станом робочого тіла, за методом nотримання інверсного стану, за фізичними особливостями активних центрів.

На теперішній час прийнято наступну класифікацію nлазерів та випромінювань:

·       Твердотільні.

·        Напівпровідникові.

·       Рідинні.

·       Газові на nатомних переходах.

·       Газові на nіонних переходах.

·       Молекулярні.

·       Фотодисоціаційні.

·       Електроіонізаційні.

·       Газодинамічні.

·       Хімічні.

·       Плазменні.

·       Ексимерні.

·       Лазери на nвільних електронах.

·       Рентгенівські nлазери.

·       Гамма-лазери.

·       Лазери з nперебудовою довжини хвилі генерації.

·       Комбінаційні nлазери.

·       Випромінювання nоптичного діапазону (3 1012-3 1020) Гц.

·       Інфрачервоні nхвилі: 100мкм – 7600 А0 .

·       Видиме nсвітло: (7600- 3900)А0.

·       Ультрафіолетові nхвилі: (3900-10)А0.

·       Рентгенівське nвипромінювання: (10 – 0,01)А0.

·       Гамма nвипромінювання: 0,01А0 і менше.

·       Випромінюваня nрадіодіапазону: 100000км – 01мм (3-3 1012)Гц.

 

Як уже nзазначалося, першим квантовим генератором був рубіновий твердотільний лазер, nтвердотільні лазери на люмінесцируючих твердих середовищах (діелектричні nкристали і скло). В якості активаторів зазвичай використовувалися іони nрідкоземельних елементів або іони групи заліза Fe. Накачування було оптичне і nздійснюється за три-або чотирирівневої схемою. Сучасні твердотільні лазери nздатні працювати в імпульсному режимі.

Напівпровідникові nлазери хоча є nтвердотільними, проте традиційно виділяються в окрему групу, оскільки мають nінший механізм накачування, а квантові переходи відбуваються між дозволеними nенергетичними зонами,а не між дискретними рівнями енергії. Напівпровідникові nлазери – найбільш уживаний в побуті вид лазерів. Крім цього застосовуються в nспектроскопії, в системах накачування інших лазерів, а також у медицині.

 

Лазери на nбарвниках – nце тип лазерів, в яких  використовують  як активне середовище розчин флюоресцируючих,  nз утворенням широких спектрів, органічних барвників.  Можуть працювати в nбезперервному та імпульсному режимах. Основною особливістю- є можливість nперебудови довжини хвилі випромінювання в широкому діапазоні. Застосовуються в nспектроскопічних дослідженнях.

Газові лазери – це лазери великої nпотужності, монохроматичності, що мають вузьку спрямованість випромінювання із nоптичним накачуванням, активним середовищем якого є суміш газів і парів. nПрацюють у безперервному та імпульсному режимах. У залежності від системи nнакачування газові лазери поділяють на газорозрядні лазери, газові лазери з nоптичним збудженням і порушенням заряджених частинок ,  газодинамічні та nхімічні лазери. За типом лазерних переходів розрізняють газові лазери на nатомних переходах, іонні лазери, молекулярні лазери принцип роботи яких nбудується на електронних, коливальних і обертальних переходах молекул.

 

Газодинамічні nлазери – nгазові лазери з тепловою накачкою, інверсія населеностей в яких створюється між nзбудженими коливально-обертальними рівнями гетероядерних молекул шляхом nадіабатичного розширення, рухається з високою швидкістю газової суміші (частіше nN₂ + CO₂ + He або N₂ + CO₂ + Н₂О, nробоча речовина – CO₂) .

Ексимерні nлазери – nрізновид газових лазерів, які працюють на енергетичних переходах ексимерних nмолекул, здатних існувати лише деякий час у збудженому стані. Накачування nздійснюється пропущенням через газову суміш пучка електронів, під дією яких nатоми переходять у збуджений стан, фактично представляють собою середовище з nінверсною заселеністю. Ексимерні лазери відрізняються високими енергетичними nхарактеристиками, малим розкидом довжини хвилі,  генерацією та можливістю її nплавної перебудови у широкому діапазоні.

Хімічні лазери – різновид лазерів, джерелом nенергії для яких служать хімічні реакції між компонентами робочого середовища n(суміші газів). Лазерні переходи відбуваються між збудженими nколивально-обертальними і основними рівнями складових молекул продуктів nреакції. Для протікання хімічних реакцій у середовищі необхідна наявність nвільних радикалів, для чого використовуються різні способи впливу на молекули nдля їх дисоціації. Для них характерні: широкий спектр генерації в ближній ІЧ nобласті, велика потужність безперервного та імпульсного випромінювання.

Лазери на парах металів

Лазери на вільних nелектронах – лазери, активним середовищем яких є вільні електрони, що nколиваються у зовнішньому електромагнітному полі (за рахунок чого здійснюється nвипромінювання) і поширюються у напрямку випромінювання. Основною особливістю є nможливість плавної широкодіапазонної перебудови частоти генерації. nВипромінювання квантових каскадних лазерів виникає при переході електронів між nшарами гетероструктури напівпровідника і складається з двох типів проміння, nпричому вторинний промінь має досить незвичайні властивості і не вимагає nвеликих витрат енергії. Серед різних типів лазерів певне місце займає волоконний nлазер – лазер, резонатор якого побудований на базі оптичного волокна, всередині nякого повністю або частково генерується випромінювання. Існує ще багато інших nвидів лазерів, розвиток принципів яких на даний момент є пріоритетним завданням nдосліджень (рентгенівські лазери , гамма-лазери  та ін.)

                  

Розвиток лазерної техніки nдозволив сформувати великий науково-технічний напрямок – взаємодії nкогерентного монохроматичного електромагнітного випромінювання з біологічними nсистемами – лазерної медицини. Лазерне випромінювання успішно застосовуються в nхірургії, онкології, офтальмології, терапії, стоматології, урології, гінекології, nщелепно-лицевій хірургії, нейрохірургії, ендоскопії, фізіотерапії. Відкриття nлазерного фотогідравлічного ефекту дало широкий спектр можливостей для nпластичної хірургії. В онкології для лікування ран, виразок, шкіряних nзахворювань застосовують низькоінтенсивне лазерне випромінювання.

Розглядаючи nбіологічну дію лазерного випромінювання можна виділити три напрямки nвикористання його в медицині.

До nпершого напрямку належить дія на тканини імпульсним або безперервним nвипромінюванням з невеликою енергією, коли ще не відбувається зневоднення та nвипаровування тканин. Це, переважно, застосування лазерної радіації в nдерматології та онкології.

Лазерна nрадіація застосовується у дерматології для лікування бородавок, гнійних nгранульом, доброякісних новоутворень шкіри. Лазерний промінь вибірково поглинається nзабарвленими структурами. Він руйнує лише пігментні ділянки тканини. Ця його nздатність використовується для лікування захворювань шкіри, наприклад, для nвиведення вроджених плям, татуювання. Донедавна вважали невиліковними вроджені nчервоно-сині плями на шкірі. У таких плямах епідерміс має нормальну структуру, nпорушена лише структура сітки кровоносних судин під епідермісом. Для лікування nвикористовують синьо-зелене випромінювання від аргонового лазера, яке проходить nчерез прозорий для нього епідерміс практично не пошкоджуючи його. А далі це nвипромінювання поглинається гемоглобіном кровоносних судин, зумовлюючи їх nтермічне пошкодження та закупорку. На цьому місці утворюється безбарвний nрубець.

Випромінювання nвисокої потужності, використовують в хірургії як скальпель. Лазерний промінь nнаправляють за допомогою гнучкого світловода на тканину. Світловод закінчується nлінзою та ручкою. Промінь фокусується в точку з діаметром у декілька nдесятимільярдних часток метра. Таким “скальпелем” розтинають тканину тіла, забезпечуючи nстерильність. Розтин проводиться дуже точно і швидко, не спричиняє кровотечі, nоскільки висока температура на місці розтину зумовлює миттєву коагуляцію білків nі просвіт кровоносних судин закривається.

Лазери nвикористовують в офтальмології для лікування глаукоми, катаракти, відшарування nсітківки тощо. Глаукома – підвищення внутрішньо очного тиску, зумовлене nпорушенням відтоку внутрішньоочної рідини. Причиною цього є пошкодження nпочаткового відрізка системи відтоку. Створено лазерну установку, яка дає nмодульований світловий імпульс, енергія в одному імпульсі виділяється за nмільйонні частки секунди. При модульованому імпульсі потужність зростає дуже nшвидко і термічний ефект не встигає розвинутись. Лазерна дія стає холодною, в nточці фокусування променя утворюється отвір.

При nвідшаруванні сітківки використовується лазерне випромінювання з невеликою nенергією. Промінь проходить через прозорі тканини ока, не пошкоджуючи їх, nфокусується на очному дні у місці відшарування сітківки і там виникає точковий nопік. Потім утворюється рубець, що приварює сітківку до розміщеної над нею nсудинної оболонки, і зір відновлюється.

Використовують nлазерний “скальпель” у нейрохірургії, адже завдяки йому патологічне вогнище nможна видалити без механічного контакту з ніжними тканинами нервової системи. nСфокусований до мінімуму лазерний промінь використовують для зшивання судин nмозку як на поверхні мозкової тканини, так і в глибині. Зшивають судини nдіаметром, меншим від 0,5 мм, звичайна хірургічна техніка не дає таких nможливостей.

Лазерним випромінюванням можна n(коагуляцією) припинити кровотечу зі шлунка та дванадцятипалої кишки за nдопомогою фіброгастроскопії. Лазери також можуть бути використані в стоматології для діагностики тріщин на nемалі, які виявити іншими методами неможливо.

Використовують nметоди хірургічного лікування за допомогою лазера у легеневій, серцево-судинній nхірургії, у стоматології, отоларингології, урології та інших галузях.

Низькоенергетичне лазерне випромінювання не пошкоджує nклітини і тканини, створює біостимулювальний ефект, активізує найважливіші nпроцеси життєдіяльності організму. У клітині підвищується nактивність важливих біоенергетичних ферментів, при цьому посилюється nенергетичний обмін, зростає біосинтетична активність, тобто збільшується вміст nвуглеводів, білків, нуклеїнових кислот тощо.

Лазерне nвипромінювання стимулює поділ клітин, прискорює регенерацію кісткової, nсполучної, епітеліальної та м’язової тканин, підвищує здатність до приживлення nтрансплантатів шкіри, стимулює імунну систему (підсилюється функціональна nактивність лімфоцитів, лейкоцитів, збільшується вміст білка у крові).

У nпрактичній медицині використовують також лазеропунктуру як аналог голкотерапії. nДля лазерної пункції (ЛП) найчастіше використовують малопотужні лазери, які nгенерують випромінювання в червоній ділянці спектра (гелій-неонові з нм). nЗручно підводити лазерне випромінювання за допомогою світловолоконної оптики n(світловодів).

Низькоенергетичне nвипромінювання не викликає морфологічних змін, але зумовлює певні біохімічні та nфізіологічні зсуви в організмі, тобто створює фізіотерапевтичний ефект. Велика nрізноманітність лазерів, що дають світло усіх кольорів та відтінків, дає nможливість діяти на окремі хімічні інгредієнти клітин і тканин.

В nофтальмології за допомогою лазерів проводять такі лікування, як відшарування nсітчатки, діабет (крововилив судин, що живлять сітчатку), глаукома, nприварювання сітчатки та ін. При великих тривалостях (секунди, мілісекунди) і малих рівнях потужності nв імпульсне випромінювання проводить коагулюючу дію. Разом із тепловою nкоагулюючою дією в офтальмології використовується руйнуючий ефект лазерного nвипромінювання, що має місце при фокусуванні надкоротких і надпотужних імпульсів, nякі проявляються в ефекті мікровибуху. Такий режим використовується в nофтальмологічній установці  “Ятаган-1” для пробивання каналів у тканинах ока nпри лікуванні глаукоми. Чисто зелене випромінювання мінімально пошкоджує nнервову тканину. Крім того, в зоні лазерної обробки зеленим світлом nвідбувається більш ефективний розвиток кровоносних судин, що дозволяє nздійснювати більш ранню та ефективну обробку очного дна.

Використання nвипромінювання лазера в клінічній офтальмології має ряд переваг, зокрема, точна nлокалізація місця коагуляції та мале нагрівання тканин, що містяться навколо nобласті коагуляції, здійснюються внаслідок короткого часу експозиції. nМонохроматичність світла зменшує ефект хроматичної аберації ока, що сприяє nпроводенню спостереження. Поряд із цим виникають проблеми, пов’язані з роботою nлазера – нагрівання та зміна положення робочої речовини, порушення в дзеркалах, nлампі, оптичному резонаторі; обмеженість контролю за процесом опромінення, nвиникнення труднощів при фотокоагуляції на периферії.

Проведені досліди nпоказали, що при захворюванні (закупорці) судинної системи, що живить серцевий nм’яз, за допомогою СО₂-лазера, що працює в імпульсному nрежимі, можна здійснити додаткове постачання кров’ю серцевого м’яза через nбагаточисельні отвори, зроблені в м’язі. Лазер безперервної дії на ІАГ: Nd³⁺ був успішно застосований тією ж nгрупою медиків та фізиків, а також із участю медиків в Каунасі для лікування nтакого захворювання, як аритмія серця. Клінічна практика показала, що лазерна nтерапія широкого кола захворювань за ефективністю часто набагато краща, ніж nінші способи лікування. Низькоінтенсивне лазерне випромінювання з успіхом nвикористовується в різних галузях медицини. Відома стимулююча, протизапальна і nобезболююча дія випромінювання гелій-неонового лазера, його нормалізуючий вплив nна обмін речовин і стан імунної системи. Проте механізм взаємодії лазерного і nсвітлового некогерентного випромінювання взагалі на клітинно-молекулярному nрівні залишається не виясненим.

Дані про глибину nпроникнення в тканину, про кількість поглиненої енергії, про теплоємності й nтеплопровідності живої тканини необхідні, наприклад, для визначення залежності nміж густиною потужності СО₂-лазера і швидкістю розрізу живої тканини nпри різних видах тканини. Помітну роль при цьому буде відігравати також створення nта вивчення технічної моделі біологічної системи, над чим автори роботи і nпрацюють.

У відомих nметодиках лазерної терапії не приділяють належної уваги точному дозуванню nлазерного опромінення, й енергетична доза опромінення організму, не може бути nобчислена за формулою добуток коефіцієнта поглинання, інтенсивності опромінення nі тривалості сеансу. Це зумовлено тим, що біологічний організм є nавтоколивальною системою із своїм спектром коливальних процесів, і тому nенергетична доза, яка поглинається організмом, залежить також від особливостей nорганізму.

Оптичні квантові генератори

Лазери генерують nвипромінювання у видимій, інфрачервоній і ближній ультрафіолетовій областях.

Залежно від типу nактивного середовища лазери поділяються на твердотільні, газові, nнапівпровідникові і рідинні.

Класифікують лазери nі за методами накачування – оптичні, теплові, хімічні, електроіо-нізаційні nта ін.

Лазери обов’язково nмають три основні компоненти:

1)    активне nсередовище, в якому створюється стан з інверсною заселеністю nенергетичних рівнів;

2)    систему накачування – пристрій nдля створення інверсії в активному середовищі;

3)    оптичний nрезонатор – пристрій, який формує вихідний світловий пучок.

Один з перших твердотільних ОКГ, що nпрацює за схемою трьох рівнів, був створений у 1960 р. Т. Мейманом. nАктивним середовищем в такому ОКГ є кристал рубіну, який за хімічним складом – nоксид алюмінію  з nдомішкою оксиду хрому  у nкількості від 0,03 до 0,05%. Вимушені переходи здійснюють іони хрому .

На nрис. 4 показана схема енергетичних рівнів іона хрому . nУ ньому над основним рівнем  розміщені nдві енергетичні смуги  і n, nа між рівнем  і nсмугою  знаходиться nметастабільний рівень , nякий складається з двох енергетичних станів. Накачування в лазері здійснюється nпотужним спалахом ксенонової лампи. Іони хрому, які до спалаху знаходились на nосновному рівні , nвнаслідок поглинання зеленого або синього світла, яке випромінює ксенонова nлампа, переходять у збуджені стани  і n. nЧас перебування іонів  у nзбуджених станах становить , nі вони здійснюють релаксаційний перехід на збуджений рівень  без nвипромінювання. Рівень  метастабільний, nі час життя на ньому становить , nтобто в  разів nбільший за час перебування іона у звичайному збудженому стані  і n. nОтже, заселеність іонами подвійного рівня  перевищує nзаселеність основного рівня . nПри переході іонів хрому з метастабільного стану в основний рубіновий лазер nвипромінює світло двох хвиль:  і n, nщо лежать в червоній час­тині спектра. Виникненню інверсії рівнів  і n сприяє nмала ймовірність спонтанних переходів іонах хрому з рівнів  на nрівень .

Для nвиділення напрямку лазерної генерації використовується елемент лазера – оптичний nрезонатор. Ним служить пара дзеркал, які встановлені паралельно одне nодному. Найчастіше використовують дзеркала вгнуті.

Схема ОКГ зображена на рис. 5, nде 1 – активне середовище, 2 і 3 – суцільне і напівпрозоре дзеркала.

Розглянемо nфотон, який рухається паралельно до осі кристала. Він породжує лавину фотонів, nякі летять у тому самому напрямку (рис. 5,а). Частина цієї лавини частково nпройде крізь напівпрозоре дзеркало 3 назовні, а частина відіб’ється і nнаростатиме в активному середовищі (рис. 5,б). Коли лавина електронів nдійде до суцільного дзеркала 2, вона частково поглинеться, але після відбивання nвід дзер­кала 2 підсилений потік фотонів знову рухатиметься так само, як і nпервинний фотон (рис. 5,в). Багаторазово підсилений потік фотонів, вийшовши nз генератора крізь напівпрозоре дзеркало, утворює точно напрямлений пучок променів nсвітла.

Довжина шляху, який проходить хвиля nміж двома відбиваннями, повинна становити ціле число довжин хвиль:

,   nабо   ,

де n=1, 2,…

Якщо виконано цю умову, то хвилі, які nпри кожному відбиванні виходять з генератора через дзеркало 3, когерентні між nсобою.

Перший газовий лазер на суміші атомів nнеону і гелію був створений Джованом в 1960 р. В газових лазерах інверсна nзаселеність рівнів здійснюється електричним розрядом, що збуджується в газах.

В гелій-неоновому лазері накачування nвідбувається в два етапи: гелій (He) служить носієм енергії збудження, а nлазерне випромінювання дає неон (Ne). Із всіх рівнів He, крім основного , nдля роботи лазера мають значення метастабільні рівні  і n з nенергіями 19,82 і 20,61еВ відповідно (рис. 6). Спонтанний перехід з цих nрівнів на основний рівень  „заборонений”, nтобто відбувається з дуже малою імовірністю. Тому час життя атома на цих рівнях n і n дуже nвеликий. На цих метастабільних рівнях атоми Нe нагромаджуються в результаті nзіткнень з електронами, що утворюються в розряді. Але рівні гелію  і n майже nзбігаються з рівнями  і n неону n(рис. 6). Завдяки цьому при зіткненнях збуджених атомів гелію з nнезбудженими атомами неону інтенсивно відбуваються безвипромінювальні переходи nатомів гелію у незбуджений стан з передачею енергії атомам неону. Цей процес nзбудження атомів Ne на рис. 6 символічно показаний горизон­тальними nпунктирними стрілками. В результаті концентрація атомів Ne на рівнях  і n сильно nзростає, і виникає інверсна заселеність відносно рівнів  і n, nа різниця заселеності рівнів  і n збільшується nв декілька разів. Перехід атомів неону з рівня  на nрівень  супроводжується nгенерацією червоного світла з довжиною хвилі =0,6328мкм. nЦей лазер може генерувати й інфрачервоне випромінювання з довжинами хвиль  і n.

Принципова схема гелій-неонового nлазера наведена на рис. 7. Лазер складається з газорозрядної трубки Т nдіаметром 7–10 мм. Трубка заповнена сумішшю гелію (тиск ~1 мм.рт.ст.) і nнеону (тиск ~0,1 мм.рт.ст.). Кінці трубки закриті плоскопаралельними скляними nабо кварцовими пластинами  і n, nякі встановлені під кутом Брюстера до її осі. Це створює лінійну поляризацію nлазерного випромінювання з електричним вектором, який паралельний до площини nпадіння. Дзеркала  і n, nміж якими розміщена трубка, сферичні з багатошаровими діелектричними nпокриттями. Вони мають високі коефіцієнти відбивання і практично не поглинають nсвітла. Пропускна здатність дзеркала, через яке виходить випромінювання лазера, nстановить 2 %, а другого – менше 1 %. Між електродами трубки nприкладається постійна напруга . nРозрядний струм в трубці становить декілька десятків міліампер.

Лазерне випромінювання nхарактеризується такими властивостями:

·        nвисокою nчасовою і просторовою когерентністю;

·        nстрогою nмонохроматичністю ( n);

·        nвеликою nгустиною потоку випромінювання;

·        nдуже nмалим кутовим розходженням в пучку.

Незвичайні властивості лазерного nвипромінювання мають широке застосування. ОГК можна з великою ефектив­ністю nвикористовувати для зв’язку, локації. Випромінюванням ОГК можна пробивати nнайдрібніші отвори в найтвердіших речовинах, зварювати мікродеталі, використовувати nмеханічну обробку, впливати на хід хімічних реакцій.

 

ЗАСТОСУВАННЯ ЛАЗЕРІВ У МЕДИЦИНІ

Первинні механізми n(фізіологічні, біохімічні, біофізичні аспекти) і біологічна дія лазерного nвипромінювання

Механізми дії лазерного випромінювання (ЛВ) на біологічні об’єкти вивчені ще недостатньо повно. Часто ще nможна зустріти протиріччя в питаннях механізмів і наслідків дії ЛВ на nбіооб’єкти (насамперед, в ролі когерентності, монохроматичності, nполяризованості ЛВ, щодо механізмів дії тощо).

Під nбіологічною дією ЛВ розуміють сукупність структурних, функціональних, nбіофізичних і біохімічних змін, що виникають в живому організмі в результаті nйого опромінення лазерними променями.

Дослідження nпроцесів, що лежать в основі змін, які відбуваються під дією ЛВ в клітинах і nтканинах біооб’єктів, вимагає застосування кількісних методів з залученням nфізико-математичного апарата. Необхідність доповнення традиційних біологічних nметодів (анатомічних, гістологічних, фізіологічних описів тощо) фізичними nозначає те, що фізика повинна надати біологічним методам теоретичне, фізико-математичне, nбіофізичне, біохімічне обгрунтування одержуваних результатів досліджень. Таким nчином, аналіз механізмів біологічної дії ЛВ потрібно будувати на поєднанні nметодів біології і фізики. В механізмі біологічної дії НЕЛВ є nдекілька послідовних фаз. Перша з них – поглинання енергії ЛВ біооб’єктом як nфізичним тілом. В цій фазі всі процеси строго підкоряються фізичним законам. У відповідності з законами квантової оптики на атомно-молекулярному nрівні відбуваються такі реакції:

1)поглинання nсвітла (ЛВ) тканинними фотоакцепторами;

2)виникнення nвнутрішнього фотоефекту і його прояви (фотопровідність, фото-е.р.с. і nфотодіелектричний ефект);

3)електролітична nдисоціація іонів (руйнування слабких міжмолекулярних зв’язків);

4)електронне nзбудження атомів і молекул, на які подіяло ЛВ;

5)міграція енергії nелектронного збудження;

6)первинний nфотофізичний акт;

7)поява nпервинних фотопродуктів.

На клітинному рівні основними процесами, що nзапускають подальші біореакції, слід вважати:

1)зміну nенергетичної активності клітинних мембран;

2)активацію nядерного апарату клітин і системи ДНК-РНК-білок;

3)активацію nокислювально-відновлювальних, біосинтетичних процесів і основних ферментативних nсистем;

4)збільшення nутворення макроергів (АТФ);

5)підсилення мітотичної активності клітин, що веде до активації їх проліферації.

На органному (тканинному) рівні під впливом НЕЛВ:

1)понижується nрецепторна чутливість;

2)зменшується nтривалість фаз запалення,  інтерстиціальний набряк і nнапруга тканин;

3)підсилюється nпоглинання тканинами кисню;

4)підвищується nшвидкість кровотоку;

5)збільшується nкількість функціонуючих судинних колатералей;

6)активізується nтранспорт речовин крізь судинну стінку.

Кінцевий nфотобіологічний ефект впливу НЕЛВ – реактивність цілісного організму або nкомплексу органів чи систем.

На nданий час впевнено можна стверджувати, що в основі дії ЛВ (інфрачервоних (ІЧ), nвидимих і ультрафіолетових променів) на організм лежать кінетичні, електричні, nфотохімічні та фотофізичні процеси, які проходять в організмі при поглинанні nним енергії цих променів. Поглинання енергії діючого фізичного фактора n(променів ЛВ) – це не тільки перша, але і основна стадія в складній сукупності nреакцій, що виникають при дії ЛВ на організм.

При nдії ЛВ світлового діапазону створюється світловий тиск в мільйони і атмосфер, але взаємодія ЛВ з будь-якою біотканиною починається nз поглинання однієї частини потоку енергії ЛВ і відбивання другої її частини. nЕнергія відбивається від поверхні розділу різних середовищ. На межі двох nсередовищ (клітин, тканин) відбувається заломлення, розсіювання променів, nвипромінювання частинками тканини, виникають поляризаційні процеси, результатом nяких є виникнення направлених електричних і магнітних полів.

Світлопоглинання nявляє собою молекулярний процес, тому дія ЛВ у багатому визначається взаємодією nз хімічними компонентами біологічних тканин, максимум поглинання яких повинен співпадати nз довжиною хвилі діючого ЛВ. Роль таких акцепторів, певно, можуть виконувати метаболіти nживої клітини, які належать до однієї з регуляторних систем організму.

Дуже nчутливі до ЛВ внутрішньоклітинні мембранні системи, що використовують для nруйнування мітохондрій, nретикулума та інших органоїдів.

Під nвпливом ЛВ чи монохроматичного червоного світла виявлено зміну проникності nмембран різних клітин по відношенню до потенціалоутворюючих іонів, зміну nліпідного складу мембран, рівня перекисного окислення в них, nповерхнево-адгезійних властивостей клітинних мембран, концентрації nуніверсального регулятора кліткового метаболізму – ЦАМФ, кількості nрецепторів лімфоцитів і їх активності.

Аналіз nданих досліджень дозволяє розглядати конформаційні перебудови біологічних nсистем як їх універсальну реакцію на дію НЕЛВ ІЧ і видимого діапазонів nнезалежно від наявності чи відсутності в цих системах специфічних акцепторів. Фотон квантового випромінювання поглинається тільки nоднією молекулою, яка стає збудженою і являє собою початкову точку взаємодії ЛВ nз тканиною в складному ланцюгу найскладніших змін в структурних елементах nклітини, її біофізичних і фізіологічних властивостях. Під дією ЛВ великої густини потужності може nвідбуватися іонізація атомів біотканини, хоча nдеякі автори вважають, що ЛВ, на відміну від рентгенівського і -випромінювання, nне є іонізуючим.

Біологічна дія ЛВ визначається лише поглинутою дозою ЛВ і залежить від фізичної природи діючого nфактора, умов його застосування та nбіофізичних властивостей тканини (відбивної і поглинальної здатностей, теплоємності, акустичними і nмеханічними властивостями). Тому, вже nна першій стадії дії ЛВ на біооб’єкт, яку можна назвати фізичною стадією, спостерігається різниця у взаємодії ЛВ різного за nпараметрами чи видом; густини  потужності , n; nчастоти , nГц; довжини хвилі , м; спектрального складу ЛВ; режиму ЛВ (імпульсного чи nнепервного); шпаруватності сигналу ЛВ або когерентності, монохроматичності, nполяризованості тощо.

Різниця nвзаємодії перш за все проявляється в глибині проникнення ЛВ в тканину, ступені nпропускання і відбивання ЛВ цією тканиною, в механізмах і селективності поглинання nенергії ЛВ і спричиняється різницею в морфологічних властивостях тканин, хімічному складі nі біофізичних параметрах. Нижче ми більш докладно розглянемо деякі найбільш nважливі і вивчені механізми біологічної дії ЛВ.

ЛВ, nяк енергія, в організмі може бути переопромінено внаслідок флюоресценції або фосфоресценції резонансного nкомбінованого і релеєвського розсіювання, поглинуто і перетворено в тепло, витрачено на активацію хімічних nреакцій, індукцію фотохімічних процесів, виникнення електрохімічних ефектів у nвигляді зменшення вуглеводного опору, деполімерізації клітин, зміни електричних параметрів (збільшення діелектричної nпроникності, питомого опору тощо), утворення значної кількості вільних nрадикалів (особливо в пігментованих шарах епітелія) і наступної деструкції тканини.

Таким nчином, вивчення біологічної дії, а також і практичне використання ЛВ в різних nгалузях біології і медицини, вимагає знань оптичних характеристик опромінюваних nоб’єктів і, в першу чергу, коефіцієнтів nвідбивання – , поглинання –  і nпропускання – ними nЛВ:

,        ,    

де Е_пад n– вся енергія ЛВ, що падає на поверхню тканини;

Е_від6 n– відбита енергія ЛВ від поверхні тканини;

Е_погл n– поглинута енергія в тканині;

Е_пр n– енергія ЛВ, яка пройшла крізь тканину.

Розглянемо nту частину ЛВ, що належить до ІЧ (760…3000 нм) та видимого (360…760 нм) nдіапазонів хвиль. Промені з різною довжиною хвилі не однаково відбиваються nшкірою людини (рис. 8).

Рис. 8.ІЧ та видимий nспектри коефіцієнта відбивання  дуже світлої (1) та дуже темної (2) nшкіри людини..

Рис. 9. Діаграма послаблення nпотоку енергії променів ЛВ в товщі шкіряного покрову. Шари шкіри: а – роговий; nб – мальпігієвий; в – ростковий.

Пігментація nта набряк шкіри зменшують її відбивну здатність (рис.8, криві 1 і 2), а значить nзбільшують . nЗдатність ІЧ і видимих променів проникати у глибину тканин залежить перш за все nвід їх оптичних властивостей, а також nі від довжини хвилі падаючого ЛВ. Орієнтовну уяву про послаблення світлового nпотоку у таблиці в товщі шкіряного покрову дає діаграма (рис. 9 та табл. 1а).

Щодо nпоглинання хвиль видимого і ІЧ діапазонів ЛВ розглянемо табл. 16, з nякої бачимо, що довгохвильове ІЧ-випромінювання найбільше поглинається в nроговому шарі (епідермісі), на глибині менше 0,25 мм, в той nчас, коли видимі і крайні ІЧ – в nдермі (саме шкірі) на глибині 0,5…2 мм, а в nпідшкірній (жировій) клітковині найкраще поглинаються крайні червоні (0,75 мкм).

Таблиця n1а (по [38])

Поглинання nшкірою енергії променів ЛВ різною довжини, %.

 

 

Таблиця n1б

 

 

Глибина nпроникнення видимих променів збільшується ( nзменшується) при переході від фіолетових (ф) до червоних (ч) променів (рис. 3, nкриві 1а, 1б), максимально досягаючи у останніх 2…3 мм.

Зрозуміло, nщо зі зменшенням коефіцієнту поглинання  збільшується nкоефіцієнт відбивання .

При nвирішенні проблеми проникнення ЛВ в залежності від довжини його хвиль, а nзначить дії на елементи тканини (шкіри), які знаходяться на різній глибині, nдоцільно знати закономірності пропускання хвиль видимого і ІЧ спектрів ЛВ nтканиною.

 

Рис. 10. Поглинання n() та відбивання () видимих променів непігментованою і пігментованою шкірами nлюдини.

На nрис.11 подано спектри коефіцієнту пропускання  шкіри nлюдини в ІЧ і видимому діапазонах хвиль в епідермісі (крива 1) і всій товщі nшкіри (крива 2).

На nрис.12 подано залежність спектрів коефіцієнту пропускання  білою шкірою nлюдини від товщини шкіри (крива 1 для товщини 0,43 мм; крива 2 – для 0,67 мм; крива 3 – для 0,84 мм; крива 4 – для 1,6 мм), по.

Як зазначалося nвище, одним з ефектів дії ЛВ є тепловий, рівень якого залежить від густини nпотужності ЛВ, тривалості імпульсу (в імпульсному режимі) ЛВ, довжини хвилі, nчастоти і режиму роботи лазера (неперервний чи імпульсний). Поглинута енергія nвидимих та ІЧ променів спричинює збільшення енергії обертово-коливального руху nмолекул тканини, які в свою чергу стають джерелами акустичних коливань, а також nзбільшення запасу енергії її електронів.

Рис. 11.                                       Рис. 12.

При nдії теплового (ІЧ) ЛВ в nбіосистемі виникає не nзбуджений, а коливально-збуджений стан (підвищується коливна енергія nокремих атомних угрупувань та областей макромолеку за рахунок переходу nелектронів на більш високі енергетичні підрівні, що відповідають коливним nрухам). При цьому змінюється nреакційна здатність різних дільниць макромолекул чи конформації макромолекули nразом.

Тепловий ефект ЛВ відрізняється від такого, який виникає при звичайних nтермічних ураженнях. При дії імпульсним ВЕЛВ в nтканині по ходу променя температура підвищується миттєво, в бік від границі nпроменя тепло не поширюється тому, що теплова енергія виділяється за час , що nзначно менше для звичайних термічних уражень. При енергії ЛВ 140 Дж nтемпература на поверхні сягає 245 °С, на її nглибині 2,5 мм – 80°С, nа на глибині 4,0 мм – 60°С.

За nдумкою в основному має місце тепловий ефект при nумові перевищення терапевтичного рівня (). nПри цих енергетичних рівнях основну nроль відіграють: час дії, потужність, поглинання ЛВ. nНагрівання (фото-, гіпертермія) в тканині в межах 37°С…60°С не виникає nбудь-яких структурних змін, при збільшенні температури від 60°С до 100°С nспостерігається фотокоагуляція тканин, nвода в клітинах закипає, змінюється фазовий стан води – вона перетворюється в nпару, що спричиняє тисячократне збільшення об’єму води, а значить і клітини, в nрезультаті клітинна стінка nруйнується і пара з клітини виходить назовні. nПісля випаровування клітинної рідини температура підвищується до 300°С…400°С nі вище, тканина чорніє, обвуглюється і nпочинає диміти. Швидкість і глибина обвуглення nзалежить від гістологічної структури тканини. Найбільш чутливі – паренхіматозні органи, nбільш резистентні – nшкіра, сполучна м’язна і кісткова тканини, границі ураженої дільниці різко виявлені. Пояснюється nце тим, що продукти розпаду біотканин і плазма екранують випромінення.

При nтемпературі більше 500°С в присутності атмосферного кисню тканина буде горіти і випаровуватися (фотоабляція nі фоторуйнування).

Нагрівання матеріалу швидке (вибухове), тому nтепло не встигає передатися сусіднім дільницям і зосереджується в зоні nопромінення, що призводить до появи в товщі тканини механічної напруги, різкого nтеплового розширення тканини, яке поширюється в ній у вигляді ударної (вибухової) хвилі. Так, nпри поглинутій енергії ЛВ 2 Дж в об’ємі пароутворення, що визначається nрадіусом 0,2 см, при температурі 300 °С виникає тиск 87 атм. При nтійже енергії (2 Дж), але в більшому об’ємі пароутворення (радіус n0,75 см) і меншій температурі (110 °С ) тиск становитиме всього n1,5 атм. Якщо ж збільшити поглинуту енергію ЛВ до 16 Дж, то в об’ємі nпароутворення (радіус 0,2 см) температура сягатиме вже 380 °С, а тиск n– 140 атм (при енергії 16 Дж, радіусі 0,75 см температурі n200 °С тиск дорівнюватиме 5,6 атм). З вище наведеного слідує, що nтеплові ефекти дії ЛВ на певну біотканину будуть мати різні значення в nзалежності в першу чергу від І – інтенсивності nЛВ, тобто густини потоку енергії ЛВ в цій тканині:

           (2),

де  – nенергія ЛВ, що припадає за час  на nплощу  поверхні nтканини;  – nпотік енергії ЛВ, що діє на тканину.

Вибухова n(ударна) хвиля ЛВ (особливо в імпульсному режимі роботи)має велику руйнівну nдію, чому сприяє і  опір оточуючих тканин. Схематично утворення вибухової хвилі nі її наслідки при дії на пухлини наведено на рис.6.

 

Рис.13. Схематичне зображення nвибухової хвилі (а – на густу пухлину; б – на м’яку пухлину).

Тепловий nефект дії ЛВ на біооб’єкт, як правило, супроводжується руйнуванням судин n(цілком ймовірно це відбувається внаслідок поглинання еритроцитами теплової nенергії ЛВ і подальшого випаровування рідини крові).

Досліди nна щурах показали наявність сильного термічного шоку, який іноді приводив до nлетального наслідку. Енергія в  не nможе подіяти на кістки черепа, але при  – спостерігається летальний наслідок, nхоча руйнування черепа, кісткові тріщини і кісткові осколки з’являються тільки nпри  і nбільше і тоді осколки входять у мозок.

Ефект ударної хвилі має місце при використанні ЛВ в хірургії. На відміну від термічного опіку ЛВ викликає виборче ушкодження клітин, до складу яких входить меланін, котрий підсилено в діапазоні 500…550 нм поглинає nенергію ЛВ. Це створює високу температуру в пігментованих клітинах і призводить nдо їх коагуляції, nа утворена ударна хвиля руйнує клітину. Отже, деструкція тканини nспостерігається в пігментованих шарах епітелія, а nнепігментована сполучна тканина залишається неушкодженою. Саме це може бути nвикористано для nруйнування злоякісних клітин (рис.7), які nштучно або природньо (печінка, меланоми тощо) заповнені певними барвниками, у nяких максимум поглинання ЛВ припадає на довжину хвилі, що випромінює лазер. nВиборчу чутливість до дії ЛВ має проліфераційна тканина.

Відмітимо nтой факт, що хоча промінь ЛВ певної енергії пробиває стальну пластинку та шкірі nлюдини майже не залишає сліду. Як відомо, структурною одиницею організму є nклітина, до складу цитоплазми, ядра, органел якої входять ферменти, гормони, nвітаміни тощо, що мають свої характерні спектри поглинання енергії ЛВ і саме це nпояснює виборчу дію ЛВ. Таким чином, якщо підібрати ЛВ відповідної довжини nхвилі, то можна викликати збудження певного nбіологічно-активного з’єднання, (наприклад, каталазу, яка nсприяє розпаду токсичного продукту пероксиду водню (Н₂0₂) nна кисень (0₂) і воду (Н₂0)), прискорити (чи сповільнити) процес, який nпротікає за участю певного з’єднання (так можливе здійснення світлової nактивації метаболітів живої клітини, які відносяться до однієї з регуляторних nсистем організму) і відкриває нові шляхи впливу на організм людини.

Рис.14. Дія вибухової хвилі n(1->2->3) імпульсного лазера на пухлину (швидкісна зйомка).

При НІЛТ (низькоінтенсивній лазерній терапії), nколи густина потужності , nефект створюється частиною випромінювання, поглинутого хромофорами тканин nі крові, а також впливом на нервові клітини. Поглинута енергія, змінюючи nпараметри системи (рН, р0₂, температуру) спричиняє фотохімічні реакції: nбіостимуляція за nрахунок фотоіндукції, nфотоактивації лікарських речовин, фотодинамічна nтерапія. На рівні гіпотез існують різні версії сприйняття і nтрансформації енергії ЛВ в організмі: дія ЛВ на nмембрани клітин і структурні властивості води, утворення сінглетного кисню, активація метаболізму клітин і синтезу ДНК, nРНК, зміна мікроциркуляції nтощо.

Відомо, nщо, навіть при місцевому поверхневому застосуванні, виявляється благочинний nвплив ЛВ на організм в цілому і в особливості – на стан крові. Опромінення еритроцитів веде до підвищення їх стійкості, активації функцій nкліткової мембрани, а лейкоцитів n– до підвищення в декілька разів nпритаманної їм здатності до фагоцитозу, який відіграє nнеабаяку роль в захисті організму від інфекцій.

При nпоглинанні червоного кольору відбуваються неспецифічні реакції клітин nопромінюваної тканини: зміна іонної провідності (іонів Са, активності nаденилатциклазної і АТФазної систем, що в свою чергу веде до підсилення nбіоенергетичних та біосинтетичних процесів).

Фотобіологічні ефекти дії НІЛВ на організм досліджено на всіх рівнях його організації: молекулярному, клітковому, тканинному nі організменному. Однак nрезультати, одержані в nексперименті і клініці, часто суперечливі, про що йшла мова nвище. Це іноді є підґрунтям для скепсіса по nвідношенню до НІЛТ, який проявляється в провідних західних країнах. nНайбільші кількісні і навіть якісні розходження експериментальних вимірів на nклітковому рівні і клінічних дослідженнях in vivo спостерігається у відношенні nдози, інтенсивності та довжини хвилі ЛВ, існування спектра дії НІЛВ, що nвірогідно доведено в експерименті і не виявляється в клініці. За думкою деяких nавторів монохроматичність ЛВ не має принципового значення в розвитку nбіологічних наслідків, оскільки розчини макромолекул (а біотканина такою і є) nна відміну від газових середовищ мають суцільні спектри поглинання з досить nширокими смугами і підтверджують це тим, що на рівні цілісного організму та nізольованих систем не виявили ролі фактора монохроматичності в дії ЛВ на nбіооб’єкти. Викладено думку про те, що часова когерентність ЛВ не відіграє nвизначної ролі у відповіді біологічних макромолекул на цю дію тому, що збуджені nмолекули в конденсованому nсередовищі, яким є біотканина, втрачають nінформацію про фазу збудження (щодо просторової когерентності – є повідомлення nпро зміну інтерференційної картини при ЛВ He–Ne через nгістологічні зрізи тканин). Досить суперечні дані і про роль поляризації ЛВ у nформуванні його біологічних ефектів (Дев’ятков та ін., 1987). Відомо, що nполяризоване ЛВ поглинається менш активно, ніж неполяризоване. Для аналіза причин цих протиріч можна скористатися nуявою про живий організм як саморегулюючої nсистеми з багатьма каналами прямих і зворотних зв’язків nоб’єктів, що входять в нього (P.M. nБаевский, 1979). Спрощено кожний об’єкт можна уявити як систему з двома nконтурами регулювання: внутрішнім і зовнішнім, які спілкуються через нейрогуморальні, гормональні і nнейрорефлекторні канали. Кожний такий об’єкт з nзворотним зв’язком являє собою автоколивну систему, яка в процесі nфункціонування проходить через стани, які повторюються. Тому можна зрозуміти nнаявність розходжень результатів чистого експерименту і реального клінічного nпроцесу. І немає нічого дивного в цьому – на даний момент механізм біологічної дії ЛВ вивчений nнедостатньо повно і саме це визначає актуальність і перспективу у вивченні цієї nпроблеми. Але ж існують результати клінічних досліджень, які вірогідно свідчать про ефективність використання ЛВ в nрізних галузях життя і діяльності людини, і одна з них – медицина. Без сумніву nв наш час без лазерів не можливе проведення багатьох фундаментальних nдосліджень.

 

Лазерні діагностика і дослідження

Як nзазначено вище, при дії ЛВ на біотканини може утворюватися вторинне nвипромінювання, незначна кількість якого залишає біотканину і може бути nзареєстроване чутливими фотоелементами. Цей ефект може бути використаний для діагностики. Так, наприклад, після інтравенозного введення nгематопорфирину n(фотосенсибілізатора) на третю добу після введення здорові nтканини від нього звільняються, а пухлинні його накопичують. Якщо на тканину nподіяти синім ЛВ, то пухлинна тканина починає світитися – це і є вторинне nвипромінювання, за допомогою якого можлива діагностика атипової тканини, виявлення скопичення n(популяцій) злоякісних клітин.

Непогані nперспективи має використання ЛВ для ангіоскопії n(методу судинної ендоскопії), що дозволяє діагностувати nатеросклеротичні зміни судин. В основу цього методу покладено відмінність nспектрів поглинання атеросклеротичної бляшки і неушкодженої судинної тканини. В nпроцесі опромінення ЛВ бляшки, що вміщують у собі забарвлену речовину n-каротиноіди, під впливом ЛВ флюоресціюють. Аналіз спектрів nпроводять за методами комп’ютерних технологій.

Варті nуваги наукові дослідження в галузі біофізичної nгенетики – дії фізичних факторів з точки зору енергетики. Результати nпояснюються авторами з позиції висунутої ними гіпотези “ягрон” – nядерного генератора, у ролі якого виступає ядро клітини: ЛВ впливає на ендогенні, внутрішньоклітинні nгенератори і може запускати, стимулювати, коректувати або нормалізувати функції nендогенних ядерних генераторів. Все це відображається у зміні електричної nполяризації клітинних ядер (ЕПКЯ). Метод оцінки ЕПКЯ є високоефективним і nдозволяє визначити біологічний вік людини, ступінь стомленості, інтоксикації, наслідків nстресів, що знайшло широке застосування в різних галузях медицини (кардіології, nнаркології, онкології, хірургії, стоматології, фізіотерапії, гігієні праці, nспорті тощо) для визначення індивідуальних особливостей реакцій організму на nзовнішні впливи, що є важливим для правильного дозування терапевтичних nпроцедур, оцінки ефективності лікування, визначення потреби їх корекції. Метод n- безболісний, безкровний і не травматичний, здійснюється за 5…10 хв n(експрес-метод).

Зважуючи nна те, що природа впливу НЕЛВ на організм до цього часу ще недостатньо nз’ясована, можна чекати появи пропозицій нових методик діагностики за допомогою nЛВ.

 

Лазерна терапія ЛВ

Практикою nдоведено ефективність дії НЕЛВ на живий організм. Загальну уяву про механізми nтерапевтичної дії НЕЛВ, що грунтується на механізмах біофізичної, біохімічної nта біологічної дій на тканини, органи, системи біооб’єктів, можна скласти за nрис.8, 9.

Загальними nпротипоказаннями ЛВ з лікувальною метою є: злоякісні новоутворення; доброякісні nновоутворення з схильністю до прогресування; легенево-серцева і серцево-судинна nпатологія в стадії декомпенсації; системні захворювання крові; печінкова і nниркова недостатності в стадії декомпенсації; тиреотоксикоз; гарячковий n(лихоманковий) стан; різке загострення запальних процесів; активний туберкульозний nпроцес; індивідуальна нестерпність.

На nсьогодні вплив НЕЛВ з лікувальною ціллю застосовується в понад 30 медичних nспеціальностях, а перелік захворювань, при яких лазерна терапія є ефективною, nпостійно поповнюється. Біомеханізм лазерної терапії оснований на тих nбіохімічних та біофізичних реакціях, що пов’язані з резонансним поглинанням ЛВ nтканинами і руйнуванням слабких міжмолекулярних зв’язків (безпосередня дія nенергії ЛВ).

Рис.15. Механізми терапевтичної дії НЕЛВ.

Зміна nенергетичних параметрів внутрішнього середовища організму, активізація процесів nсаморегуляції відбувається за рахунок енергетичної підкачки. Кінцевий nфотобіологічний ефект відображається в клінічних показниках (рис.15, 16).

Існує декілька способів використання ЛВ:

·        nдистанційний – випромінювач ЛВ n(кінець насадки або гнучкого світловода) розташовується на деякій відстані від nоб’єкту, що опромінюється;

·        nконтактний – випромінювач nрозташовується на поверхні об’єкту;

·        nконтактний з компресією тканини – nвипромінювач щільно притискується до об’єкту з певною ступінню компресії;

·        nвнутрішньосудинний – випромінювач nрозташовується у просвіті артеріальної або кровоносної судини {БЛОК і т.п.);

·        nвнутрішньопорожнинний – випромінювач nрозташовується в природній порожнині (грудинній, плевральній, черевній тощо);

·        nвнутрішньоорганний – випромінювач nрозташовують всередині просвіту органу, що має порожнину (стравохід, шлунок, nкишка, жовчний міхур, жовчні протоки, сечовий міхур, матка тощо);

·        nспосіб введення випромінювача в nпатологічну порожнину (киста, абсцесе тощо).

 

Рис.16. Терапевтична дія НЕЛВ (ГНЛ) на nосновні ланки патогенеза.

 

Широкого nрозповсюдження набула комплексна або комбінована лазеротерапія (лікування nдеструктивного панкреатита, перітонітів різного типу, ангіопатії, деструкція nпухлин в онкології, гострих гнійних захворювань,; гіпертонії тощо). Ефект nлікування при поєднанні дії ЛВ та фармпрепаратів значно вищий, ніж при їх роздільному nвикористанні, до того ж при цьому зменшується доза ліків, а ЛВ не має побічних nпроявів, не викликає алергійних реакцій та інтоксикацій тощо. Доведено, що ентерально чи параентерально медикамент nпереважно концентрується в зонах лазерного опромінення. Цей феномен пояснюється nлазерною активацією мікроциркуляції. Крім цього, медикамент більш повно nзасвоюється тканинами, швидше метаболізується та, вірогідно, довше зберігається на nтерапевтичному рівні завдяки затримці “передчасної” евакуації та деструкції в nпечінці та нирках. Ефективність лазерної терапії збільшується при дії ЛВ на БАТ.

Ефективною nвиявилася комбінація ЛВ та постійного магнітного поля (МЛТ n–магнітолазеротерапія) для лікування хворих опікової патологією, при nстенокардії.

Можна nвиділити такі основні способи дії НІЛТ:

·        nдистанційне лазерне опромінення поверхні тіла (ДЛОП);

·        nконтактне лазерне опромінення тканин (КЛОТ);

·        nопромінення порожнистих органів за допомогою nспеціалізованих аплікаторів, nвведених безпосередньо або ж за допомогою ендоскопа, пунктаційної nголки (ЛОПО);

·        nЛО рефлексогенних зон чи БАТ (ЛОБАТ);

·        nвнутрішньовенне ЛО крові (ВЛОК);

·        nчерезшкірне ЛО крові (ЧЛОК);

·        nвнутрішньолазерне опромінення лімфи (ВЛОЛ);

·        nкрапельне ЛО крові (КЛОК).

Завдяки nбіологічній дії ЛВ, про що йшлося вище, наведемо далеко неповний перелік тих нозологічних форм, nпри яких показано його використання.

Хірургічні nхвороби, травматологія і ортопедія: прискорення nзаживления переломів кісток; запальні, nдегенеративні та дистофічні захворювання суглобів та хребта; радикуліти, люмбаго, nобмінні поліартрити; деформуючі артрози; остеоартрози; арталгії; міалгії; nхвороба Бехтерева (при комплексному лікуванні); nтрофічні язви (рис.17); рани, nщо довго не загоюються; післяопераційні рани; опіки; судинні захворювання nнижніх кінцівок; переломи кісток; периартрит; епікондиліт; бурсит; остеомієліт; nхолецистит; простатит; цистит; уретрит; геморой; проктит; парапроктит; тріщини nзаднього прохода.

Рис.17. Трофічна язва нижньої кінцівки до (а) і після (б) nвикористання НЕЛВ.

 

Внутрішні nхвороби: ішемічна хвороба серця; гіпертонічна nхвороба; стенокардії; інфаркт міокарда; набуті пороки серця; бронхіальна астма; nочищення від атеросклеротичних бляшок; гострі та хронічні неспецифічні nзахворювання легень; гастрити; виразкова хвороба шлунку та дванадцятипалої nкишки; дискінезії жовчовивідних шляхів; коліт; гострий, хронічний панкреатит; nгострий гепатит; холецистит; ревматоїдний артрит; інфекційні неспецифічні nартрити; подагричний артрит; анкілозуючий спондилоартрит; стимуляція імунних nреакцій макроорганізму (ВЛОК в онкології тощо).

Захворювання nнервової системи: остеохондроз nхребта з корінцевим синдромом; неврит; невралгія; травматичні ушкодження nнервових закінчень; судинно-мозкова недостатність; вегето-судинна дистонія; ДЦП.

Очні nхвороби: прогресуюча nміопія; нистагм; косоокість; захворювання рогівки; захворювання слізних nорганів; лазерна корекція зору (короткозорість -міопія, далекозорість – nгіперметропія, астигматизм) та лікування деяких захворювань сітківки; амбліопія n(слабозоркість); зорова втомлюваність; дистрофічне захворювання сітківки; nглаукома; приварювання сітківки при її відшаровуванні або розриві (рис.18); nхориориніт; меланобластома ситківки.

Рис.18

Хвороби nвуха, горла, носа: отити nрізного типу; ангіна; тонзиліти різного типу; ларингіт; фарингіт; субатрофічний nта вазомоторний риніт; субатрофічний ларинотрахеіт; запалення придаткових пазух nноса; запальні та пухлинні (добро­та злоякісні) захворювання шкіри та слизової nоболонки ЛОР-органів; запальні захворювання слухової труби; видалення ринофіми; nфурункул носа; вирізання келоїдів в ушних раковинах; пластичні та щадящі nоперації на гортані; запальне захворювання середнього вуха; хвороба Меньєра; nпластика барабанної перетинки та носових раковин; опіки слизової оболонки роту.

Гінекологічні nзахворювання: запалення придатків матки; nгіполактазія; лактаційний мастит; ерозія шийки матки; тріщини сосків; ювенільні nматкові кровотечі; стимуляція родової діяльності; безплідність.

Шкірні nхвороби: дерматоз; nдерматит; нейродерміт; екзема; псоріаз; оперізуючий лишай; рецидивуючий герпес; nчервоний плоский лишай; локальна сверблячка; руйнування патологічних осередків nшкіри, пігментних дільниць тканин – родинок, татуювання (рис.19); косметологія.

Рис.19. Хворий Л., 18 nроків. Бородавчатий пігментний невус шкіри лівої щоки та скроневої області: а – nдо лікування, б – через 3 міс. після лікування.

 

Урологія nта нефрологія: чоловіча nбезплідність; хронічний простатит; цистит; уретрит; гострі неспецифічні nзахворювання органів мошни; нефріт.

Стоматологічні nзахворювання: стоматит; гінгівіт; альвеоліт; nпульпіт; перидонтит; парадонтоз; одонтогенні запальні процеси щелепно-лицевої nобласті; утворення порожнини в зубах; профілактика карієса; запаювання коронок; nзняття зубного камення; санація ротової порожнини.

З nвпровадженням в клінічну практику методів комплексної (суміщення або nкомбінація) терапії (ЛВ+ліки – фотофорез; nЛВ+УЗНЧ; ЛВ+КВЧ – терапія (міліметровохвильова терапія); ЛВ+ПМП) та nвнутрісудинного лазерного опромінення крові (БЛОК) показання для лазерної nтерапії значно розширилися.

Оптимізації nрезультатів лікування ЛВ можна сприяти дотримання деяких принципів, перший з nяких – патогенетичний підхід до очікуваного від дії ефекту, що передбачає вибір nнайбільш оптимального способу безпосереднього впливу (шкіряний через БАТ, nвнутрішньосудинний, внутрішньопорожнинний); другий – принцип достатності дози nдії, яка розраховується за густиною потоку енергії ЛВ з урахуванням значення nполя дії, часу на одну процедуру і кількості процедур на курс лікування; всі nбез винятку фізичні фактори, як і ЛВ, в залежності від дози можуть набути один nз основних чотирьох типів дії:

·        nуражуюча дія – при nвисоких дозах;

·        nпригнічуюча (подавляюча) – при nсередніх дозах;

·        nстимулююча – при nнизьких дозах;

·        nвідсутністю дії – при дуже низьких дозах, рівних або nменших за фонові;

n

Частота слідування імпульсів ЛВ, Гц	Показання
Лазерна рефлексотерапія
1	Тахікардія
3	Нежить, гайморит
4-5	Протизапальний ефект
10	Серцеві захворювання, ревматологія
Загальна лазеротерапія
30	Захворювання органів зору і мозку
80 (частота пульсу)	Захворювання крові, серця, внутрішніх органів
150	Переломи кісток
600	Фурункули, підшкірні гнойники
1500	Дерматози, слизові оболонки, трофічні виразки
3000	Протинабряковий ефект
10000	Інфекційні і вірусні захворювання
16000	Синтез РНК, ДНК
20000	Купування больового синдрому
33000	Руйнування ниркових каменів, ліквідація відкладення солей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

третій – індивідуалізація лазерної терапії n(лікувати хворого, а не хворобу і враховувати всі особливості індивідууму); nчетвертий – проведення процедур здійснювати з урахуванням біологічних ритмів на nрізних рівнях регуляції живого організму (так, наприклад, можна рекомендувати nчас дії на одне поле не більше 5 хв, що відповідає біоритму інтегрального nвнутрішньоклітинного коливного контура і, протягом якого відбувається nперерозподіл кровотока і м’язевого тонуса; доцільність опромінення – не частіше n(і не рідше) 1 разу на добу тому, що процес стихання реакцій на зовнішні nфізичні фактори триває 2-4 години; оптимальний час для проведення процедур – ранкові nгодини (до 12 год), коли переважає тонус симпатичного відділу нервової системи ;

п‘ятий – урахування власної частоти коливань nбіологічної структури, яка може входити в резонанс з зовнішньою частотою nімпульсно-періодичного ЛВ, що діє на цю структуру; в результаті цього амплітуда nі біоефективність дії збільшується (табл. 2).

Останнім nчасом все більше звертають увагу на фотодинамічний ефект -для збільшення nкоефіцієнту поглинання в патологічні клітини вводять деяку кількість барвників. nПри сумісній дії ЛВ і барвника в присутності кисня клітини руйнуються.

Оптимізації nдії ЛВ для лікування сприяє можливість направити через світловод промені ЛВ nбезпосередньо на патологічний орган для його руйнації без розтину, наприклад, nна органах дихальної системи, травлення, сечовому міхурі тощо.

 

Лазерна хірургія

Проведення nхірургічних операцій з використанням ріжучих інструментів (механічних nскальпелів, ножиць тощо) супроводжується кровотечею і вимагає спеціальних nзапобіжних заходів, не завжди бажаних та ефективних. Крім того, при контакті з nтканинами ріжучі інструменти сприяють розповсюдженню мікрофлори і клітин nзлоякісних пухлин вздовж лінії розтину біотканини. Тому з давніх-давен хірурги nмріяли мати у своєму розпорядженні такий інструмент, який був би позбавлений nцих недоліків. Частково ця мрія збулась з появою електричного скальпеля і nметодів кріохірургії.

Розтин nбіотканини електричним скальпелем відбувається майже безкровно, оскільки nодночасно з розсіканням має місце термокоагуляція кровоносних судин, тобто краї nрозрізу ніби заварюються. Накопичено чималий досвід роботи з електричним nскальпелем. Проте, поряд з nпозитивними сторонами електрохірургії с і негативні моменти. По-перше, зона nтермічного опіку тканини на ділянці розрізу достатньо велика, що значно nпогіршує загоювання хірургічної рани. По-друге, хворий nпід час операції знаходиться під електричною напругою, а це завжди пов’язано з nнебезпекою враження електричним струмом. По-третє, електрохірургічні nапарати негативно впливають на роботу інших електричних приладів і пристроїв, nщо використовуються в процесі операції з метою nпідтримання і контролю життєдіяльності організму (аппарат штучного дихання, nштучна нирка тощо).

Кроком nвперед була поява кріохірургії, тобто nвикористання низьких температур для видалення новоутворень. Використання кріоскальпеля теж мас свої недоліки. Це nмала швидкість розтину біотканини, її деструкція та ін.

Хірурги nпродовжували чекати кращих скальпелів. Довгоочікувані скальпелі з’явились в n70-х роках 20 століття у вигляді лазерного променя. nЛазерний скальпель має nцілий ряд переваг перед традиційними скальпелями. По-перше, за його допомогою роблять відносно безкровний розріз, тому що одночасно з nрозсіканням тканини коагулюють краї рани, “заварюючи” невеликі nкровоносні судини.

По-друге, лазерний скальпель відрізняється постійністю ріжучих властивостей, надійністю nв роботі. Якщо випадкове попадання механічного скальпеля на твердий предмет, nнаприклад кістку, може вивести його з ладу, то для лазерного скальпеля такої nнебезпеки не існує.

По-третє, лазерний промінь внаслідок своєї nпрозорості значно розширює хірургу nопераційне поле. Лезо nзвичайного скальпеля, так само як і електрод електроножа, завжди в деякій мірі nзаважають повному огляду ділянки, що оперується.

По-четверте, лазерний промінь розсікає тканину на nвідстані, не діючи на неї механічно. На відміну від операції звичайним nскальпелем чи електроножем, хірург в даному випадку може не притримувати тканину рукою nабо інструментом.

По-п’яте, лазерний скальпель забезпечує абсолютну стерильність. Адже nз тканиною взаємодіє лише промінь. До того ж в області розтину тканини nстворюється висока температура.

По-шосте, промінь лазера діє локально, випаровування тканини nвідбувається лише в точці фокуса. Прилягаючи до місця розрізу тканини nпошкоджуються при цьому значно менше, ніж при використанні електроножа і навіть nмеханічного скальпеля. І останнє, як nпоказала клінічна практика, на відміну від звичайних ран, рана від лазерного скальпеля майже не болить і відносно швидко загоюється.

Завдячуючи nпереліченим можливостям лазерний скальпель взяли на озброєння хірурги nрізноманітних профілів. Найбільш широке застосування він знайшов в nофтальмології, що дозволило створити та інтенсивно розвивати новий напрям в nхірургії – лазерну nмікрохірургію ока.

З nнайбільш небезпечних захворювань, що можуть призвести до сліпоти виділимо nп’ять. Це глаукома, катаракта, відшарування nсітківки, діабетична ретинопатія, злоякісні пухлини судинної оболонки.

Перші nзастосування лазерних променів в офтальмології були пов’язані з лікуванням nвідшарування сітківки. Для цього використовуються лазерні імпульси значної nпотужності, завдяки чому відбувається приварювання сітківки до очного дна nшляхом коагуляції (рис.11). Операція проходить швидко і без болі.

Для nлікування глаукоми використовуються лазерні промені в імпульсному режимі n(тривалість імпульсу не перевищує 10^-7с). При таких умовах має місце nне теплова, а механічна дія при утворенні отворів. Операція проходить без nускладнень, триває 10-15 хвилин в амбулаторному режимі. З допомогою лазерної nкоагуляції лікують катаракту, діабетичну ретинопатію. Лазерний скальпель nвикористовують також для руйнування внутрішньоочних пухлин.

Широкі nможливості лазерних скальпелів забезпечили їх успішне використання для nпроведення хірургічних операцій в різноманітних областях медицини. Разом з тим nє всі підстави стверджувати, що унікальні властивості лазерного випромінювання nще далеко не вичерпані і майбутнє хірургії за лазерними скальпелями.

 

На nрис.20 наведені довжини хвиль лазерів, які застосувуються у медичній практиці. nЯк видно, спектральний діапазон простягається від ультрафіолетової до середньої nінфрачервоної області. При цьому діапазон густин енергії охоплює три порядки n(від  до n), nдіапазон густин потужності – 18 порядків (від  до n), nчасовий діапазон – 16 порядків, від неперервного випромінювання () nдо фемтосекундних імпульсів (). nШирокі діапазони зміни параметрів дають можливість організовувати nнайрізноманітніші механізми дії на біотканину.

На nперших стадіях розвитку лазерної медицини моделлю біотканини була вода з n«сумішами», оскільки людина на 75-80% складається з води. Така концепція була nприйнятна для використання неперервного лазерного випромінювання. В результаті nтаких досліджень стало зрозуміло, що біотканина – це не просто вода з сумішами, nа набагато складніший об’єкт. В той же час почали використовувати імпульсні nлазери. При цьому виявляються ефективними різного роду нелінійні процеси: nоптичний пробій на поверхні мішені, багато фотонне поглинання, утворення і nрозвиток плазми, генерація та поширення ударних хвиль.

Світлолікування

Світлолікування – nрозділ фізіотерапії, який з лікувальною метою використовує променеву енергію nсонця і штучні джерела світла. З лікувальною метою використовують інфрачервоне nвипромінювання з довжиною хвилі 400–760 мкм, видиме 760-400 нм і nультрафіолетове 400-180 нм. Розрізняють довгохвильове ультрафіолетове nвипромінювання (ДУФ) з довжиною хвилі 400-280 нм, короткохвильове (КУФ) з nдовжиною хвилі 279-140 нм.

Рис.20. Вектор 03.

Апарат Вектор 03 n(2-х канальний) призначений для проведення інвазивної та неінвазивної nелектропунктури струмами СМТ, ДДТ, ГТ, фіксованими частотами і діапазонами nчастот, імпульсами “spike – хвилею”; лазерного та магнітолазерного впливу в постійному та nімпульсному режимах; термопунктури, низькочастотної електротерапії (ДДТ, ГТ, nСМТ).

 

 

 

Рис. n21.

 

Вплив nздійснюється на акупунктурні та інші зони неперервним або імпульсним червоним лазерним nвипромінюванням окремо, або в поєднанні з постійним магнітним полем. Наявність nрізних режимів роботи дозволяє досягати тонізуючого, седативного ефекту та nпроводить надвенне опромінення крові. Апарат комплектується розфокусовуючою і nконічною (аурикулярною) насадками. Може бути використаний для лікування в nдомашніх умовах.

Коагулятор лазерний універсальний n«Ліка-хірург»

Призначений для проведення широкого спектру процедур і операцій в nзагальній хірургії, нейрохірургії, гінекології, оториноларингології, nофтальмології, стоматології, дерматології, косметології.

Апарат nзабезпечує:

Технічні nхарактеристики:

Коагулятор може бути виконаний з nіншими довжинами хвиль лазерного випромінювання. В комплект апарату входить набір волоконних світловодів, педаль nуправління і захисні окуляри. Використання діодних лазерів в якості джерел лазерного nвипромінювання забезпечує надійність, компактність, економічність, простоту nуправління коагулятора. Конструктивне виконання апарата дозволяє оперативно nнаростити граничну потужність високоінтенсивного лазерного випромінювання. Застосування nволоконних світловодів для виведення лазерного випромінювання забезпечує контактний nі безконтактний способи впливу.