Laserové žiarenie v medicíne. Aplikácia lasera a žiarenia v medicíne

LASER(skratka zo začiatočných písmen angličtiny. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - zosilnenie svetla stimulovanou emisiou; syn. optický kvantový generátor) - technické zariadenie, vyžarujúca elektromagnetické žiarenie zaostrené vo forme lúča v rozsahu od infračerveného po ultrafialové, ktoré má vysoké energetické a biologické účinky. L. vytvorili v roku 1955 N. G. Basov, A. M. Prokhorov (ZSSR) a Ch Townes (USA), ktorí za tento vynález získali v roku 1964 Nobelovu cenu.

Hlavnými časťami lasera sú pracovná kvapalina alebo aktívne médium, lampa čerpadla a zrkadlový rezonátor (obr. 1). Laserové žiarenie môže byť kontinuálne alebo pulzné. Polovodičové lasery môžu pracovať v oboch režimoch. V dôsledku silného svetelného záblesku z lampy pumpy prechádzajú elektróny účinnej látky z pokojného stavu do excitovaného. Pôsobením na seba vytvárajú lavínu svetelných fotónov. Tieto fotóny sa odrážajú od rezonančných obrazoviek a prenikajú cez priesvitnú zrkadlovú obrazovku a objavujú sa ako úzky monochromatický lúč svetla s vysokou energiou.

Pracovná tekutina skla môže byť pevná (kryštály umelého rubínu s prídavkom chrómu, niektoré soli volfrámu a molybdénu, rôzne druhy skla s prímesou neodýmu a niektorých ďalších prvkov atď.), kvapalné (pyridín, benzén, toluén, brómnaftalén, nitrobenzén atď.), plyn (zmes hélia a neónu, pár hélia a kadmia, argón, kryptón, oxid uhličitý atď.).

Na prenos atómov pracovnej tekutiny do excitovaného stavu môžete použiť svetelné žiarenie, tok elektrónov, tok rádioaktívnych častíc, chemikálie. reakciu.

Ak si aktívne médium predstavíme ako umelý rubínový kryštál s prímesou chrómu, ktorého paralelné konce sú riešené vo forme zrkadla s vnútorným odrazom a jeden z nich je priesvitný, osvetľujú tento kryštál výkonný bleskčerpacie lampy, potom v dôsledku takého silného osvetlenia alebo, ako sa bežne nazýva, optického čerpania, väčšie číslo atómy chrómu prejdú do excitovaného stavu.

Po návrate do základného stavu atóm chrómu spontánne vyžaruje fotón, ktorý sa zrazí s excitovaným atómom chrómu a vyradí ďalší fotón. Tieto fotóny, ktoré sa následne stretávajú s inými excitovanými atómami chrómu, opäť vyraďujú fotóny a tento proces narastá ako lavína. Tok fotónov, opakovane odrážaných od zrkadla končí, sa zväčšuje, kým hustota energie žiarenia nedosiahne hraničnú hodnotu dostatočnú na prekonanie priesvitného zrkadla, a vypukne vo forme impulzu monochromatického koherentného (prísne smerovaného) žiarenia, vlnovej dĺžky čo je 694 ,3 nm a trvanie impulzu 0,5-1,0 ms s energiou od zlomkov po stovky joulov.

Energiu svetelného záblesku možno odhadnúť pomocou nasledujúceho príkladu: celková hustota energie spektra na slnečnom povrchu je 10 4 W/cm 2 a zaostrený lúč svetla s výkonom 1 MW vytvára intenzitu žiarenia pri ohnisko až 10 13 W/cm 2 .

Monochromatickosť, koherencia, malý uhol divergencie lúča a možnosť optického zaostrovania umožňujú získať vysokú koncentráciu energie.

Zaostrený laserový lúč môže byť nasmerovaný na oblasť niekoľkých mikrónov. Tým sa dosiahne kolosálna koncentrácia energie a v ožiarenom objekte vznikne extrémne vysoká teplota. Laserové žiarenie roztaví oceľ a diamant a zničí akýkoľvek materiál.

Laserové zariadenia a oblasti ich použitia

Špeciálne vlastnosti laserové žiarenie- vysoká smerovosť, koherencia a monochromatickosť - otvárajú prakticky veľké možnosti jeho využitia v rôznych oblastiach vedy, techniky a medicíny.

Pre med Na účely sa používajú rôzne lasery, ktorých sila žiarenia je určená cieľmi chirurgickej alebo terapeutickej liečby. V závislosti od intenzity ožiarenia a charakteristík jeho interakcie s rôznymi tkanivami sa dosahujú účinky koagulácie, exstirpácie, stimulácie a regenerácie. V chirurgii, onkológii a oftalmologickej praxi sa používajú lasery s výkonom desiatok wattov a na získanie stimulačných a protizápalových účinkov lasery s výkonom desiatok miliwattov.

Pomocou L. je možné súčasne prenášať obrovské množstvo telefonických rozhovorov, komunikovať na zemi aj vo vesmíre a lokalizovať nebeské telesá.

Malá divergencia laserového lúča umožňuje ich využitie v zememeračskej praxi, výstavbe veľkých inžinierskych stavieb, pri pristávaní lietadiel, v strojárstve. Plynové lasery sa používajú na získanie trojrozmerných obrazov (holografia). V geodetickej praxi majú široké využitie rôzne typy laserových diaľkomerov. L. sa používajú v meteorológii, na kontrolu znečistenia životné prostredie, v meracej a výpočtovej technike, výrobe prístrojov, na rozmerové spracovanie mikroelektronických obvodov, spúšťanie chemických reakcie atď.

V laserovej technike sa používajú pevnolátkové aj plynové lasery pulzného a kontinuálneho pôsobenia. Na rezanie, vŕtanie a zváranie rôznych vysokopevnostných materiálov - ocele, zliatiny, diamanty, hodinové kamene - sa laserové systémy vyrábajú na oxid uhličitý (LUND-100, TILU-1, Impulse), na dusík (Signal-3), na rubínový (LUCH- 1M, K-ZM, LUCH-1 P, SU-1), na neodymovom skle (Kvant-9, Korund-1, SLS-10, Kizil) atď. Väčšina procesov laserovej technológie využíva tepelné efekt svetla spôsobený jeho absorpciou spracovaného materiálu. Na zvýšenie hustoty toku žiarenia a lokalizáciu zóny ošetrenia používajú optické systémy. Vlastnosti laserovej technológie sú nasledovné: vysoká hustota energie žiarenia v zóne spracovania, ktorá poskytuje potrebný tepelný efekt v krátkom čase; lokalita ovplyvňujúceho žiarenia vďaka možnosti jeho zaostrenia a svetelné lúče extrémne malého priemeru; malá tepelne ovplyvnená zóna poskytovaná krátkodobým vystavením žiareniu; schopnosť viesť proces v akomkoľvek transparentnom prostredí, cez technologické okná. fotoaparáty atď.

Výkon žiarenia laserov používaných na riadiace a meracie prístroje navádzacích a komunikačných systémov je nízky, rádovo 1-80 mW. Na experimentálne štúdie (meranie prietokov kvapalín, štúdium kryštálov atď.) sa používajú výkonné lasery, ktoré generujú žiarenie v pulznom režime so špičkovým výkonom od kilowattov do hektowattov a trvaním impulzu 10 -9 -10 -4 sekúnd . Na spracovanie materiálov (rezanie, zváranie, prepichovanie otvorov atď.) sa používajú rôzne lasery s výstupným výkonom od 1 do 1000 wattov a viac.

Laserové zariadenia výrazne zvyšujú efektivitu práce. Rezanie laserom teda poskytuje značné úspory surovín, okamžité dierovanie otvorov do akýchkoľvek materiálov uľahčuje prácu vŕtačky, laserová metóda výroby mikroobvodov zlepšuje kvalitu výrobkov atď. Možno tvrdiť, že laser sa stal jedným z najbežnejšie zariadenia používané na vedecké, technické a medicínske aplikácie. Ciele.

Mechanizmus pôsobenia laserového lúča na biologické tkanivo je založený na skutočnosti, že energia svetelného lúča prudko zvyšuje teplotu v malej oblasti tela. Teplota v ožarovanej oblasti môže podľa J. P. Mintona stúpnuť až na 394°, a preto sa patologicky zmenená oblasť okamžite spáli a vyparí. Tepelný účinok na okolité tkanivá sa šíri na veľmi krátku vzdialenosť, pretože šírka priameho monochromatického zaostreného lúča žiarenia je rovná

0,01 mm. Pod vplyvom laserového žiarenia dochádza nielen ku koagulácii živých tkanivových proteínov, ale aj k ich explozívnej deštrukcii pôsobením akejsi rázovej vlny. Táto rázová vlna vzniká v dôsledku skutočnosti, že pri vysokých teplotách sa tkanivový mok okamžite zmení na plynné skupenstvo. Vlastnosti biol, pôsobenie závisí od vlnovej dĺžky, trvania pulzu, výkonu, energie laserového žiarenia, ako aj od štruktúry a vlastností ožarovaného tkaniva. Dôležitá je farba (pigmentácia), hrúbka, hustota, stupeň naplnenia tkanív krvou, ich fyziol, stav a prítomnosť patol, zmeny v nich. Čím väčšia je sila laserového žiarenia, tým hlbšie preniká a tým silnejší je jeho účinok.

V experimentálnych štúdiách sa skúmal vplyv svetelného žiarenia rôzneho rozsahu na bunky, tkanivá a orgány (koža, svaly, kosti, vnútorné orgány atď.). výsledky sa líšia od tepelných a radiačných účinkov. Po priamom pôsobení laserového žiarenia na tkanivá a orgány sa v nich objavujú ohraničené lézie rôznej plochy a hĺbky v závislosti od povahy tkaniva alebo orgánu. Keď gistol, študuje tkanivá a orgány vystavené L., možno v nich identifikovať tri zóny morfolových zmien: zóna povrchovej koagulačnej nekrózy; oblasť krvácania a opuchu; zóna dystrofických a nekrobiotických zmien v bunke.

Lasery v medicíne

Vývoj pulzných laserov, ako aj kontinuálnych laserov, schopných generovať svetelné žiarenie s vysokou hustotou energie, vytvoril podmienky pre široké využitie laserov v medicíne. Do konca 70. rokov. 20. storočie Laserové ožarovanie sa začalo využívať na diagnostiku a liečbu v rôznych oblastiach medicíny – chirurgia (vrátane traumatológie, kardiovaskulárnej, brušnej chirurgie, neurochirurgie atď.) > onkológia, oftalmológia, stomatológia. Treba zdôrazniť, že zriaďovateľ moderné metódy Laserová mikrochirurgia oka je sovietsky oftalmológ, akademik Akadémie lekárskych vied ZSSR M. M. Krasnov. Existovali vyhliadky na praktické využitie L. v terapii, fyzioterapii atď. Spektrochemické a molekulárne štúdie biologických objektov už úzko súvisia s rozvojom laserovej emisnej spektroskopie, absorpčnej a fluorescenčnej spektrofotometrie s využitím frekvenčne laditeľného L., lasera Raman spektroskopia. Tieto metódy spolu so zvýšením citlivosti a presnosti meraní skracujú čas analýzy, čo umožnilo prudké rozšírenie rozsahu výskumu pre diagnostiku chorôb z povolania, sledovanie užívania liekov v oblasti súdneho lekárstva, V kombinácii s vláknovou optikou možno na presvetlenie použiť metódy laserovej spektroskopie hrudnej dutiny, štúdium krvných ciev, fotografovanie vnútorné orgány s cieľom študovať ich funkcie, funkcie a detekciu nádorov.

Štúdium a identifikácia veľkých molekúl (DNA, RNA a pod.) a vírusov, imunol, výskum, štúdium kinetiky a biol, aktivita mikroorganizmov, mikrocirkulácia v cievach, meranie prietokov biol, tekutín - hlavné oblasti použitia metód laserovej Rayleighovej a Dopplerovej spektrometrie, vysoko citlivých expresných metód, ktoré umožňujú vykonávať merania pri extrémne nízkych koncentráciách študovaných častíc. S pomocou L. sa vykonáva mikrospektrálna analýza tkanív, ktorá sa riadi povahou látky, ktorá sa vyparila pod vplyvom žiarenia.

Dozimetria laserového žiarenia

V súvislosti s kolísaním výkonu aktívneho telesa L., najmä plynu (napríklad hélium-neón), počas ich prevádzky, ako aj podľa bezpečnostných požiadaviek, sa systematicky vykonáva dozimetrické monitorovanie pomocou špeciálnych dozimetrov kalibrovaných podľa normy. referenčné elektromery, najmä typu IMO-2 a certifikované štátnou metrologickou službou. Dozimetria umožňuje určiť efektívne terapeutické dávky a hustotu výkonu, ktorá určuje biol, účinnosť laserového žiarenia.

Lasery v chirurgii

Prvou oblasťou použitia L. v medicíne bola chirurgia.

Indikácie

Schopnosť L. lúča prerezať tkanivá umožnila jeho zavedenie do chirurgická prax. Baktericídny účinok a koagulačné vlastnosti „laserového skalpelu“ slúžili ako základ pre jeho použitie pri operáciách na gastrointestinálnom trakte. traktu, parenchýmových orgánov, pri neurochirurgických operáciách, u pacientov trpiacich zvýšenou krvácavosťou (hemofília, choroba z ožiarenia a pod.).

Hélium-neónové lasery a lasery na báze oxidu uhličitého sa úspešne používajú pri niektorých chirurgických ochoreniach a poraneniach: infikované, dlhodobo sa nehojace rany a vredy, popáleniny, obliterujúca endarteritída, deformujúca artróza, zlomeniny, autotransplantácia kože na popáleniny, abscesy a flegmóny. mäkkých tkanív a pod. Laserové stroje „Scalpel“ a „Pulsar“ sú určené na rezanie kostí a mäkkých tkanív. Zistilo sa, že L. žiarenie stimuluje regeneračné procesy a mení trvanie fáz procesu rany. Napríklad po otvorení vredov a ošetrení stien dutín L. sa doba hojenia rán v porovnaní s inými spôsobmi liečby výrazne skráti v dôsledku zníženia infekcie povrchu rany, urýchli sa čistenie rany od hnisavých-nekrotických hmoty a tvorby granulácií a epitelizácie. Štúdie Gistol a tsitol ukázali zvýšenie reparačných procesov v dôsledku zvýšenia syntézy RNA a DNA v cytoplazme fibroblastov a obsahu glykogénu v cytoplazme neutrofilných leukocytov a makrofágov, zníženie počtu mikroorganizmov a počet mikrobiálnych asociácií vo výtoku z rany, pokles biol, aktivita patogénneho stafylokoka.

Metodológia

Lézia (rana, vred, horieť povrch atď.) sa konvenčne delia na polia. Každé pole sa ožaruje denne alebo každé 1-2 dni nízkovýkonnými lasermi (10-20 mW) po dobu 5-10 minút. Priebeh liečby je 15-25 sedení. Ak je to potrebné, po 25-30 dňoch môžete kurz zopakovať; zvyčajne sa neopakujú viac ako 3-krát.

Využitie laserov v chirurgii (z doplnkových materiálov)

Experimentálne štúdie na štúdium vplyvu laserového žiarenia na biologické objekty sa začali v rokoch 1963-1964. v ZSSR, USA, Francúzsku a niektorých ďalších krajinách. Boli identifikované vlastnosti laserového žiarenia, ktoré určili možnosť jeho využitia v klinickej medicíne. Laserový lúč spôsobuje obliteráciu krvných a lymfatických ciev, čím zabraňuje šíreniu zhubných nádorových buniek a spôsobuje hemostatický efekt. Tepelný účinok laserového žiarenia na tkanivá nachádzajúce sa v blízkosti operačnej oblasti je minimálny, ale dostatočný na zabezpečenie aseptiky povrchu rany. Laserové rany sa hoja rýchlejšie ako rany spôsobené skalpelom alebo elektrickým nožom. Laser neovplyvňuje činnosť snímačov bioelektrického potenciálu. Okrem toho laserové žiarenie spôsobuje fotodynamický efekt – deštrukciu predtým fotosenzibilizovaných tkanív a excimerové lasery, používané napríklad v onkológii, spôsobujú efekt fotodekompozície (deštrukcia tkaniva). Žiarenie nízkoenergetických laserov má stimulačný účinok na tkanivo, a preto sa využíva na liečbu trofické vredy.

Vlastnosti rôznych typov laserov sú určené vlnovou dĺžkou svetla. Laser s oxidom uhličitým s vlnovou dĺžkou 10,6 mikrónov má teda vlastnosť disekovať biologické tkanivá a v menšej miere ich aj koagulovať laser pôsobiaci na ytriový hliníkový granát s neodýmom (YAG laser) s kratšou vlnovou dĺžkou (1,06 mikrónu); - schopnosť ničiť a koagulovať tkanivo a jeho schopnosť disekcie tkaniva je relatívne malá.

V klinickej medicíne sa dodnes používa niekoľko desiatok typov laserových systémov pracujúcich v rôznych rozsahoch elektromagnetického spektra (od infračerveného po ultrafialové). V zahraničí sa sériovo vyrábajú lasery na báze oxidu uhličitého, argónové lasery, YAG lasery a pod. V ZSSR sa komerčne vyrábajú lasery na oxid uhličitý typu „Yatagan“ na použitie v oftalmológii, lasery „Scalpel-1“, „Romashka-1“ (farba obr. 13), „Romashka-2“ na použitie v chirurgii, hélium-neónové lasery typu L G-75 a Yagoda pre terapeutické účely, pre priemyselnú výrobu sa pripravujú polovodičové lasery.

V polovici 60. rokov. Sovietski chirurgovia B. M. Khromov, N. F. Gamaleya, S. D. Pletnev boli medzi prvými, ktorí použili lasery na liečbu nezhubných a malígnych nádorov kože a viditeľných slizníc. Rozvoj laserovej chirurgie v ZSSR je spojený s vytvorením v rokoch 1969-1972. sériové vzorky sovietskych laserov na oxid uhličitý. V rokoch 1973-1974 A. I. Golovnya a A. A. Višnevskij (junior) a kol. publikovali údaje o úspešnom použití lasera s oxidom uhličitým na operáciu bradavky Vater a na účely kožných štepov. V roku 1974 A. D. Arapov a kol. hlásili prvé operácie na úpravu stenózy chlopne pľúcna tepna vyrobené pomocou laserového žiarenia.

V rokoch 1973-1975 pracovníci laboratória laserovej chirurgie (v súčasnosti Vedecko-výskumný ústav laserovej chirurgie M3 ZSSR) pod vedením prof. O.K. Skobelkina uskutočnili zásadný experimentálny výskum využitia oxidu uhličitého v brušnej, kožno-plastickej a purulentnej chirurgii a od roku 1975 ich začali zavádzať do klinickej praxe. V súčasnosti sú už nazhromaždené skúsenosti s používaním laserov v medicíne a v zdravotníckych zariadeniach boli vyškolení odborníci na laserovú chirurgiu, ktorí vykonali niekoľko desiatok tisíc operácií pomocou laserového žiarenia. Vo Výskumnom ústave laserovej chirurgie M3 ZSSR sa vyvíjajú nové smery pre využitie laserovej techniky napríklad pri endoskopických chirurgických zákrokoch, v kardiochirurgii a angiológii, pri mikrochirurgických operáciách, pri fotodynamickej terapii, reflexnej terapii.

Laserová operácia pažeráka, žalúdka a čriev. Operácie orgánov tráviaceho traktu. traktu, vykonávané pomocou bežných rezných nástrojov, sú sprevádzané krvácaním, tvorbou intraorgánových mikrohematómov pozdĺž línie disekcie steny dutého orgánu, ako aj infekciou tkanív obsahom dutých orgánov pozdĺž línie rezu. Použitie laserového skalpelu umožnilo vyhnúť sa tomu. Operácia sa vykonáva na „suchom“ sterilnom poli. U onkologických pacientov riziko šírenia malígnych nádorových buniek krvou a lymfatické cievy mimo operačnej rany. Nekrobiotické zmeny v blízkosti laserového rezu sú minimálne, na rozdiel od poškodení spôsobených tradičnými reznými nástrojmi a elektrickými nožmi. Preto sa laserové rany hoja s minimálnou zápalovou reakciou. Jedinečné vlastnosti laserový skalpel viedol k početným pokusom o jeho použitie v brušnej chirurgii. Tieto pokusy však nepriniesli očakávaný účinok, pretože disekcia tkaniva sa uskutočnila s približným vizuálnym zaostrením a voľným pohybom svetelného bodu laserového lúča pozdĺž zamýšľanej línie rezu. Zároveň nebolo vždy možné vykonať bezkrvný rez tkanív, najmä bohato vaskularizovaných, ako sú tkanivá žalúdka a črevných stien. Rezanie krvných ciev s priemerom väčším ako 1 mm laserom spôsobuje hojné krvácanie; vyliata krv tieni laserové žiarenie, rýchlo znižuje rýchlosť disekcie, v dôsledku čoho laser stráca vlastnosti skalpelu. Okrem toho existuje riziko náhodného poškodenia tkanív a orgánov pod nimi, ako aj prehriatia tkanivových štruktúr.

Práce sovietskych vedcov O.K. Skobelkina, E.I. Brekhova, B.N., V.A. Salyuka (1973) ukázali, že dočasné zastavenie krvného obehu pozdĺž línie disekcie orgánov umožňuje výrazne využiť pozitívne vlastnosti lasera s oxidom uhličitým. zníženie plošnej koagulačnej nekrózy, zvýšenie reznej rýchlosti, dosiahnutie „biologického zvárania“ vypreparovaných vrstiev tkaniva pomocou laserového žiarenia s nízkym výkonom (15-25 W). To posledné je obzvlášť dôležité pri brušnej chirurgii. Vzniká počas rezu v dôsledku koagulácie povrchu ľahké tkaniny adhézia drží vrstvy vypreparovanej steny žalúdka alebo čreva na rovnakej úrovni, čím vzniká optimálne podmienky vykonať najnáročnejšiu a najkritickejšiu fázu operácie - vytvorenie anastomózy. Použitie laserového skalpelu na operácie dutých orgánov sa stalo možným po vývoji sady špeciálnych laserových chirurgických nástrojov a sponkovacích zariadení (farba obr. 1, 2). Početné experimenty a klinické skúsenosti s používaním laserov v brušnej chirurgii umožnili formulovať základné požiadavky na nástroje. Musia mať schopnosť vytvárať lokálnu kompresiu a zabezpečiť krvácanie orgánov pozdĺž línie disekcie tkaniva; chrániť okolité tkanivá a orgány pred priamymi a odrazenými lúčmi; veľkosť a tvar musia byť prispôsobené na vykonávanie jednej alebo druhej chirurgickej techniky, najmä v ťažko dostupných oblastiach; podporovať zrýchlenú disekciu tkaniva bez zvýšenia výkonu laserového žiarenia v dôsledku prítomnosti konštantného intervalu medzi tkanivami a svetlovodným kužeľom; zabezpečiť kvalitné biologické zváranie tkanív.

V súčasnosti sa v brušnej chirurgii rozšírili mechanické zošívacie zariadenia (pozri). Skracujú čas operácií, umožňujú aseptickú a kvalitnú disekciu a spojenie stien dutých orgánov, často však krváca línia mechanického stehu a vysoký hrebeň škrabky vyžaduje starostlivú peritonizáciu. Zariadenia na laserové šitie sú pokročilejšie, napríklad zjednotené NZhKA-60. Využívajú aj princíp dávkovanej lokálnej kompresie tkaniva: najprv sa stena dutého orgánu zošije kovovými sponkami a potom sa pomocou laseru prereže medzi dvoma radmi aplikovaných sponiek. Na rozdiel od konvenčného mechanického šitia je línia šitia laserom sterilná, mechanicky a biologicky utesnená a nekrváca; tenký film koagulačnej nekrózy pozdĺž línie rezu zabraňuje prenikaniu mikroorganizmov hlboko do tkanív; supra-škrabkový hrebeň je nízky a ľahko sa ponorí pod serózno-svalové stehy.

Laserové chirurgické šijacie zariadenie UPO-16 je originálne v mnohých ohľadoch odlišné od známych mechanických šijacích zariadení. Zvláštnosťou jeho dizajnu je, že umožňuje v momente stlačenia látky ju aj natiahnuť vďaka špeciálnemu upevňovaciemu rámu. To umožňuje viac ako zdvojnásobiť rýchlosť disekcie tkaniva bez zvýšenia sily žiarenia. Prístroj UPO-16 sa používa na resekciu žalúdka, tenkého a hrubého čreva, ako aj na vyrezanie hadičky z väčšieho zakrivenia žalúdka pri plastickej operácii pažeráka.

Vytvorenie laserových nástrojov a zošívacích zariadení umožnilo vyvinúť metódy proximálnej a distálnej resekcie žalúdka, totálnej gastrektómie, rôzne možnosti plastickej chirurgie pažeráka s fragmentami žalúdka a hrubého čreva a chirurgické zákroky na hrubom čreve (kvety , tabuľka, čl. 432, obr. 6-8). Kolektívne skúsenosti zdravotníckych zariadení využívajúcich tieto metódy, založené na veľkom materiáli (2 000 chirurgických zákrokov), nám umožňujú dospieť k záveru, že operácie s použitím laseru sú na rozdiel od tradičných sprevádzané 2-4-krát menšími komplikáciami a 1,5- 3-krát menšia letalita. Navyše pri použití laserovej technológie sa pozorujú priaznivejšie dlhodobé výsledky. chirurgická liečba.

Pri chirurgických zákrokoch na extrahepatálnych žlčových cestách majú lasery nespornú výhodu oproti iným rezným nástrojom. Úplná sterilita a dokonalá hemostáza v oblasti disekcie tkaniva výrazne uľahčujú prácu chirurga a pomáhajú zlepšiť kvalitu operácie a zlepšiť výsledky liečby. Na vykonávanie operácií na extrahepatálnych žlčových cestách boli vytvorené špeciálne laserové prístroje, ktoré umožňujú úspešne vykonávať rôzne druhy choledochotómie s aplikáciou biliodigestívnych anastomóz, papilosfinkterotómie a papilosfinkteroplastiky. Operácie sú prakticky bezkrvné a atraumatické, čo zabezpečuje vysokú úroveň technického výkonu.

Nemenej efektívne je použitie laserového skalpela počas cholecystektómie. Pri priaznivých topograficko-anatomických vzťahoch, kedy je možné fokusovaný laserový lúč voľne aplikovať na všetky časti žlčníka, dochádza k jeho odstraňovaniu pomocou efektu fotohydraulickej preparácie, ktorá eliminuje najmenšie poranenie pečeňového parenchýmu. Súčasne sa úplne zastaví krvácanie a únik žlče z malých kanálikov lôžka močového mechúra. Preto nie je potrebné ďalšie šitie. Ak neexistujú podmienky na voľnú manipuláciu s laserovým lúčom hlboko v rane, cholecystektómia sa vykonáva obvyklým spôsobom a zastavenie parenchymálne krvácanie a únik žlče v operačnej oblasti sa uskutočňuje rozostreným lúčom laserového žiarenia. V tomto prípade laser eliminuje aj aplikáciu hemostatických stehov na lôžko žlčníka, ktoré poranením blízkych ciev a žlčových ciest vedú k ich ložiskovej nekróze.

Pri urgentnej operácii žlčových ciest môže byť laserový skalpel nenahraditeľný. V niektorých prípadoch sa používa na odstránenie žlčníka av niektorých prípadoch ako vysoko účinný prostriedok na zastavenie krvácania. V prípadoch, keď je žlčník prakticky neodstrániteľný a je potrebná jeho demukozácia, okraje pri výkone ostrým spôsobom je spojená s rizikom krvácania, je vhodné sliznicu odparovať rozostreným laserovým žiarením. Kompletné odstránenie sliznice s úplnou hemostázou a sterilizácia povrchu rany zaisťujú hladký pooperačný priebeh. Použitie laserovej technológie otvára nové možnosti na zlepšenie kvality liečby pacientov s ochoreniami žlčového systému, pri ktorých sa výrazne zvýšila frekvencia chirurgických zákrokov.

Aplikácia laserov v chirurgii parenchýmových orgánov brušná dutina. Zvláštnosti anatomická štruktúra parenchýmové orgány s ich rozvetvenými cievny systém spôsobiť ťažkosti chirurgická intervencia a závažnosť kurzu pooperačné obdobie. Preto stále prebieha hľadanie najefektívnejších prostriedkov a metód na zastavenie krvácania, úniku žlče a úniku enzýmov pri chirurgických zákrokoch na parenchýmových orgánoch. Na zastavenie krvácania z pečeňového tkaniva bolo navrhnutých mnoho metód a prostriedkov, ktoré, žiaľ, chirurgov neuspokojujú.

Od roku 1976 sa skúmajú možnosti a perspektívy využitia rôznych typov laserov pri operáciách parenchýmových orgánov. Študovali sa nielen výsledky pôsobenia laserov na parenchým, ale boli vyvinuté aj metódy chirurgických zákrokov na pečeni, pankrease a slezine.

Pri výbere spôsobu chirurgického zákroku na pečeni je potrebné súčasne riešiť také problémy, ako je dočasné zastavenie prietoku krvi v odstraňovanej časti orgánu, zastavenie krvácania z veľkých ciev a únik žlče z vývodov po resekcii orgánu, zastavenie krvácania z parenchýmu.

Na odkrvenie časti pečene, ktorá sa má v experimente odstrániť, bola vyvinutá špeciálna hepatoklipsa. Na rozdiel od predtým navrhovaných podobných nástrojov poskytuje úplnú rovnomernú kompresiu orgánu. V tomto prípade nie je poškodený pečeňový parenchým a prietok krvi v jeho distálnej časti sa zastaví. Špeciálne fixačné zariadenie umožňuje po odrezaní oblasti, ktorá sa má odstrániť, držať hepatokampu na okraji neodstrániteľnej časti pečene. To zase umožňuje voľnú manipuláciu nielen na veľkých cievach a kanáloch, ale aj na parenchýme orgánu.

Pri výbere metód liečby veľkých ciev a pečeňových ciest je potrebné vziať do úvahy, že na zastavenie parenchýmového krvácania z malých ciev a úniku žlče z malých ciest sa použijú oxid uhličitý laser a laser YAG. Na šitie veľkých ciev a kanálikov je vhodné použiť zošívačku, ktorá zaisťuje úplné zastavenie krvácania z nich pomocou tantalových svoriek; Môžete ich pripnúť pomocou špeciálnych svoriek. Ako ukázali výsledky štúdie, svorky sú pevne držané na zväzkoch cievnych kanálikov pred aj po ošetrení povrchu rany orgánu laserovým lúčom. Na hranici zostávajúcej a odstránenej časti pečene sa aplikuje a fixuje hepatoklam, parenchým sa stlačí a súčasne veľké nádoby a potrubia. Kapsula pečene sa odreže chirurgickým skalpelom a cievy a kanáliky sa zošijú zošívačkou. Časť pečene, ktorá sa má odstrániť, sa odreže skalpelom pozdĺž okraja svoriek. Na úplné zastavenie krvácania a úniku žlče sa pečeňový parenchým ošetrí rozostreným lúčom lasera oxidu uhličitého alebo YAG lasera. Zastavenie parenchýmového krvácania z rán pečene pomocou YAG lasera nastáva 3-krát rýchlejšie ako pri použití laseru s oxidom uhličitým.

Operácia na pankrease má svoje vlastné charakteristiky. Ako je známe, tento orgán je veľmi citlivý na akúkoľvek chirurgickú traumu, preto hrubé manipulácie s pankreasom často prispievajú k rozvoju pooperačnej pankreatitídy. Bola vyvinutá špeciálna svorka, ktorá umožňuje resekciu pankreatického parenchýmu laserovým lúčom bez zničenia pankreatického parenchýmu. Laserová svorka so štrbinou v strede sa aplikuje na časť, ktorá sa má odstrániť. Pozdĺž vodiacej štrbiny prechádza tkanivo žľazy sústredeným lúčom lasera na oxid uhličitý. V tomto prípade sú parenchým orgánu a pankreatický kanál spravidla úplne hermeticky uzavreté, čo zabraňuje ďalšej traume pri aplikácii stehov na utesnenie pahýľa orgánu.

Štúdia hemostatického účinku rôznych typov laserov na poranenia sleziny ukázala, že krvácanie z malých rán je možné zastaviť pomocou oxidu uhličitého aj laserom YAG a zastavenie krvácania z veľkých rán je možné iba pomocou YAG. laserové žiarenie.

Využitie laserov v pľúcnej a pleurálnej chirurgii. Laserový lúč s oxidom uhličitým sa používa na torakotómiu (na pretínanie medzirebrových svalov a pleury), vďaka čomu strata krvi v tomto štádiu nepresahuje 100 ml. Pomocou kompresných svoriek sa vykonávajú atypické malé resekcie pľúc po zošití pľúcneho tkaniva prístrojmi U0-40 alebo U0-60. Disekcia resekovanej časti pľúc fokusovaným laserovým lúčom a následné ošetrenie pľúcneho parenchýmu rozostreným lúčom umožňuje získať spoľahlivú hemostázu a aerostázu. Pri vykonávaní anatomických resekcií pľúc hlavný bronchus zošité zariadením U0-40 alebo U0-60 a prekrížené sústredeným lúčom lasera na oxid uhličitý. V dôsledku toho sa dosiahne sterilizácia a utesnenie bronchiálneho pahýľa. Povrch rany pľúcneho tkaniva sa ošetrí rozostreným lúčom za účelom hemostázy a aerostázy. Pri použití laseru sa chirurgická strata krvi zníži o 30-40%, pooperačná strata krvi o 2-3 krát.

Pri chirurgickej liečbe pleurálneho empyému sa uskutočňuje otvorenie empyémovej dutiny a manipulácie v nej fokusovaným lúčom lasera na báze oxidu uhličitého a sterilizácia empyémovej dutiny rozostreným lúčom. V dôsledku toho sa trvanie zásahu skráti 1V2 krát a strata krvi sa zníži 2-4 krát.

Využitie laserov v chirurgii srdca. Na liečbu supraventrikulárnych arytmií srdca sa používa A a G laser, pomocou ktorého sa skríži Hisov zväzok alebo abnormálne dráhy vedenia srdca. Laserový lúč sa dodáva intrakardiálne pri torakotómii a kardiotómii alebo intravazálne pomocou flexibilného svetlovodu umiestneného v špeciálnej cievnej sonde.

IN V poslednej dobe v ZSSR a USA sa začali sľubné štúdie o laserovej revaskularizácii myokardu v r koronárne ochorenie srdiečka. Laserová revaskularizácia v kombinácii s bypass koronárnej artérie sa vykonáva na zastavenom srdci a na bijúcom srdci sa vykonáva zákrok pozostávajúci len z použitia lasera. S krátkymi impulzmi výkonného lasera na oxid uhličitý sa v stene ľavej komory vytvorí 40-70 kanálov. Epikardiálna časť kanálikov sa ztrombizuje stlačením tampónu na niekoľko minút. Intramurálna časť kanálikov slúži na zásobovanie ischemického myokardu krvou prichádzajúcou z lumen komory. Následne sa okolo kanálikov vytvorí sieť mikrokapilár, čím sa zlepší výživa myokardu.

Využitie lasera v plastickej chirurgii kože. Fokusovaný lúč lasera oxidu uhličitého sa používa na radikálnu excíziu malých benígnych a malígnych nádorov v zdravom tkanive. Väčšie útvary (fibrómy, aterómy, papilómy, pigmentové névy, rakovina kože a melanóm, kožné metastázy zhubných nádorov, ale aj tetovania) sa ničia pôsobením rozostreného laserového lúča (farba obr. 12-15). K hojeniu malých rán v takýchto prípadoch dochádza pod chrastou. Veľké povrchy rany sú pokryté kožným autotransplantátom. Výhodou laserovej operácie je dobrá hemostáza, sterilita povrchu rany a vysoká radikalita zákroku. Pri neoperovateľných, najmä rozpadajúcich sa zhubných nádoroch kože sa na odparenie a zničenie nádoru používa laser, ktorý umožňuje povrchovú sterilizáciu, zastavenie krvácania a elimináciu nepríjemného zápachu.

Dobré výsledky, najmä z kozmetického hľadiska, sa dosahujú použitím argónového lasera pri liečbe cievnych nádorov a odstraňovaní tetovania. Laserové žiarenie sa používa na prípravu miesta príjemcu a odber (odobratie) kožného štepu. Miesto príjemcu pre trofické vredy sa sterilizuje a osviežuje pomocou zaostreného a rozostreného laserového lúča na rany po hlbokých popáleninách, nekrektómia sa vykonáva rozostreným lúčom; Na zobratie kožného laloku v plnej hrúbke ako štepu sa využíva efekt laserovej fotohydraulickej prípravy biologických tkanív, vyvinutý vo Výskumnom ústave laserovej chirurgie M3 ZSSR. Na tento účel sa do podkožného tkaniva vstrekuje izotonický fyziologický roztok alebo 0,25-0,5% roztok novokaínu. Pomocou zaostreného lúča lasera na oxid uhličitý sa štep oddelí od podložných tkanív v dôsledku kavitácie vopred vstreknutej kvapaliny, ku ktorej dochádza pod vplyvom vysokej teploty v mieste vystavenia laseru. V dôsledku toho sa netvoria hematómy a dosahuje sa sterilita štepu, čo prispieva k jeho lepšiemu prihojeniu (farba. Obr. 9-11). Podľa rozsiahleho klinického materiálu miera prežitia autoštepu odobratého laserom vo všeobecnosti dosahuje 96,5% a pri maxilofaciálnej chirurgii - 100%.

Laserová operácia hnisavé ochorenia mäkkých tkanív. Použitie lasera v tejto oblasti umožnilo dosiahnuť skrátenie času liečby o 1,5-2 krát, ako aj úsporu liekov a obväzov. Pre relatívne malé hnisavé ohnisko (absces, karbunka) sa radikálne vyreže fokusovaným lúčom lasera oxidu uhličitého a primárna sutúra. Na otvorených častiach tela je vhodnejšie vypariť léziu rozostreným lúčom a ranu pod chrastou zahojiť, čo dáva úplne vyhovujúci kozmetický efekt. Mechanicky sa otvárajú veľké abscesy, vrátane postinjekčných, ako aj hnisavá mastitída. Po odstránení obsahu abscesu sa steny dutiny striedavo ošetria fokusovaným a rozostreným laserovým lúčom za účelom odparenia nekrotického tkaniva, sterilizácie a hemostázy (farba Obr. 3-5). Po ošetrení laserom sa zašijú hnisavé rany vrátane pooperačných rán; v tomto prípade je potrebné aktívne a frakčné odsávanie ich obsahu a výplach dutiny. Podľa bakteriologického výskumu je v dôsledku použitia laserového žiarenia počet mikrobiálnych teliesok v 1 g tkaniva rany u všetkých pacientov pod kritickou úrovňou (104-101). Na stimuláciu hojenia hnisavé rany Je vhodné používať nízkoenergetické lasery.

Pri tepelných popáleninách tretieho stupňa sa nekrektómia vykonáva zaostreným lúčom lasera s oxidom uhličitým, čím sa dosiahne hemostáza a sterilizácia rany. Strata krvi pri použití lasera sa zníži 3-5 krát a tiež sa zníži strata bielkovín s exsudátom. Zákrok končí autoplastikou pomocou kožného laloku pripraveného laserovou fotohydraulickou preparáciou biologických tkanív. Táto metóda znižuje úmrtnosť a zlepšuje funkčné a kozmetické výsledky.

Pri výkonoch v anorektálnej oblasti, napríklad pri chirurgickej liečbe hemoroidov, sa často používa oxid uhličitý laser. Je charakteristické, že hojenie rán po odrezaní hemoroidu prebieha menej výrazne ako po klasickej operácii. syndróm bolesti Sfinkterový aparát začína fungovať skôr a striktúry konečníka sa vyvíjajú menej často. Excízia pararektálnych fistúl a análnych trhlín laserovým lúčom oxidu uhličitého umožňuje dosiahnuť úplnú sterilitu rany, a preto sa po pevnom zošití dobre hojí. Použitie lasera je účinné pri radikálnej excízii epiteliálnych kokcygeálnych fistúl.

Aplikácia laserov v urológii a gynekológii. Lasery s oxidom uhličitým sa používajú na obriezku, odstránenie nezhubných a malígnych nádorov penisu a vonkajšej časti močovej trubice. Malé nádory sa odparujú pomocou rozostreného laserového lúča močového mechúra pri transabdominálnom prístupe sa pri rozsiahlejších nádoroch používa fokusovaný lúč na resekciu steny močového mechúra, čím sa dosiahne dobrá hemostáza a zvýši sa radikalita zákroku. Intrauretrálne nádory a striktúry, ako aj nádory močového mechúra sa odstraňujú a rekanalizujú pomocou argónového alebo YAG lasera, ktorého energia je dodávaná na miesto chirurgického zákroku pomocou vláknovej optiky cez rigidné alebo flexibilné retrocystoskopy.

Lasery s oxidom uhličitým sa používajú na liečbu nezhubných a malígnych nádorov vonkajších genitálií, na vaginálnu plastickú chirurgiu a transvaginálnu amputáciu maternice. Laserová konizácia krčka maternice si získala uznanie pri liečbe erózií, prekanceróznych ochorení, rakoviny krčka maternice a krčka maternice. Pomocou laseru s oxidom uhličitým sa vykonáva resekcia príveskov maternice, amputácia maternice a myomektómia. Obzvlášť zaujímavé sú rekonštrukčné operácie s použitím mikrochirurgických techník pri liečbe ženskej neplodnosti. Laser sa používa na disekciu zrastov, resekciu nepriechodných oblastí vajcovodov a vytváranie umelých otvorov v distálnej časti vajcovodu alebo v jeho intramurálnej časti.

Laserová endoskopická chirurgia sa používa na liečbu ochorení hrtana, hltana, priedušnice, priedušiek, pažeráka, žalúdka, čriev, močovej trubice a močového mechúra. Tam, kde je prístup k nádoru možný len pomocou rigidných endoskopických systémov, sa používa oxid uhličitý laser spojený s operačným mikroskopom. Lúč tohto lasera umožňuje odpariť alebo zničiť nádor alebo rekanalizovať lúmen tubulárneho orgánu, ktorý je obmurovaný nádorom alebo striktúrou. Vplyv na patologické útvary umiestnené v tubulárnych orgánoch a prístupné na kontrolu iba pomocou flexibilného endoskopického zariadenia sa vykonáva argónovým alebo YAG laserom, ktorého energia je dodávaná cez optiku z kremenných vlákien.

Endoskopické metódy laserovej chirurgie sa najviac používajú na koaguláciu ciev pri akútnom krvácaní zo žalúdočných vredov a dvanástnik. V poslednej dobe sa na radikálnu liečbu rakoviny žalúdka I. štádia začalo používať laserové žiarenie, priame a hrubého čreva, ako aj na rekanalizáciu lúmenu pažeráka alebo konečníka, upchatého nádorom, čím sa zabráni zavedeniu trvalej gastrostómie alebo kolostómie.

Laserová mikrochirurgia. Laserové mikrochirurgické zákroky sa vykonávajú pomocou oxidu uhličitého lasera napojeného na operačný mikroskop vybavený mikromanipulátorom. Táto metóda sa používa na odparovanie alebo ničenie malých nádorov ústnej dutiny, hltana, hrtana, hlasiviek, priedušnice, priedušiek, pri operáciách stredného ucha, pri liečbe ochorení krčka maternice, pri rekonštrukčných zákrokoch na vajíčkovodov. Pomocou operačného mikroskopu s mikromanipulátorom je tenký laserový lúč (priemer 0,1 - 0,15 mm) nasmerovaný presne na operovaný objekt, čo umožňuje presné zásahy bez poškodenia zdravého tkaniva. Laserová mikrochirurgia má ešte dve výhody: hemostáza sa uskutočňuje súčasne s odstránením patologickej formácie; Laserový manipulátor je od operovaného objektu vzdialený 30-40 cm, takže operačné pole je dobre viditeľné, pričom pri bežných operáciách je blokované nástrojmi. V poslednej dobe sa na anastomózu malých ciev, šliach a nervov využíva energia laserov pracujúcich na oxid uhličitý, argón a ytriový hliníkový granát s neodýmom.

Laserová angioplastika. V súčasnosti sa skúma možnosť obnovenia priechodnosti stredne veľkých tepien pomocou žiarenia z oxidu uhličitého, argónových laserov a YAG laserov. Vďaka tepelnej zložke laserového lúča je možné zničiť alebo odpariť krvné zrazeniny a aterosklerotické pláty. Pri používaní týchto laserov sa však často poškodí aj samotná stena cievy, čo vedie ku krvácaniu alebo tvorbe krvnej zrazeniny v laserom zasiahnutej oblasti. Nemenej efektívne a bezpečnejšie je použitie excimerového laserového žiarenia, ktorého energia spôsobuje deštrukciu patologického útvaru v dôsledku fotochemickej reakcie, ktorá nie je sprevádzaná zvýšením teploty a zápalovou reakciou. Širokému zavedeniu laserovej angioplastiky do klinickej praxe bráni obmedzený počet excimerových laserov a špeciálnych veľmi zložitých katétrov s kanálikmi na osvetľovanie, prívod laserovej energie a odstraňovanie produktov rozpadu tkaniva.

Laserová fotodynamická terapia. Je známe, že určité deriváty hematoporfyrínov sú aktívnejšie absorbované bunkami malígnych nádorov a zostávajú v nich dlhšie ako v normálnych bunkách. Na tomto efekte je založená fotodynamická terapia nádorov kože a viditeľných slizníc, ako aj nádorov priedušnice, priedušiek, pažeráka, žalúdka, čriev a močového mechúra. Malígny nádor, predtým fotosenzibilizovaný zavedením hematoporfyrínu, sa ožaruje laserom v červenom alebo modrozelenom pásme spektra. V dôsledku tohto účinku sú nádorové bunky zničené, zatiaľ čo blízke normálne bunky, ktoré boli tiež vystavené žiareniu, zostávajú nezmenené.

Lasery v onkológii

V rokoch 1963-1965 V ZSSR a CETA sa uskutočnili pokusy na zvieratách, ktoré ukázali, že L. žiarenie môže ničiť transplantovateľné nádory. V roku 1969 bolo v Ústave onkologických problémov Akadémie vied Ukrajinskej SSR (Kyjev) otvorené prvé oddelenie onkológie laserovej terapie vybavené špeciálnou inštaláciou, pomocou ktorej sa liečili pacienti s kožnými nádormi ( Obr. 2). Následne boli urobené pokusy o rozšírenie laserovej terapie pre nádory a iné lokalizácie.

Indikácie

L. sa používa na liečbu nezhubných a zhubných nádorov kože, ako aj niektorých predrakovinových stavov ženských pohlavných orgánov. Účinky na hlboko ležiace nádory zvyčajne vyžadujú ich obnaženie, pretože laserové žiarenie je pri prechode tkanivom výrazne zoslabené. V dôsledku intenzívnejšej absorpcie svetla sú pigmentované nádory - melanómy, hemangiómy, pigmentové névy a pod. - ľahšie prístupné laserovej terapii ako nepigmentované (obr. 3). Vyvíjajú sa spôsoby použitia L. na liečbu nádorov iných orgánov (hrtan, pohlavné orgány, mliečna žľaza atď.).

Kontraindikácia pre L. sú nádory lokalizované v blízkosti očí (kvôli riziku poškodenia zrakového orgánu).

Metodológia

Existujú dva spôsoby použitia L.: ožarovanie nádoru za účelom nekrotizácie a jeho excízia. Pri vykonávaní liečby s cieľom spôsobiť nekrózu nádoru sa vykonáva: 1) ošetrenie objektu malými dávkami žiarenia, jódu, ktorý ničí oblasť nádoru a zvyšok sa postupne stáva nekrotickým; 2) ožarovanie vysokými dávkami (od 300 do 800 J/cm2); 3) viacnásobné ožarovanie, ktoré má za následok úplnú smrť nádoru. Pri liečbe nekrotizačnou metódou sa ožarovanie kožných nádorov začína od periférie, postupne sa pohybuje smerom k stredu, pričom zvyčajne zachytí hraničný pruh normálneho tkaniva široký 1,0-1,5 cm. Je potrebné ožarovať celú masu nádoru, keďže nie -ožiarené oblasti sú zdrojom opätovného rastu. Množstvo energie žiarenia je určené typom lasera (pulzný alebo kontinuálny), spektrálnou oblasťou a ďalšími parametrami žiarenia, ako aj charakteristikami nádoru (pigmentácia, veľkosť, hustota atď.). Pri liečbe nepigmentovaných nádorov sa do nich môžu injikovať farebné zlúčeniny na zvýšenie absorpcie žiarenia a deštrukcie nádoru. V dôsledku nekrózy tkaniva sa na mieste kožného nádoru vytvorí čierna alebo tmavošedá kôra, okraje zmiznú po 2-6 týždňoch. (obr. 4).

Pri excízii nádoru pomocou lasera sa dosiahne dobrý hemostatický a aseptický účinok. Metóda je vo vývoji.

výsledky

L. môže byť zničený akýkoľvek nádor prístupný žiareniu. V tomto prípade neexistujú žiadne vedľajšie účinky, najmä v hematopoetickom systéme, čo umožňuje liečbu starších pacientov, oslabených pacientov a malých detí. Pri pigmentových nádoroch sa selektívne ničia len nádorové bunky, čo zabezpečuje šetrný účinok a kozmeticky priaznivé výsledky. Žiarenie je možné presne zamerať, a preto je možné zásah presne lokalizovať. Hemostatický účinok laserového žiarenia umožňuje obmedziť stratu krvi). Úspešné výsledky v liečbe rakoviny kože boli podľa 5-ročných pozorovaní zaznamenané v 97 % prípadov (obr. 5).

Komplikácie: zuhoľnatenie

tkaniva pri pitve.

Lasery v oftalmológii

Tradičné pulzné nemodulované lasery (zvyčajne rubínové) sa používali až do 70. rokov. na kauterizáciu na fundu, napríklad za účelom vytvorenia chorioretinálneho lepidla pri liečbe a prevencii odchlípení sietnice, pri malých nádoroch a pod. konvenčný (nemonochromatický, nekoherentný) lúč svetla.

V 70. rokoch V oftalmológii sa úspešne uplatnili nové typy laserov (farba obr. 1 a 2): plynové lasery konštantnej akcie, modulované lasery s „obrovskými“ impulzmi („studené“ lasery), farbivové lasery a množstvo ďalších. To výrazne rozšírilo oblasť aplikácie klinu na oko - bolo možné aktívne zasahovať do vnútorných membrán oka bez otvorenia jeho dutiny.

Veľký praktický význam predstavujú nasledovné oblasti klin, laserová oftalmológia.

1. Je známe, že cievne ochorenia očného pozadia sú (a v mnohých krajinách sa už dostali) na prvé miesto medzi príčinami nevyliečiteľnej slepoty. Medzi nimi je rozšírená diabetická retinopatia, ktorá sa vyvíja takmer u všetkých pacientov s diabetom s trvaním ochorenia 17-20 rokov.

Pacienti zvyčajne strácajú zrak v dôsledku opakovaných vnútroočných krvácaní z novovytvorených patologicky zmenených ciev. Pomocou laserového lúča ( najlepšie výsledky dávať plyn, napr. argón, L. stáleho pôsobenia) obe zmenené cievy s oblasťami extravazácie a zóny novovzniknutých ciev, zvlášť náchylné na prasknutie, podliehajú koagulácii. Úspešný výsledok, ktorý pretrváva niekoľko rokov, sa pozoruje u približne 50 % pacientov. Zvyčajne sa koagulujú nepostihnuté oblasti sietnice, ktoré nemajú primárnu funkciu (panretinálna koagulácia).

2. Na priamu liečbu sa stala dostupná aj trombóza sietnicových ciev (najmä žíl). expozícia len pomocou L. Laserová koagulácia pomáha aktivovať krvný obeh a okysličenie v sietnici, redukovať alebo eliminovať trofický edém sietnice, ktorý sa nedá liečiť. expozícia zvyčajne končí ťažkými ireverzibilnými zmenami (farba. Obr. 7-9).

3. Degeneráciu sietnice, najmä v štádiu transudácie, možno v niektorých prípadoch úspešne liečiť laseroterapiou, ktorá je prakticky jediným spôsobom aktívneho zásahu do tohto patolového procesu.

4. Fokálne zápalové procesy v fundu, periflebitída, obmedzené prejavy angiomatózy v niektorých prípadoch sú tiež úspešne vyliečené laserovou terapiou.

5. Sekundárne katarakty a membrány v oblasti zrenice, nádory a cysty dúhovky sa vďaka použitiu L. stali prvýkrát objektom nechirurgickej liečby (farba Obr. 4-6 ).

Preventívne opatrenia proti poškodeniu laserovými lúčmi

Ochranný a koncertný. opatrenia na predchádzanie nepriaznivým účinkom žiarenia zo žiarenia a iných súvisiacich faktorov by mali zahŕňať opatrenia kolektívneho charakteru: organizačné, inžinierske a technické. plánovacie, sanitárne a hygienické, ako aj poskytovanie osobných ochranných prostriedkov.

Je povinné vyhodnotiť hlavné nepriaznivé faktory a vlastnosti šírenia laserového žiarenia (priameho aj odrazeného). Prístrojové merania (v extrémnych prípadoch výpočtom) určujú pravdepodobné smery a oblasti, v ktorých sú možné úrovne žiarenia, ktoré sú pre telo nebezpečné (prekračujú maximálny povolený limit).

Na zaistenie bezpečných pracovných podmienok sa okrem prísneho dodržiavania kolektívnych opatrení odporúča používať osobné ochranné prostriedky – okuliare, štíty, masky so spektrálnou selektívnou priehľadnosťou a špeciálne ochranné oblečenie. Príklad domácich bezpečnostné okuliare proti laserovému žiareniu v spektrálnej oblasti s vlnovou dĺžkou 0,63-1,5 mikrónu sú sklá vyrobené z modrozeleného skla SZS-22, ktoré poskytujú ochranu očí pred rubínovým a neodýmovým žiarením Pri práci s výkonnými lasermi sú účinnejšie ochranné štíty a na ruky sa dajú masky, rukavice zo semišu alebo kože. Odporúča sa nosiť zástery a rúcha rôznych farieb. Voľba ochranných prostriedkov musí byť vykonaná individuálne v každom konkrétnom prípade kvalifikovanými odborníkmi.

Lekársky dohľad nad tými, ktorí pracujú s laserom. Práce súvisiace s údržbou laserových systémov sú zaradené do zoznamu prác s nebezpečnými pracovnými podmienkami a pracovníci podliehajú predbežným a pravidelným (raz ročne) lekárskym prehliadkam. Vyšetrenie si vyžaduje účasť oftalmológa, terapeuta a neurológa. Pri vyšetrovaní zrakového orgánu sa používa štrbinová lampa.

Okrem lekárskeho vyšetrenia sa vykoná klin a krvný test na stanovenie hemoglobínu, červených krviniek, retikulocytov, krvných doštičiek, leukocytov a ROE.

Bibliografia: Aleksandrov M. T. Aplikácia laserov v experimentálnej a klinickej stomatológii, Med. abstraktné. denník, sek. 12 - Zubné lekárstvo, č. 1, s. 7, 1978, bibliogr.; Gamaleya N. F. Lasers in experiment and Clinic, M., 1972, bibliogr.; Kavetsky R. E. a kol. Lasery v biológii a medicíne, Kyjev, 1969; K o r y t n y D. L. Laserová terapia a jej aplikácia v zubnom lekárstve, Alma-Ata, 1979; Krasnov M. M. Laserová mikrochirurgia oka, Vestn, oftalm., č.1, s. 3, 1973, bibliogr.; Lazarev I.R. Lasery v onkológii, Kyjev, 1977, bibliografia; Osipov G.I a Pyatin M.M. Poškodenie oka laserovým lúčom, Vestn, oftalm., č.1, s. 50, 1978; P l e t n e v S. D. a kol., Plynové lasery v experimentálnej a klinickej onkológii, M., 1978; P r o-khonchukov A. A. Úspechy kvantovej elektroniky v experimentálnej a klinickej stomatológii, Dentistry, v. 56, č. 5, s. 21, 1977, bibliogr.; Semenov A.I. Vplyv laserového žiarenia na telo a preventívne opatrenia, Gig. práce a prof. zabolev., č. 8, s. 1, 1976; Prostriedky a metódy kvantovej elektroniky v medicíne, vyd. R.I. Utyamy-sheva, s. 254, Saratov, 1976; Khromov B. M. Lasery v experimentálnej chirurgii, L., 1973, bibliogr.; Chromov B.M. a iné Laserová terapia chirurgických ochorení, Vestn, hir., č. 2, s. 31, 1979; L'Esperance F. A. Očná fotokoagulácia, stereoskopický atlas, St Louis, 1975; Laserové aplikácie v medicíne a biológii, vyd. od M. L. Wolbarshta, v< i -з? N. Y.- L., 1971-1977, bibliogr.

Použitie laserov v chirurgii- Arapov A.D. a kol. Prvá skúsenosť s použitím laserového lúča v kardiochirurgii, Eksperim. hir., č. 4, s. 10, 1974; Vishnevsky A. A., Mitkova G. V. a Khariton A. S. Optické kvantové generátory kontinuálneho pôsobenia v plastickej chirurgii, Chirurgia, č. 9, s. 118, 1974; Gamaleya N. F. Lasers in experiment and Clinic, M., 1972; G o l o vnya A. I. Rekonštrukčné a opakované operácie na bradavke Vater pomocou laserového lúča, v knihe: Issues. kompenzácia v chirurgii, vyd. A. A. Višnevskij a ďalší, s. 98, M., 1973; Lasery v klinickej medicíne, vyd. S. D. Pletneva, s. 153, 169, M., 1981; Pletnev S. D., Abdurazakov M. III. a Karpenko O. M. Aplikácia laserov v onkologickej praxi, Chirurgia, JV& 2, s. 48, 1977; Khromov B. M. Lasery v experimentálnej chirurgii, L., 1973; Chernousov A.F., D o mrachev S.A. a Abdullaev A.G. Aplikácia laseru v chirurgii pažeráka a žalúdka, Chirurgia, č. 3, s. 21, 1983, bibliogr.

V. A. Polyakov; V. I. Belkevič (tech.), N. F. Gamaleya (onc.), M. M. Krasnov (ph.), Yu P. Paltsev (gig.), A. A. Prochonchukov (stómia), V. I. Stručkov (sir.), O. K. Skobelkin (sir.), E. I. Brekhov (sir.), G. D. Litvin (sir.), V. I. Korepanov (sir.).

„Lasery v modernom svete klinickej praxi“- tak znel názov vedeckej správy riaditeľa IOF RAS. A.M. Prochorov akademik Ivan Shcherbakov, čo urobil na zasadnutí Prezídia Ruskej akadémie vied 16. februára 2016. Rokovali o novej generácii laserových medicínskych zariadení, laserových technológiách v diagnostike a liečbe rôznych ochorení na základe výsledkov základný výskum v oblasti laserovej fyziky. Relevantným výskumom sa zaoberá aj Ústav všeobecnej fyziky Ruskej akadémie vied a množstvo výsledkov týchto štúdií sa zaviedlo alebo zavádza do klinickej praxe.

Mechanizmus účinku lasera ako lekárskeho nástroja spočíva v tom, že sústredený infračervený lúč vstupuje do živého tkaniva. V bode veľkosti 2-3 mikróny sa okamžite skoncentruje veľa energie a dôjde k mikrovýbuchu. Tieto mikrovýbuchy sú umiestnené jedna vedľa druhej s obrovskou frekvenciou po celej ploche dopadu, čím dochádza k roztrhnutiu tkaniva. Laser funguje ako skalpel, len zvnútra tkaniva. Chirurgovia v súčasnosti využívajú štyri rôzne laserové efekty – tepelné, mechanické, fotochemické a zváranie tkanív. Ďalšou širokou oblasťou použitia laserov je diagnostika širokej škály chorôb.

Najmä použitie laserov je veľmi obľúbené v oftalmológii, kde sa laserový lúč používa už desaťročia ako minimálne invazívny a presný chirurgický nástroj. Pri liečbe očných chorôb sa používajú rôzne typy laserov, s rôznymi zdrojmi a vlnovými dĺžkami. Vlnová dĺžka laserového žiarenia určuje rozsah použitia lasera v oftalmológii.

Napríklad argónový laser vyžaruje svetlo v modrom a zelenom rozsahu, ktoré zodpovedá absorpčnému spektru hemoglobínu. To umožňuje efektívne využiť argónový laser pri liečbe vaskulárnych patológií: diabetická retinopatia, trombóza sietnicových žíl, Hippel-Lindauova angiomatóza, Coatsova choroba atď.; 70% modrozeleného žiarenia je absorbovaných melanínom a používa sa najmä na ovplyvnenie pigmentových útvarov. Kryptónový laser vyžaruje svetlo v žltej a červenej oblasti, ktoré sú maximálne absorbované pigmentový epitel A cievnatka bez toho, aby došlo k poškodeniu nervovej vrstvy sietnice, čo je dôležité najmä pre koaguláciu centrálnych častí sietnice.

V poslednej dobe sa v klinickej praxi vyvinulo množstvo operácií pomocou krátkopulzných laserov - s trvaním impulzov 250, 300, 400 femtosekúnd. Tieto operácie sú veľmi efektívne a presné, pretože čím kratší je pulz, tým menší je bod, na ktorý je potrebné ho zamerať, a preto sú menej invazívne a traumatické. Pomocou femtosekundových laserov vyrábajú lekári najviac rôzne operácie na korekciu zraku.

Ďalším odvetvím medicíny, kde si medicínske využitie laserov získalo zaslúženú popularitu, je urológia. Mechanický účinok lasera sa prejavuje napríklad pri ovplyvnení obličkových kameňov, dokonca aj tých najnebezpečnejších a tvarovo najzložitejších. Použitie lasera vedie k fragmentácii kameňov a ich odstráneniu počas minimálne invazívnej chirurgie.

Ďalej je možné pomocou laseru odstrániť nádory mozgu a vykonať mnoho neurochirurgických operácií. V modernej neuroonkológii sa využívajú metódy laserovej mikrochirurgie, laserovej stereotaxie, laserovej endoskopie a intersticiálnej laserovej termoterapie. Použitie neurochirurgickej laserovej technológie umožňuje zvýšiť radikalitu a znížiť traumatickú povahu chirurgického zákroku pri nádoroch lokalizovaných v „kritických“ oblastiach mozgu, ktoré postihujú životne dôležité a funkčne významné časti mozgu, za predpokladu, že sú ošetrené priľahlé mozgové štruktúry. striedmo a anatomická a funkčná integrita mozgových ciev je zachovaná.

Veľmi obľúbený a rýchlo rastúci laserové technológie v kozmetológii a dermatológii. Pomocou laserového lúča je dnes možné odstrániť najrôznejšie kožné defekty vrátane jaziev – povrchových aj hlbokých. To stimuluje tvorbu nového kolagénu, ktorý jazvu skryje. Na druhej strane laserová operácia je tiež nový prístup k deštrukcii povrchových malígnych a prekanceróznych lézií kože alebo slizníc.

Laserové žiarenie v medicíne je vynútená alebo stimulovaná vlna optického rozsahu s dĺžkou od 10 nm do 1000 mikrónov (1 mikrón = 1000 nm).

Laserové žiarenie má:
- koherencia - koordinovaný výskyt niekoľkých vlnových procesov rovnakej frekvencie v čase;
- monochromatické - jedna vlnová dĺžka;
- polarizácia - usporiadaná orientácia vektora intenzity elektromagnetického poľa vlny v rovine kolmej na jej šírenie.

Fyzikálne a fyziologické účinky laserového žiarenia

Laserové žiarenie (LR) má fotobiologickú aktivitu. Biofyzikálne a biochemické reakcie tkanív na laserové žiarenie sú rôzne a závisia od rozsahu, vlnovej dĺžky a fotónovej energie žiarenia:

IR žiarenie (1000 mikrónov - 760 nm, energia fotónu 1-1,5 EV) preniká do hĺbky 40-70 mm a spôsobuje oscilačné procesy - tepelný efekt;
- viditeľné žiarenie (760-400 nm, energia fotónu 2,0-3,1 EV) preniká do hĺbky 0,5-25 mm, spôsobuje disociáciu molekúl a aktiváciu fotochemických reakcií;
- UV žiarenie (300-100 nm, energia fotónu 3,2-12,4 EV) preniká do hĺbky 0,1-0,2 mm, spôsobuje disociáciu a ionizáciu molekúl - fotochemický efekt.

Fyziologický účinok laserového žiarenia nízkej intenzity (LILR) sa realizuje prostredníctvom nervových a humorálnych dráh:

Zmeny biofyzikálnych a chemických procesov v tkanivách;
- zmeny v metabolických procesoch;
- zmena metabolizmu (bioaktivácia);
- morfologické a funkčné zmeny v nervovom tkanive;
- stimulácia kardiovaskulárneho systému;
- stimulácia mikrocirkulácie;
- zvyšuje biologickú aktivitu bunkových a tkanivových prvkov kože, aktivuje vnútrobunkové procesy vo svaloch, redoxné procesy a tvorbu myofibríl;
- zvyšuje odolnosť organizmu.

Laserové žiarenie vysokej intenzity (10,6 a 9,6 µm) spôsobuje:

Tepelné popálenie tkaniva;
- koagulácia biologických tkanív;
- zuhoľnatenie, spaľovanie, vyparovanie.

Terapeutický účinok lasera s nízkou intenzitou (LILI)

Protizápalové, znižujúce opuch tkaniva;
- analgetikum;
- stimulácia reparačných procesov;
- reflexogénny účinok - stimulácia fyziologické funkcie;
- generalizovaný účinok - stimulácia imunitnej odpovede.

Terapeutický účinok vysokointenzívneho laserového žiarenia

Antiseptický účinok, tvorba koagulačného filmu, ochranná bariéra proti toxickým látkam;
- rezanie látok (laserový skalpel);
- zváranie kovových protéz, ortodontických pomôcok.

Indikácie LILI

Akútne a chronické zápalové procesy;
- poranenie mäkkých tkanív;
- popáleniny a omrzliny;
- kožné ochorenia;
- periférne ochorenia nervový systém;
- ochorenia pohybového aparátu;
- srdcovo-cievne ochorenia;
- ochorenia dýchacích ciest;
- ochorenia gastrointestinálneho traktu;
- choroby genitourinárny systém;
- choroby ucha, nosa a hrdla;
- poruchy imunitného stavu.

Indikácie laserového žiarenia v zubnom lekárstve

Choroby ústnej sliznice;
- periodontálne ochorenia;
- nekazové lézie tvrdých zubných tkanív a kazu;
- pulpitída, periodontitída;
- zápalový proces a trauma maxilofaciálnej oblasti;
- ochorenia TMK;
- bolesť tváre.

Kontraindikácie

Nádory sú benígne a malígne;
- tehotenstvo do 3 mesiacov;
- tyreotoxikóza, diabetes 1. typu, ochorenia krvi, nedostatočná funkcia dýchania, obličiek, pečene a krvného obehu;
- horúčkovité stavy;
- duševná choroba;
- prítomnosť implantovaného kardiostimulátora;
- konvulzívne stavy;
- faktor individuálnej neznášanlivosti.

Vybavenie

Lasery sú technické zariadenie, ktoré vyžaruje žiarenie v úzkom optickom rozsahu. Moderné lasery sú klasifikované:

Podľa účinnej látky (zdroja indukovaného žiarenia) - tuhé, kvapalné, plynné a polovodičové;
- podľa vlnovej dĺžky a žiarenia - infračervené, viditeľné a ultrafialové;
- podľa intenzity žiarenia - nízka intenzita a vysoká intenzita;
- podľa režimu generovania žiarenia - pulzné a kontinuálne.

Prístroje sú vybavené vysielacími hlavicami a špecializovanými nástavcami – zubnými, zrkadlovými, akupunktúrnymi, magnetickými a pod., zabezpečujúcimi efektivitu ošetrenia. Kombinované použitie laserového žiarenia a konštantného magnetického poľa zvyšuje terapeutický účinok. Komerčne sa vyrábajú hlavne tri typy laserových terapeutických zariadení:

1) na báze hélium-neónových laserov pracujúcich v režime kontinuálneho žiarenia s vlnovou dĺžkou 0,63 mikrónov a výstupným výkonom 1-200 mW:

ULF-01, "Yagoda"
- AFL-1, AFL-2
- KYVADLOVKA-1
- ALTM-01
- FALM-1
- "Platan-M1"
- "Atol"
- ALOC-1 - laserové zariadenie na ožarovanie krvi

2) založené na polovodičových laseroch pracujúcich v kontinuálnom režime generovania žiarenia s vlnovou dĺžkou 0,67-1,3 mikrónov a výstupným výkonom 1-50 mW:

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

3) založené na polovodičových laseroch pracujúcich v pulznom režime generovania žiarenia s vlnovou dĺžkou 0,8-0,9 mikrónov, pulzný výkon 2-15 W:

- "Vzor", "Vzor-2K"
- "Lazurit-ZM"
- "Luzar-MP"
- "Nega"
- "Azor-2K"
- "Efekt"

Prístroje na magnetickú laserovú terapiu:

- "Mlada"
- AMLT-01
- "Svetoch-1"
- "Azúrová"
- "Erga"
- MILTA - magneticko-infračervené

Technológia a metodika laserového žiarenia

Vystavenie žiareniu sa vykonáva na léziu alebo orgán, segmentovo-metamerickú zónu (kutánne), biologicky aktívny bod. Počas liečby hlboký kaz a pulpitída pomocou biologickej metódy sa ožarovanie vykonáva v oblasti dna karyóznej dutiny a krčka zuba; paradentóza - do koreňového kanálika, ktorý bol predtým mechanicky a medicínsky ošetrený, sa zavedie svetlovod a postúpi sa až na vrchol koreňa zuba.

Technika laserového ožarovania je stabilná, stabilné skenovanie alebo skenovanie, kontaktné alebo vzdialené.

Dávkovanie

Odozvy na LI závisia od parametrov dávkovania:

vlnová dĺžka;
- metodológia;
- prevádzkový režim - nepretržitý alebo impulzný;
- intenzita, hustota výkonu (PM): LR s nízkou intenzitou - soft (1-2 mW) sa používa na ovplyvnenie reflexogénnych zón; stredné (2-30 mW) a tvrdé (30-500 mW) - v oblasti patologického zamerania;
- čas expozície na jedno pole - 1-5 minút, celkový čas nie viac ako 15 minút. denne alebo každý druhý deň;
- priebeh liečby 3-10 procedúr, opakovaných po 1-2 mesiacoch.

Bezpečnostné opatrenia

Oči lekára a pacienta sú chránené okuliarmi SZS-22, SZO-33;
- nemôžete sa pozerať na zdroj žiarenia;
- steny kancelárie by mali byť matné;
- po inštalácii žiariča na patologické ohnisko stlačte tlačidlo „štart“.

laserová očná medicína videnie

Lasery používané v medicíne

Z praktického hľadiska, najmä pre medicínske použitie, sa lasery klasifikujú podľa typu aktívny materiál, podľa spôsobu napájania, vlnovej dĺžky a výkonu generovaného žiarenia.

Aktívnym médiom môže byť plyn, kvapalina alebo pevná látka. Formy aktívneho média môžu byť tiež rôzne. Najčastejšie plynové lasery používajú sklenené alebo kovové valce naplnené jedným alebo viacerými plynmi. Situácia je približne rovnaká s kvapalnými aktívnymi médiami, aj keď sa často nachádzajú obdĺžnikové kyvety vyrobené zo skla alebo kremeňa. Kvapalné lasery sú lasery, v ktorých sú aktívnym médiom roztoky určitých organických zlúčenín farbív v kvapalnom rozpúšťadle (voda, etyl alebo metylalkohol atď.).

V plynových laseroch sú aktívnym médiom rôzne plyny, ich zmesi alebo dvojice kovov. Tieto lasery sa delia na plynové výbojové, plynové dynamické a chemické. V plynových výbojových laseroch sa excitácia uskutočňuje elektrickým výbojom v plyne, v plynových dynamických laseroch sa používa rýchle ochladzovanie pri expanzii predhriatej zmesi plynov a v chemických laseroch dochádza k excitácii aktívneho média v dôsledku energia uvoľnená pri chemických reakciách zložiek média. Spektrálny rozsah plynových laserov je oveľa širší ako u všetkých ostatných typov laserov. Pokrýva oblasť od 150 nm do 600 µm.

Tieto lasery majú v porovnaní s inými typmi laserov vysokú stabilitu parametrov žiarenia.

Pevné lasery majú aktívne médium vo forme valcovej alebo obdĺžnikovej tyče. Takou tyčinkou je najčastejšie špeciálny syntetický kryštál, napríklad rubín, alexandrit, granát alebo sklo s nečistotami zodpovedajúceho prvku, napríklad erbia, holmia, neodýmu. Prvý pracovný laser pracoval na rubínovom kryštáli.

Rôzne aktívne látky vo forme pevný sú tiež polovodiče. V poslednej dobe sa polovodičový priemysel vďaka svojej malej veľkosti a nákladovej efektívnosti veľmi rýchlo rozvíja. Preto sú polovodičové lasery klasifikované ako samostatná skupina.

Takže podľa typu aktívneho materiálu sa rozlišujú tieto typy laserov:

plyn;

kvapalina;

Na pevnom telese (pevnom stave);

Polovodič.

Typ aktívneho materiálu určuje vlnovú dĺžku generovaného žiarenia. Rôzne chemické prvky v rôznych matriciach dnes umožňujú identifikovať viac ako 6000 typov laserov. Generujú žiarenie z oblasti takzvaného vákuového ultrafialového (157 nm), vrátane viditeľnej oblasti (385-760 nm), až po ďaleko infračervené (> 300 µm). Pojem „laser“, ktorý sa pôvodne uvádzal pre viditeľnú oblasť spektra, sa čoraz viac prenáša aj do iných oblastí spektra.

Tabuľka 1 - lasery používané v medicíne.

Typ lasera	Fyzikálny stav účinnej látky	Vlnová dĺžka, nm	Rozsah emisií
			Infračervené
YAG:Er YSGG:Er YAG:Ho YAG:Nd	Pevné	2940 2790 2140 1064/1320	Infračervené
Polovodič, ako je arzenid gália	Pevné (polovodičové)		Od viditeľného po infračervené
Ruby	Pevné
Hélium-neón (He-Ne)			Zelená, jasne červená, infračervená
Na farbivách	Kvapalina	350-950 (laditeľné)	Ultrafialové - infračervené
Na pare zlata
Na medených parách			Zelená žltá
argón			Modro zelená
Excimer: ArF KrF XeCI XeF			ultrafialové

Napríklad pre žiarenie kratších vlnových dĺžok ako infračervené sa používa pojem „röntgenové lasery“ a pre žiarenie dlhších vlnových dĺžok ako ultrafialové sa používa pojem „lasery generujúce milimetrové vlny“.

Plynové lasery využívajú plyn alebo zmes plynov v trubici. Väčšina plynových laserov používa zmes hélia a neónu (HeNe) s primárnym výstupným signálom 632,8 nm (nm = 10~9 m) viditeľným červeným svetlom. Tento laser bol prvýkrát vyvinutý v roku 1961 a stal sa predchodcom celej rodiny plynových laserov. Všetky plynové lasery sú dosť podobné v dizajne a vlastnostiach.

Napríklad CO2 plynový laser vyžaruje vlnovú dĺžku 10,6 mikrónov vo vzdialenej infračervenej oblasti spektra. Argónové a kryptónové plynové lasery pracujú na viacerých frekvenciách, pričom vyžarujú prevažne vo viditeľnej časti spektra. Hlavné vlnové dĺžky žiarenia argónového lasera sú 488 a 514 nm.

Pevné lasery využívajú laserový materiál distribuovaný v pevnej matrici. Jedným z príkladov je neodýmový (Kyo) laser. Pojem YAG je skratka pre kryštál -- ytriový hliníkový granát, ktorý slúži ako nosič pre ióny neodýmu. Tento laser vyžaruje infračervený lúč s vlnovou dĺžkou 1,064 mikrónov. Na konverziu výstupného lúča do viditeľného alebo ultrafialového rozsahu možno použiť pomocné zariadenia, ktoré môžu byť interné alebo externé vzhľadom na rezonátor. Ako laserové médium možno použiť rôzne kryštály s rôznymi koncentráciami iónov aktivátora: erbium (Er3+), holmium (Ho3+), thulium (Tm3+).

Z tejto klasifikácie vyberieme lasery, ktoré sú pre medicínske použitie najvhodnejšie a bezpečné. Medzi známejšie plynové lasery používané v zubnom lekárstve patria CO2 lasery a He-Ne lasery (hélium-neónové lasery). Zaujímavý je aj plynový excimer a argónový laser. Z pevnolátkových laserov je v medicíne najobľúbenejší YAG:Er laser, ktorý má v kryštáli erbiové aktívne centrá. Stále viac ľudí sa obracia na YAG:Ho lasery (s holmiovými centrami). Na diagnostické a terapeutické aplikácie sa používa veľká skupina plynových aj polovodičových laserov. V súčasnosti sa ako aktívne médiá pri výrobe laserov používa viac ako 200 druhov polovodičových materiálov.

Tabuľka 2 - charakteristiky rôznych laserov.

Lasery možno klasifikovať podľa typu napájania a spôsobu prevádzky. Tu sa rozlišujú zariadenia kontinuálneho alebo pulzného pôsobenia. Laser s kontinuálnou vlnou produkuje žiarenie, ktorého výstupný výkon sa meria vo wattoch alebo miliwattoch.

V tomto prípade je stupeň energetického vplyvu na biologické tkanivo charakterizovaný:

Hustota výkonu je pomer výkonu žiarenia k ploche prierezu laserového lúča p = P/s].

Jednotky merania v laserovej medicíne - [W/cm 2 ], [mW/cm 2 ];

Dávka žiarenia P, rovná pomeru súčinu výkonu žiarenia [P a času ožiarenia k ploche prierezu laserového lúča. Vyjadrené v [W * s/cm2];

Energia [E= Рt] je súčin výkonu a času. Mernými jednotkami sú [J], t.j. [W s].

Z hľadiska výkonu žiarenia (kontinuálneho alebo priemerného) sa lekárske lasery delia na:

Lasery s nízkym výkonom: od 1 do 5 mW;

Stredný výkon laserov: od 6 do 500 mW;

Vysokovýkonné lasery (vysoká intenzita): viac ako 500 mW. Lasery nízkeho a stredného výkonu patria do skupiny takzvaných biostimulačných laserov (nízkointenzívnych). Biostimulačné lasery nachádzajú čoraz väčšie terapeutické a diagnostické využitie v experimentálnej a klinickej medicíne.

Z hľadiska prevádzkového režimu sa lasery delia na:

Režim kontinuálneho žiarenia (vlnové plynové lasery);

Režim zmiešaného žiarenia (pevné a polovodičové lasery);

Q-spínaný režim (možné pre všetky typy laserov).

ÚVOD

1 LASERY A ICH POUŽITIE V MEDICÍNE

2 HLAVNÉ SMERY A CIELE MEDICÍNSKEHO A BIOLOGICKÉHO POUŽITIA LASEROV

3 FYZIKÁLNE ZÁKLADY APLIKÁCIE LASEROV V LEKÁRSKEJ PRAXI

4 OCHRANNÉ OPATRENIA PRED LASEROVÝM ŽIARENÍM

5 PRENIKNUTIE LASEROVÉHO ŽIARENIA DO BIOLOGICKÉHO TKANIVA

6 PATOGENETICKÉ MECHANIZMY INTERAKCIE LASEROVÉHO ŽIARENIA S BIOLOGICKÝM TKANÍM

7 MECHANIZMY LASEROVEJ BIOSTIMULÁCIE

LITERATÚRA

ÚVOD

Hlavnými nástrojmi, ktoré chirurg používa na pitvu tkaniva, sú skalpel a nožnice, teda rezné nástroje. Rany a rezy skalpelom a nožnicami sú však sprevádzané krvácaním, čo si vyžaduje použitie špeciálnych opatrení na zastavenie krvácania. Okrem toho môžu rezné nástroje pri kontakte s tkanivom šíriť mikroflóru a bunky malígneho nádoru pozdĺž línie rezu. V tomto ohľade chirurgovia už dlho snívali o tom, že budú mať k dispozícii nástroj, ktorý by spôsobil nekrvavý rez a súčasne zničil patogénna mikroflóra a nádorové bunky v operačnej rane. Zákroky na „suchom chirurgickom poli“ sú ideálne pre chirurgov akéhokoľvek profilu.

Pokusy o vytvorenie „ideálneho“ skalpelu siahajú do konca minulého storočia, kedy bol navrhnutý takzvaný elektrický nôž, pracujúci pomocou vysokofrekvenčných prúdov. Tento prístroj v pokročilejších verziách v súčasnosti pomerne široko využívajú chirurgovia rôznych špecializácií. Ako sa však nahromadili skúsenosti, boli identifikované negatívne aspekty „elektrochirurgie“, z ktorých hlavným je príliš veľká zóna tepelného popálenia tkaniva v oblasti rezu. Je známe, že čím širšia je oblasť popálenia, tým horšie sa operačná rana hojí. Okrem toho pri použití elektrického noža je potrebné zapojiť telo pacienta do elektrického obvodu. Elektrochirurgické prístroje negatívne ovplyvňujú činnosť elektronických prístrojov a prístrojov na monitorovanie životných funkcií organizmu počas operácie. Kryochirurgické prístroje tiež spôsobujú značné poškodenie tkaniva, čím sa zhoršuje proces hojenia. Rýchlosť disekcie tkaniva kryoskalpelom je veľmi nízka. V skutočnosti to nezahŕňa pitvu, ale deštrukciu tkaniva. Pri použití plazmového skalpelu sa tiež pozoruje významná oblasť popálenia. Ak vezmeme do úvahy, že laserový lúč má výrazné hemostatické vlastnosti, ako aj schopnosť utesniť bronchioly, žlčové cesty a pankreatické vývody, potom sa použitie laserovej technológie v chirurgii stáva mimoriadne sľubným. Stručne uvedené niektoré výhody používania laserov v chirurgii sa týkajú predovšetkým laserov na báze oxidu uhličitého (CO 2 lasery). Okrem nich sa v medicíne používajú lasery, ktoré fungujú na iných princípoch a na iných pracovných látkach. Tieto lasery majú zásadne odlišné kvality pri ovplyvňovaní biologických tkanív a používajú sa na relatívne úzke indikácie, najmä v kardiovaskulárnej chirurgii, onkológii, na liečbu chirurgických ochorení kože a viditeľných slizníc a pod.

1 LASERY A ICH POUŽITIE V MEDICÍNE

Napriek spoločnej povahe svetla a rádiových vĺn sa optika a rádiová elektronika dlhé roky vyvíjali nezávisle, nezávisle od seba. Zdalo sa, že svetelné zdroje – excitované častice a generátory rádiových vĺn – majú len málo spoločného. Až v polovici 20. storočia sa objavili práce na vytvorení molekulárnych zosilňovačov a generátorov rádiových vĺn, čo znamenalo začiatok novej samostatnej oblasti fyziky - kvantovej elektroniky.

Kvantová elektronika študuje metódy zosilňovania a generovania elektromagnetických oscilácií pomocou stimulovanej emisie kvantových systémov. Pokroky v tejto oblasti vedomostí sa čoraz viac využívajú vo vede a technike. Zoznámime sa s niektorými javmi, ktoré sú základom kvantovej elektroniky a fungovania optických kvantových generátorov – laserov.

Lasery sú svetelné zdroje, ktoré fungujú na základe procesu nútenej (stimulovanej, indukovanej) emisie fotónov excitovanými atómami alebo molekulami pod vplyvom žiarenia fotónov s rovnakou frekvenciou. Charakteristickým rysom tohto procesu je, že fotón produkovaný počas stimulovanej emisie je identický vo frekvencii, fáze, smere a polarizácii s vonkajším fotónom, ktorý ho spôsobil. To určuje jedinečné vlastnosti kvantových generátorov: vysoká koherencia žiarenia v priestore a čase, vysoká monochromatickosť, úzka smerovosť lúča žiarenia, obrovská koncentrácia toku energie a schopnosť zaostrenia do veľmi malých objemov. Lasery sú vytvorené na základe rôznych aktívnych médií: plynných, kvapalných alebo pevných. Dokážu produkovať žiarenie vo veľmi širokom rozsahu vlnových dĺžok – od 100 nm (ultrafialové svetlo) do 1,2 mikrónu (infračervené žiarenie) – a môžu pracovať v kontinuálnom aj pulznom režime.

Laser sa skladá z troch zásadne dôležitých komponentov: žiariča, čerpacieho systému a zdroja energie, ktorých činnosť je zabezpečená pomocou špeciálnych pomocných zariadení.

Emitor je určený na premenu energie pumpy (prevod zmesi hélia a neónu 3 do aktívneho stavu) na laserové žiarenie a obsahuje optický rezonátor, ktorý je vo všeobecnosti systémom starostlivo vyrobených reflexných, refrakčných a zaostrovacích prvkov vo vnútornom priestore. ktorým sa vybudí určitý druh elektromagnetických vĺn a udržiava kolísanie v optickom rozsahu. Optický rezonátor musí mať minimálne straty v pracovnej časti spektra, vysokú presnosť výroby súčiastok a ich vzájomnú inštaláciu.

Vytvorenie laserov sa ukázalo ako možné vďaka implementácii troch základných fyzikálnych myšlienok: stimulovaná emisia, vytvorenie termodynamicky nerovnovážnej inverznej populácie hladín atómovej energie a využitie pozitívnej spätnej väzby.

Excitované molekuly (atómy) sú schopné emitovať luminiscenčné fotóny. Takéto žiarenie je spontánny proces. Je náhodný a chaotický v čase, frekvencii (môžu existovať prechody medzi nimi na rôznych úrovniach), v smere šírenia a polarizácie. Ďalšie žiarenie - vynútené alebo indukované - nastáva, keď fotón interaguje s excitovanou molekulou, ak sa energia fotónu rovná rozdielu v zodpovedajúcich energetických hladinách. Pri vynútenej (indukovanej) emisii závisí počet prechodov za sekundu od počtu fotónov vstupujúcich do látky za rovnaký čas, t. j. od intenzity svetla, ako aj od počtu excitovaných molekúl. Inými slovami, čím vyššia je populácia zodpovedajúcich excitovaných energetických stavov, tým vyšší je počet vynútených prechodov.

Indukované žiarenie je identické s dopadajúcim žiarením vo všetkých ohľadoch, vrátane fázy, takže môžeme hovoriť o koherentnom zosilnení elektromagnetická vlna, ktorá sa používa ako prvá zásadná myšlienka v princípoch generovania laserov.

Druhou myšlienkou, realizovanou pri vytváraní laserov, je vytvorenie termodynamicky nerovnovážnych systémov, v ktorých je na rozdiel od Boltzmannovho zákona viac častíc na vyššej úrovni ako na nižšej. Stav média, v ktorom sa aspoň pri dvoch energetických hladinách ukáže, že počet častíc s vyššou energiou prevyšuje počet častíc s nižšou energiou, sa nazýva stav s prevrátenou populáciou hladín a médium sa nazýva aktívne. Je to aktívne médium, v ktorom fotóny interagujú s excitovanými atómami, čo spôsobuje ich nútené prechody na viac nízky level emisia kvant indukovaného (stimulovaného) žiarenia je pracovnou látkou lasera. Stav s inverznou populáciou úrovní sa formálne získa z Boltzmannovej distribúcie pre T< О К, поэтому иногда называется состоянием с «отрицательной» температурой. По мере распространения света в активной сред интенсивность его возрастает, имеет место явление, обратное поглощению, т. е. усиление света. Это означает, что в законе Бугера kX < 0, поэтому инверсная населенность соответствует среде с отрицательным показателем поглощения.

Stav populačnej inverzie môže byť vytvorený výberom častíc s nižšou energiou alebo špeciálnym excitovaním častíc, napríklad svetlom alebo elektrickým výbojom. Samotný stav negatívnej teploty dlho neexistuje.

Tretia myšlienka využívaná v princípoch generovania laserov vznikla v rádiofyzike a je to využitie pozitívnej spätnej väzby. Pri jeho realizácii zostáva časť generovanej stimulovanej emisie vo vnútri pracovnej látky a spôsobuje stimulovanú emisiu čoraz viac excitovaných atómov. Na realizáciu takéhoto procesu sa aktívne médium umiestni do optického rezonátora, ktorý sa zvyčajne skladá z dvoch zrkadiel, vybraných tak, že žiarenie v ňom vznikajúce opakovane prechádza aktívnym médiom a mení ho na generátor koherentného stimulovaného žiarenia.

Prvý takýto generátor v mikrovlnnom rozsahu (maser) navrhli v roku 1955 nezávisle sovietski vedci N. G. Basoi a A. M. Prokhorov a americkí vedci - C. Townes a ďalší Keďže prevádzka tohto zariadenia bola založená na stimulovanej emisii molekúl amoniaku, tzv generátor sa nazýval molekulárny.

V roku 1960 bol vytvorený prvý kvantový generátor vo viditeľnej oblasti žiarenia - laser s rubínovým kryštálom ako pracovnou látkou (aktívnym médiom). V tom istom roku bol vytvorený hélium-neónový plynový laser. Obrovská rozmanitosť v súčasnosti vytvorených laserov môže byť klasifikovaná podľa typu pracovnej látky: rozlišujú sa plynové, kvapalinové, polovodičové a pevnolátkové lasery. V závislosti od typu lasera sa energia na vytvorenie populačnej inverzie dodáva rôznymi spôsobmi: excitácia veľmi intenzívnym svetlom - „optické čerpanie“, elektrický výboj plynu a v polovodičových laseroch elektrický prúd. Na základe charakteru ich žiary sa lasery delia na pulzné a kontinuálne.

Uvažujme o princípe fungovania tuhého rubínového lasera. Rubín je kryštál oxidu hlinitého Al 2 0 3 obsahujúci približne 0,05 % iónov chrómu Cr 3+ ako nečistoty. Excitácia iónov chrómu sa uskutočňuje optickým čerpaním pomocou vysokovýkonných pulzných svetelných zdrojov. Jeden z návrhov využíva trubicový reflektor s eliptickým prierezom. Vo vnútri reflektora sa nachádza priama xenónová záblesková lampa a rubínová tyč umiestnená pozdĺž čiar prechádzajúcich ohniskami elipsy (obr. 1). Vnútorný povrch hliníkového reflektora je vysoko leštený alebo postriebrený. Hlavnou vlastnosťou eliptického reflektora je, že svetlo vychádzajúce z jedného jeho ohniska (xenónová výbojka) a odrazené od stien vstupuje do druhého ohniska reflektora (rubínová tyč).

Rubínový laser pracuje podľa trojúrovňovej schémy (obr. 2 a). V dôsledku optického čerpania sa ióny chrómu presunú z úrovne zeme 1 do krátkodobého excitovaného stavu 3. Potom dôjde k nežiarivému prechodu do dlhodobého (metastabilného) stavu 2, z ktorého je pravdepodobnosť spontánneho vyžarovania prechod je relatívne malý. Preto dochádza k akumulácii excitovaných iónov v stave 2 a vzniká inverzná populácia medzi hladinami 1 a 2. Za normálnych podmienok dochádza k prechodu z 2. na 1. hladinu spontánne a je sprevádzaný luminiscenciou s vlnovou dĺžkou 694,3 nm. Laserová dutina má dve zrkadlá (pozri obr. 1), z ktorých jedno má koeficient odrazu R intenzity svetla odrazeného a dopadajúceho na zrkadlo, druhé zrkadlo je priesvitné a prepúšťa časť naň dopadajúceho žiarenia ( R< 100%). Кванты люминесценции в зависимости от направления их движения либо вылетают из боковой поверхности рубинового стержня и теряются, либо, многократно отражаясь от зеркал, сами вызывают вынужденные переходы. Таким образом, пучок, перпендикулярный зеркалам, будет иметь наибольшее развитие и выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Такой лазер работает в импульсном режиме.

Spolu s rubínovým laserom pracujúcim podľa trojúrovňovej schémy sa rozšírili štvorúrovňové laserové schémy založené na iónoch prvkov vzácnych zemín (neodym, samárium atď.) zabudovaných do kryštalickej alebo sklenenej matrice (obr. 24 , b). V takýchto prípadoch sa vytvorí populačná inverzia medzi dvoma excitovanými úrovňami: dlhotrvajúca úroveň 2 a krátkodobá úroveň 2."

Veľmi bežným plynovým laserom je hélium-neónový laser, ktorý je excitovaný elektrickým výbojom. Aktívnym prostredím v ňom je zmes hélia a neónu v pomere 10:1 a tlaku asi 150 Pa. Atómy neónu vyžarujú, atómy hélia zohrávajú podpornú úlohu. Na obr. 24, c ukazuje energetické hladiny atómov hélia a neónu. Generácia nastáva počas prechodu medzi úrovňami 3 a 2 neónu. Aby sa medzi nimi vytvorila inverzná populácia, je potrebné osídliť úroveň 3 a vyprázdniť úroveň 2. Populácia úrovne 3 nastáva pomocou atómov hélia. Počas elektrického výboja náraz elektrónu vybudí atómy hélia do dlhodobého stavu (so životnosťou asi 10 3 s). Energia tohto stavu je veľmi blízka energii úrovne 3 neónu, preto keď sa excitovaný atóm hélia zrazí s nevybudeným atómom neónu, energia sa prenesie, v dôsledku čoho sa naplní úroveň 3 neónu. Pre čistý neón je životnosť na tejto úrovni krátka a atómy sa pohybujú na úrovni 1 alebo 2 a realizuje sa Boltzmannovo rozdelenie. K vyčerpaniu úrovne 2 neónu dochádza najmä v dôsledku spontánneho prechodu jeho atómov do základného stavu pri zrážkach so stenami výbojky. To zaisťuje stacionárnu inverznú populáciu úrovní 2 a 3 neónu.

Hlavným konštrukčným prvkom hélium-neónového lasera (obr. 3) je plynová výbojka s priemerom asi 7 mm. Elektródy sú zabudované do trubice na vytvorenie výboja plynu a excitáciu hélia. Na koncoch trubice v Brewsterovom uhle sú okienka, vďaka ktorým je žiarenie rovinne polarizované. Planparalelné rezonátorové zrkadlá sú namontované mimo trubice, jedno z nich je priesvitné (koeficient odrazu R< 100%). Таким образом, пучок вынужденного излучения выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Это лазер непрерывного действия.

Rezonátorové zrkadlá sú vyrobené s viacvrstvovými povlakmi a vďaka interferencii sa pre danú vlnovú dĺžku vytvorí potrebný koeficient odrazu. Najčastejšie používané lasery sú hélium-neónové lasery, ktoré vyžarujú červené svetlo s vlnovou dĺžkou 632,8 nm. Výkon takýchto laserov je nízky, nepresahuje 100 mW.

Použitie laserov je založené na vlastnostiach ich žiarenia: vysoká monochromatickosť (~ 0,01 nm), dostatočne vysoký výkon, úzkosť lúča a koherencia.

Úzkosť svetelného lúča a jeho nízka divergencia umožnili pomocou laserov merať vzdialenosť medzi Zemou a Mesiacom (výsledná presnosť je asi desiatky centimetrov), rýchlosť rotácie Venuše a Merkúra atď.

Ich použitie v holografii je založené na koherencii laserového žiarenia. Gastroskopy boli vyvinuté na báze hélium-neónového lasera s použitím vláknovej optiky, ktoré umožňujú holograficky vytvárať trojrozmerný obraz vnútornej dutiny žalúdka.

Monochromatická povaha laserového žiarenia je veľmi vhodná na vzrušujúce Ramanove spektrá atómov a molekúl.

Lasery sú široko používané v chirurgii, stomatológii, oftalmológii, dermatológii a onkológii. Biologické účinky laserového žiarenia závisia tak od vlastností biologického materiálu, ako aj od vlastností laserového žiarenia.

Všetky lasery používané v medicíne sa konvenčne delia na 2 typy: nízkointenzívne (intenzita nepresahuje 10 W/cm2, najčastejšie okolo 0,1 W/cm2) - terapeutické a vysokointenzívne - chirurgické. Intenzita najvýkonnejších laserov môže dosiahnuť 10 14 W/cm 2 v medicíne sa zvyčajne používajú lasery s intenzitou 10 2 - 10 6 W/cm 2;

Nízkointenzívne lasery sú tie, ktoré nespôsobujú citeľný deštruktívny účinok na tkanivo priamo pri ožarovaní. Vo viditeľnej a ultrafialovej oblasti spektra sú ich účinky spôsobené fotochemickými reakciami a nelíšia sa od účinkov spôsobených monochromatickým svetlom prijímaným z bežných, nekoherentných zdrojov. V týchto prípadoch sú lasery jednoducho vhodné monochromatické zdroje svetla, ktoré poskytujú presnú lokalizáciu a dávkovanie expozície. Príklady zahŕňajú použitie héliovo-neónového laserového svetla na liečbu trofických vredov, ischemickej choroby srdca atď., ako aj kryptónových a iných laserov na fotochemické poškodenie nádorov vo fotodynamickej terapii.

Kvalitatívne nové javy sa pozorujú pri použití viditeľného alebo ultrafialového žiarenia z laserov s vysokou intenzitou. Pri laboratórnych fotochemických pokusoch s konvenčnými svetelnými zdrojmi, ako aj v prírode pod vplyvom slnečného žiarenia zvyčajne dochádza k jednofotónovej absorpcii. Toto hovorí druhý zákon fotochémie, ktorý sformulovali Stark a Einstein: každá molekula zúčastňujúca sa chemickej reakcie pod vplyvom svetla pohltí jedno kvantum žiarenia, ktoré reakciu vyvolá. Jednofotónový charakter absorpcie opísaný druhým zákonom je splnený, pretože pri bežných svetelných intenzitách je prakticky nemožné, aby dva fotóny súčasne vstúpili do molekuly v základnom stave. Ak by k takejto udalosti došlo, výraz by mal formu:

2hv = Et-Ek,

čo by znamenalo súčet energie dvoch fotónov pre prechod molekuly z energetického stavu E k do stavu s energiou E g Nedochádza ani k absorpcii fotónov elektronicky excitovanými molekulami, keďže ich životnosť je krátka a obvykle používané intenzity ožarovania sú nízke. Preto je koncentrácia elektronicky excitovaných molekúl nízka a ich absorpcia iného fotónu je extrémne nepravdepodobná.

Ak sa však intenzita svetla zvýši, je možná dvojfotónová absorpcia. Napríklad ožarovanie roztokov DNA vysokointenzívnym pulzným laserovým žiarením s vlnovou dĺžkou asi 266 nm viedlo k ionizácii molekúl DNA podobnej tej, ktorú spôsobuje y-žiarenie. Vystavenie ultrafialovému žiareniu nízkej intenzity nespôsobilo ionizáciu. Zistilo sa, že ožarovanie vodných roztokov nukleových kyselín alebo ich báz pikosekundovými (trvanie impulzu 30 ps) alebo nanosekundovými (10 ns) impulzmi s intenzitami nad 10 6 W/cm 2 viedlo k elektrónovým prechodom vedúcim k ionizácii molekúl. Pri pikosekundových impulzoch (obr. 4, a) došlo k populácii vysokých elektronických úrovní podľa schémy (S 0 -> S1 -> S n) a pri nanosekundových impulzoch hv hv (obr. 4, b) - podľa schémy schému (So -> S1 - Tg -> Tp). V oboch prípadoch molekuly dostali energiu prevyšujúcu ionizačnú energiu.

Absorpčný pás DNA sa nachádza v ultrafialovej oblasti spektra pri< 315 нм, видимый свет нуклеиновые кислоты совсем не поглощают. Однако воздействие высокоинтенсивным лазерным излучением около 532 нм переводит ДНК в электронно-возбужденное состояние за счет суммирования энергии двух фотонов (рис. 5).

Absorpcia akéhokoľvek žiarenia vedie k uvoľneniu určitého množstva energie vo forme tepla, ktoré sa odvádza z excitovaných molekúl do okolitého priestoru. Infračervené žiarenie je absorbované hlavne vodou a spôsobuje najmä tepelné účinky. Preto žiarenie vysokointenzívnych infračervených laserov spôsobuje znateľný okamžitý tepelný efekt na tkanivo. Pod tepelným účinkom laserového žiarenia sa v medicíne rozumie najmä vyparovanie (rezanie) a koagulácia biologických tkanív. Týka sa to rôznych laserov s intenzitami od 1 do 10 7 W/cm 2 a s trvaním ožiarenia od milisekúnd po niekoľko sekúnd. Patria sem napríklad CO 2 plynový laser (s vlnovou dĺžkou 10,6 μm), Nd:YAG laser (1,064 μm) a iné. Nd:YAG laser je najpoužívanejší pevnolátkový štvorúrovňový laser. Generovanie sa uskutočňuje na prechodoch neodýmových iónov (Nd 3+) zavedených do kryštálov Y 3 Al 5 0 12 ytria hliníkového granátu (YAG).

Spolu so zahrievaním tkaniva sa časť tepla odoberá v dôsledku tepelnej vodivosti a prietoku krvi. Pri teplotách pod 40 °C nie je pozorované nezvratné poškodenie. Pri teplote 60 °C začína denaturácia bielkovín, koagulácia tkaniva a nekróza. Pri 100-150 °C dochádza k dehydratácii a zuhoľnateniu, pri teplotách nad 300 °C sa tkanivo vyparí.

Keď žiarenie pochádza z vysoko intenzívneho zaostreného lasera, množstvo generovaného tepla je veľké a vytvára teplotný gradient v tkanive. V mieste dopadu lúča sa tkanivo vyparí a v priľahlých oblastiach nastáva zuhoľnatenie a koagulácia (obr. 6). Fotoodparovanie je metóda odstraňovania alebo rezania tkaniva vrstva po vrstve. V dôsledku koagulácie sa cievy utesnia a krvácanie sa zastaví. Ako chirurgický skalpel na rezanie biologických tkanív sa teda používa zaostrený lúč kontinuálneho CO 2 lasera () s výkonom asi 2 10 3 W/cm 2 .

Ak skrátite trvanie expozície (10 - 10 s) a zvýšite intenzitu (nad 10 6 W/cm 2), potom budú veľkosti zón zuhoľnatenia a koagulácie zanedbateľné. Tento proces sa nazýva fotoablácia (fotoodstránenie) a používa sa na odstránenie tkaniva vrstvu po vrstve. Fotoablácia nastáva pri hustote energie 0,01-100 J/cm2.

S ďalším zvýšením intenzity (10 W/cm a viac) je možný ďalší proces - „optický rozpad“. Tento jav spočíva v tom, že v dôsledku veľmi vysokej intenzity elektrického poľa laserového žiarenia (porovnateľnej so silou vnútroatómových elektrických polí) sa hmota ionizuje, vytvára sa plazma a vznikajú mechanické rázové vlny. Optický rozklad nevyžaduje absorpciu svetelných kvánt látkou v bežnom zmysle, pozorujeme ho v transparentných prostrediach, napríklad vo vzduchu.

2 HLAVNÉ SMERY A CIELE MEDICÍNSKEHO A BIOLOGICKÉHO POUŽITIA LASEROV

Moderné oblasti medicínskej a biologickej aplikácie laserov možno rozdeliť do dvoch hlavných skupín. Prvou je využitie laserového žiarenia ako výskumného nástroja. V tomto prípade plní laser úlohu unikátneho svetelného zdroja pre spektrálne štúdie, laserovú mikroskopiu, holografiu atď. Druhou skupinou sú hlavné spôsoby využitia laserov ako nástroja na ovplyvňovanie biologických objektov. Možno rozlíšiť tri typy takéhoto vplyvu.

Prvým typom je dopad na tkanivo patologického ložiska pulzným alebo kontinuálnym laserovým žiarením s hustotou výkonu rádovo 10 5 W/m 2 , ktoré je nedostatočné na hĺbkovú dehydratáciu, odparovanie tkanív a vznik defektu. v nich. Tomuto typu ožiarenia zodpovedá najmä použitie laserov v dermatológii a onkológii na ožarovanie patologických tkanivových útvarov, čo vedie k ich zrážaniu. Druhým typom je disekcia tkaniva, kedy pod vplyvom laserového žiarenia kontinuálneho alebo frekvenčne periodického (pulzy, ktoré nasledujú s vysokou frekvenciou) pôsobenia sa časť tkaniva vyparí a objaví sa v ňom defekt. V tomto prípade môže hustota výkonu žiarenia prekročiť hustotu použitú pri koagulácii o dva rády (107 W/m2) alebo viac. Tento typ nárazu zodpovedá použitiu laserov v chirurgii. Tretím typom je pôsobenie na tkanivá a orgány nízkoenergetického žiarenia (jednotky alebo desiatky wattov na meter štvorcový), ktoré zvyčajne nespôsobuje zjavné morfologické zmeny, ale vedie k určitým biochemickým a fyziologickým zmenám v organizme, t.j. fyzioterapeutického typu. Tento typ by mal zahŕňať použitie hélium-neónového lasera na účely biostimulácie pri pomalých procesoch rán, trofických vredoch atď.

Úloha študovať mechanizmus biologického pôsobenia laserového žiarenia spočíva v štúdiu procesov, ktoré sú základom integrálnych účinkov spôsobených ožiarením: koagulácia tkaniva, disekcia, biostimulačné zmeny v tele.

3 FYZIKÁLNE ZÁKLADY APLIKÁCIE LASEROV V LEKÁRSKEJ PRAXI

Princíp činnosti laserov je založený na kvantových mechanických procesoch vyskytujúcich sa v objeme pracovného média žiariča, ktoré sú vysvetlené kvantovou elektronikou - oblasťou fyziky, ktorá študuje interakciu elektromagnetického žiarenia s elektrónmi, ktoré tvoria atómy a molekuly. pracovného média.

Podľa princípov kvantovej elektroniky sa každý atómový systém počas svojho vnútorného pohybu nachádza v stavoch s určitými energetickými hodnotami, nazývanými kvantové, t.j. má striktne definované (diskrétne) energetické hodnoty. Súbor týchto energetických hodnôt tvorí energetické spektrum atómového systému.

Pri absencii vonkajšieho budenia má atómový systém tendenciu do stavu, v ktorom je jeho vnútorná energia minimálna. Pri vonkajšej excitácii je prechod atómu do stavov s vyššou energiou sprevádzaný absorpciou časti energie rovnajúcej sa rozdielu medzi energiami koncového Et a počiatočného E„ stavu. Tento proces je napísaný takto:

Em - E n = nV mn, (1)

kde V mn je frekvencia prechodu zo stavu n do stavu m; h je Planckova konštanta.

Priemerná dĺžka zotrvania (životnosti) atómu v excitovanom stave je spravidla malá a excitovaný atóm spontánne (spontánne) prejde do stavu s nižšou energiou, pričom vyžaruje svetelné kvantum (fotón) s energiou určenou vzorcom ( 1). Pri spontánnych prechodoch vyžarujú atómy kvantá svetla chaoticky, nie sú navzájom prepojené. Rozptyľujú sa rovnomerne vo všetkých smeroch. Proces spontánnych prechodov sa pozoruje pri žiare vyhrievaných telies, napríklad žiaroviek atď. Takéto žiarenie je nemonochromatické.

Pri interakcii excitovaného atómu s vonkajším žiarením, ktorého frekvencia zodpovedá frekvencii prechodu atómu zo stavu s vyššou energiou do stavu s nižšou energiou, existuje pravdepodobnosť (čím väčšia je intenzita vonkajšieho žiarenia), že tento vonkajšie žiarenie prenesie atóm do stavu s nižšou energiou. V tomto prípade atóm vyžaruje kvantum svetla, ktoré má rovnakú frekvenciu v mn, fázu, smer šírenia a polarizáciu ako kvantum svetla vonkajšieho žiarenia vynucujúceho tento prechod.

Takéto prechody sa nazývajú vynútené (indukované). Je to prítomnosť stimulovanej emisie, ktorá umožňuje generovať koherentné žiarenie v optických kvantových laserových generátoroch.

Uvažujme teraz, čo sa stane, keď sa svetlo šíri systémom, v ktorom sú atómy s energiami E m a E n (pre definitívnosť vezmime E m > En). Počet atómov s energiou E ha budeme označovať N m a počet atómov s energiou E n -N„. Čísla N m a N„ sa zvyčajne nazývajú populáciou hladín s energiami E w a E p.

V prirodzených podmienkach je pri akejkoľvek teplote menej častíc na vyššej energetickej úrovni ako na nižšej. Preto je a pre každé zahrievané teleso záporné množstvo a podľa vzorca (2) je šírenie svetla v látke sprevádzané jeho zoslabovaním. Na zosilnenie svetla je potrebné mať N m >N n . Tento stav hmoty sa nazýva stav s populačnou inverziou. V tomto prípade je šírenie svetla látkou sprevádzané jeho zosilňovaním v dôsledku energie excitovaných atómov.

Pre proces zosilňovania žiarenia je teda potrebné zabezpečiť, aby populácia hornej prechodovej úrovne prevyšovala spodnú.

Ak chcete vytvoriť inverziu populácie, použite rôznymi spôsobmi, ktorá spočíva v použití externého zdroja budenia.

Atómový systém s inverziou populácie sa zvyčajne nazýva aktívne médium. Na získanie generovania žiarenia je potrebné vyriešiť problém spätnej väzby. Aktívne médium je umiestnené v optickom rezonátore, ktorý v najjednoduchšom prípade pozostáva z dvoch vzájomne rovnobežných plochých zrkadiel ohraničujúcich aktívne médium na dvoch protiľahlých stranách. V tomto prípade jedno zo zrkadiel rezonátora čiastočne prepúšťa laserové žiarenie a cez neho vychádza žiarenie z rezonátora a druhé zrkadlo úplne odráža žiarenie naň dopadajúce.

Proces vývoja generácie v rezonátore je uvedený v nasledujúcej forme. Po vytvorení populačnej inverzie v pracovnom prostredí externým zdrojom budenia sa na vývoji procesu generovania bude podieľať len žiarenie, ktoré sa šíri pozdĺž osi rezonátora. Toto žiarenie, ktoré dosiahne povrch plne odrážajúceho zrkadla rezonátora a odrazí sa od neho, opäť vstupuje do aktívneho média a šíri sa v ňom a je zosilnené v dôsledku nútených prechodov. Po odraze od čiastočne odrážajúceho zrkadla rezonátora sa časť zosilneného žiarenia vracia do aktívneho prostredia a opäť sa zosilňuje a časť žiarenia opúšťa rezonátor. Ďalej sa tieto procesy mnohokrát opakujú, pokiaľ existuje vonkajší zdroj excitácie atómového systému.

Aby bol proces generovania žiarenia stabilný, je potrebné, aby zisk žiarenia v aktívnom prostredí počas dvojitého prechodu v rezonátore bol rovnaký alebo väčší ako celková strata žiarenia pozdĺž tej istej dráhy. IN celkové straty zahŕňa straty v aktívnom prostredí a žiarenie, ktoré vychádza z rezonátora cez čiastočne odrážajúce zrkadlo.

V moderných laseroch môže uhol divergencie (9) laserového lúča dosiahnuť hranicu difrakcie a môže sa pohybovať rádovo od niekoľkých oblúkových sekúnd až po desiatky oblúkových minút.

Výkon laserového žiarenia odvádzaného z jednotkového objemu aktívneho média je v konečnom dôsledku určený výkonom externého zdroja budenia dodávaného do jednotkového objemu aktívneho média. Maximálny celkový výkon (energia) laserového žiarenia je v pomerne širokom rozsahu úmerný objemu aktívneho média a maximálnemu výkonu (energii) zdroja vonkajšieho budenia (čerpania).

Hlavnými znakmi laserového žiarenia, ktoré ho predurčujú na využitie v rôznych oblastiach medicíny, sú vysoká smerovosť, monochromatickosť a energetická náročnosť.

Vysoká smerovosť laserového žiarenia sa vyznačuje tým, že uhlová divergencia jeho lúča vo voľnom priestore dosahuje hodnoty merané v desiatkach oblúkových sekúnd. Vďaka tomu je možné prenášať laserové žiarenie v lúči na značné vzdialenosti bez výrazného zväčšenia jeho priemeru. Vysoká monochromatickosť a smerovosť pulzného aj kontinuálneho laserového žiarenia umožňuje jeho zaostrenie do bodov úmerných vlnovej dĺžke samotného laserového žiarenia. Takéto ostré zaostrenie umožňuje ožarovať medicínske a biologické predmety na bunkovej úrovni. Okrem toho takéto zaostrenie umožňuje získať požadovaný terapeutický účinok s nízkymi energiami laserového žiarenia. Posledne menovaný je obzvlášť dôležitý pri použití laserového žiarenia na spracovanie biologických objektov citlivých na svetlo.

2. Uhol divergencie laserového lúča (6).

1 - nepriehľadné zrkadlo, 2 - priesvitné zrkadlo, 3 - laserový svetelný lúč.

Použitie ostrého zaostrovania pri vysokých výkonoch a energiách žiarenia umožňuje odparovanie a rezanie biologického tkaniva, čo viedlo k použitiu laserov v chirurgii.

Pre objekty, ktoré sú necitlivé na svetlo (zhubné nádory), je možné ožarovanie silným žiarením na veľké plochy.

Vo všetkých prípadoch povaha účinku laserového žiarenia na biologické tkanivo závisí od vlnovej dĺžky, hustoty výkonu a režimu žiarenia – kontinuálneho alebo pulzného.

Žiarenie v červenej a infračervenej oblasti spektra, keď je absorbované biologickými tkanivami, sa premieňa na teplo, ktoré môže byť vynaložené na odparovanie látky, generovanie akustických vibrácií a vyvolávanie biochemických reakcií.

Žiarenie vo viditeľnej oblasti spektra okrem tepelných účinkov poskytuje podmienky na stimuláciu fotochemických reakcií. Klinicky spoľahlivý efekt má teda použitie žiarenia s nízkou intenzitou z hélium-neónového lasera (vlnová dĺžka žiarenia 0,63 mikrónu), čo vedie k urýchlenému hojeniu trofických a hnisavých rán, vredov a pod. Mechanizmus účinku tohto typu žiarenia nebola úplne preskúmaná. Niet pochýb o tom, že výskum v tomto smere prispeje k efektívnejšiemu a zmysluplnejšiemu využívaniu tohto typu žiarenia v klinickej praxi.

Pri použití laserov pracujúcich v režime kontinuálneho žiarenia prevláda tepelný efekt, ktorý sa prejavuje pri stredných výkonových hladinách koagulačným efektom, pri vysokých výkonoch vyparovacím efektom biologického tkaniva.

V pulznom režime je účinok žiarenia na biologické objekty zložitejší. Interakcia žiarenia so živým tkanivom je tu explozívneho charakteru a je sprevádzaná jednak tepelnými (koagulačnými, vyparovacími) účinkami, jednak tvorbou kompresných a redakčných vĺn v biologickom tkanive, šíriacich sa hlboko do biologického tkaniva. Pri vysokých hustotách výkonu je možná ionizácia atómov biologického tkaniva.

Rozdiel v parametroch laserového žiarenia teda vedie k rozdielu v mechanizme a výsledkoch interakcie, čo poskytuje laserom široké pole pôsobnosti na riešenie rôznych medicínskych problémov.

V súčasnosti sa lasery používajú v takých oblastiach medicíny, ako je chirurgia, onkológia, oftalmológia, terapia, gynekológia, urológia, neurochirurgia, ako aj na diagnostické účely.

V chirurgii našiel laserový lúč široké využitie ako univerzálny skalpel, ktorý svojimi reznými a hemostatickými vlastnosťami prevyšuje elektrický nôž. Mechanizmus interakcie laserového skalpelu s biologickými tkanivami je charakterizovaný nasledujúcimi znakmi.

1. Absencia priameho mechanického kontaktu nástroja s biologickým tkanivom, eliminácia rizika infekcie operovaných orgánov a zabezpečenie vykonávania operácie na voľnom operačnom poli.

2. Hemostatický účinok žiarenia, ktorý umožňuje získať prakticky bezkrvné rezy a zastaviť krvácanie z krvácajúcich tkanív.

3. Vnútorný sterilizačný účinok žiarenia, ktorý je aktívna látka boj proti infekcii rany, ktorá zabraňuje komplikáciám v pooperačnom období.

4. Schopnosť kontrolovať parametre laserového žiarenia, čo umožňuje získať rôzne efekty pri interakcii žiarenia s biologickými tkanivami.

5. Minimálny vplyv na blízke tkanivá.

Rôznorodosť problémov v chirurgii si vyžiadala komplexné štúdium možností využitia laserov s rôzne parametre a režimy žiarenia.

V chirurgii sa ako svetelný skalpel najviac používajú plynové lasery na oxid uhličitý (vlnová dĺžka žiarenia 10,6 μm), pracujúce v pulznom a kontinuálnom režime s výkonom žiarenia do 100 W.

Mechanizmus pôsobenia CO 2 laserového žiarenia je zahrievanie biologického tkaniva v dôsledku jeho silnej absorpcie laserového žiarenia. Hĺbka prieniku tohto žiarenia nepresahuje 50 mikrónov. V závislosti od hustoty výkonu žiarenia sa jeho účinok prejavuje v účinkoch rezania alebo povrchovej koagulácie biologického tkaniva.

Tkanivo je rezané zaostreným laserovým lúčom kvôli jeho odparovaniu po vrstvách. Objemová hustota výkonu dosahuje niekoľko stoviek kilowattov na 1 cm 3 . Povrchová koagulácia tkaniva sa dosiahne jeho vystavením rozostrenému laserovému žiareniu pri objemových hustotách rádovo niekoľko stoviek wattov na 1 cm 3 .

S výkonom laserového žiarenia 20 W, priemerom zaostreného laserového lúča 1 mm (hustota povrchového výkonu 2,5 kW/cm 2 ) a hĺbkou prieniku žiarenia 50 μm dosahuje objemová hustota výkonu laserového žiarenia používaného na ohrev biologického tkaniva 500 kW/cm3. Takáto extrémne vysoká objemová hustota výkonu laserového žiarenia zaisťuje rýchle zahrievanie a deštrukciu biologického tkaniva v oblasti pôsobenia laserového lúča. V tomto prípade sa biotkanivo najskôr rozkladá odparovaním kvapaliny a karbonizáciou pevných fáz. Úplná karbonizácia biologického tkaniva sa pozoruje v teplotnom rozmedzí 200-220 °C. Karbonizovaná kostra biologického tkaniva existuje až do teplôt 400-450 °C a pri ďalšom zvyšovaní teploty vyhorí. Pri horení karbonizovaného rámu je teplota plynných produktov spaľovania 800-1000 °C.

Hĺbka rezu je určená rýchlosťou, ktorou sa hranice vrstvy deštrukcie biologického tkaniva hlbšie do nej posúvajú. V tomto prípade rýchlosť pohybu špecifikovanej hranice závisí od rýchlosti pohybu zaostrovacieho bodu laserového lúča pozdĺž línie rezu. Čím nižšia je rýchlosť pohybu zaostrovacieho bodu pozdĺž línie rezu, tým väčšia je hĺbka rezu a naopak.

Na rozdiel od žiarenia s = 10,6 μm má žiarenie YAG-Nd lasera rádovo väčšiu hĺbku prieniku do biologických tkanív, čo je nepochybne priaznivý faktor pre koaguláciu veľkých ciev pri masívnom krvácaní, ako aj pre deštrukciu hlboko ležiacich nádorov.

Žiarenie YAG-Nd lasera má teda výrazný koagulačný účinok (rezací účinok žiarenia tohto lasera je výrazne nižší ako u CO2 lasera), čo určuje oblasť jeho praktického použitia.

4 OCHRANNÉ OPATRENIA PRED LASEROVÝM ŽIARENÍM

Pri práci s laserovými systémami predstavuje nekontrolované priame a rozptýlené laserové žiarenie potenciálne nebezpečenstvo pre ľudský organizmus (pacient, zdravotnícky personál). Predstavuje najväčšie nebezpečenstvo pre zrak operátora pracujúceho s laserovým systémom. Rozptýlené infračervené laserové žiarenie kontinuálnych laserov s oxidom uhličitým z inštalácií Scalpel-1, Romashka-1 a Romashka-2 je však úplne zadržané vrstvami slznej tekutiny a rohovky oka a nedosahuje fundus. . Keďže hĺbka prieniku laserového žiarenia nepresahuje 50 mikrónov, asi 70 % jeho energie pohltí slzná tekutina a asi 30 % rohovka.

Žiarenie vysokej intenzity z lasera na oxid uhličitý, najmä ak je zaostrené, môže spôsobiť lokálne popáleniny pokožky exponovaných častí tela – rúk, tváre. Dopad laserového žiarenia na ľudský organizmus sa neprejaví len vtedy, keď je intenzita žiarenia pod bezpečnou úrovňou, ktorá je pre kontinuálny oxid uhličitý laser 0,1 W/cm 2 pre oči. Je známe, že v klinickom prostredí sa na dosiahnutie požadovaného klinického účinku používajú úrovne priameho ožiarenia, ktoré sú stovky a tisíckrát vyššie ako bezpečná úroveň, preto je pri práci s laserovými systémami oxidu uhličitého potrebné dodržiavať určité ochranné Opatrenia.

V miestnosti, kde sa vykonávajú operácie pomocou laseru na oxid uhličitý, je vhodné obložiť steny a strop materiálom s minimálnou odrazivosťou a umiestniť zariadenia a prístroje s hladkým lesklým povrchom tak, aby za žiadnych okolností nemohli byť zasiahnuté priamym lúčom alebo ich blokovanie od obrazoviek s matnými tmavými povrchmi. Pred vstupom do miestnosti, v ktorej sa inštalácia nachádza, musí byť nainštalovaná svetelná tabuľa („Nevstupovať“__„Laser zapnutý“), ktorá sa rozsvieti počas prevádzky lasera.

Ochranu očí pacientov a personálu pred priamym alebo odrazeným žiarením oxidu uhličitého lasera spoľahlivo zaručia okuliare z bežného optického skla. Je žiaduce, aby okuliare boli vyrobené tak, aby bola vylúčená možnosť preniknutia laserového žiarenia cez medzery medzi rámom a tvárou a aby bolo zabezpečené široké zorné pole. Okuliare sa nosia len počas vystúpenia laserový stupeň chirurgický zákrok, aby sa zabránilo priamemu vplyvu laserového žiarenia na oči.

Pri práci s laserovými systémami na báze oxidu uhličitého zvyšuje používanie laserových chirurgických nástrojov riziko poškodenia pokožky rúk a tváre chirurga odrazom laserového lúča od nástrojov. Toto nebezpečenstvo sa výrazne zníži pri použití nástrojov, ktoré majú špeciálne „sčernenie“. „Sčernené“ prístroje absorbujú asi 90 % laserového žiarenia, ktoré na ne dopadá s vlnovou dĺžkou 10,6 mikrónov. Laserový lúč môžu odrážať aj iné nástroje - retraktory, hemostatické kliešte, pinzety, zošívačky. Do rúk skúseného chirurga však akékoľvek chirurgická intervencia možno vykonať bez nasmerovania laserového lúča na tieto nástroje. Pri priamom nasmerovanom laserovom žiarení hrozí aj vznietenie chirurgického materiálu, obrúskov, prestieradiel a pod., preto je pri práci s ním potrebné použiť mäkký materiál namočený v izotonickom roztoku chloridu sodného v oblasti zamýšľané laserové ošetrenie._ Odporúča sa aj v čase vykonávania Počas laserovej fázy operácie odstráňte z oblasti laserového žiarenia prístroje a nástroje vyrobené z plastov, ktoré sa môžu vznietiť pri vysokých teplotách.

Netreba zabúdať ani na to, že laserový stroj je tiež zariadenie, ktoré využíva elektrickú energiu. V tomto ohľade je pri práci s ním potrebné dodržiavať pravidlá elektrickej bezpečnosti, ktoré sa dodržiavajú pri prevádzke spotrebných elektrických inštalácií.

Personál pracujúci s laserovými systémami musí prejsť špeciálnym školením a mať príslušnú kvalifikáciu. Všetky osoby pracujúce s laserovým žiarením sa musia pravidelne, aspoň raz ročne, podrobiť lekárskej prehliadke vrátane vyšetrenia u očného lekára, terapeuta a neurológa. Okrem toho je potrebný klinický krvný test na kontrolu hladiny hemoglobínu, počtu leukocytov a leukocytového vzorca. Robia sa aj základné pečeňové testy.

Pri starostlivom dodržiavaní vyššie uvedených pravidiel existuje riziko poškodenia orgánov, tkanív a biologického prostredia Ľudské telo prakticky chýba. Za 10 rokov práce s rôznymi laserovými inštaláciami, ktoré celkovo vykonali niekoľko tisíc rôznych operácií, sme teda nezaznamenali ani jeden prípad poškodenia zraku a kože laserovým žiarením, ako aj zmeny zdravotného stavu. niektorého zo zamestnancov inštitúcie, súvisiace s prácou na laserových inštaláciách.

5 PRENIKNUTIE LASEROVÉHO ŽIARENIA DO BIOLOGICKÉHO TKANIVA

Zákony upravujúce prenikanie žiarenia do tkanív priamo súvisia s problémom mechanizmu biologického pôsobenia laserového žiarenia. Jedným z dôvodov, prečo žiarenie preniká do obmedzenej hĺbky, je pohlcovanie laserového žiarenia biologickými tkanivami, ktoré je až na vzácne výnimky obligátnym počiatočným článkom, ktorý predchádza reťazcu zmien vznikajúcich v ožarovanom organizme. Hĺbka prieniku laserového žiarenia do tkaniva je z praktického hľadiska veľmi dôležitá, pretože je jedným z faktorov, ktorý určuje limity možného využitia laserov na klinike.

Absorpcia nie je jediným procesom, ktorý vedie k zoslabeniu laserového žiarenia pri jeho prechode biologickým tkanivom. Súčasne s pohlcovaním žiarenia prebieha množstvo ďalších fyzikálnych procesov, najmä odraz svetla od povrchu medzi dvoma prostrediami, lom pri prechode hranicou oddeľujúcou dve opticky odlišné prostredia, rozptyl svetla časticami tkaniva a pod. môžeme hovoriť o všeobecnom útlme žiarenia, zahŕňajúcom okrem absorpcie aj straty v dôsledku iných javov a o skutočnej absorpcii žiarenia. Pri absencii rozptylu je absorpcia v médiu charakterizovaná dvoma parametrami: absorpčnou kapacitou a hĺbkou absorpcie. Absorpčná kapacita je definovaná ako pomer energie absorbovanej v médiu k energii žiarenia dopadajúcej na povrch média. Tento pomer je vždy menší ako 1, keďže žiarenie ním čiastočne prechádza. Hĺbka absorpcie charakterizuje priestorové rozloženie absorbovanej energie v médiu. V najjednoduchšom prípade (exponenciálny rozpad svetla v látke) sa rovná vzdialenosti, pri ktorej sa výkon žiarenia zníži o faktor 2,718 vzhľadom na výkon žiarenia na povrchu média. Prevrátená hodnota hĺbky absorpcie sa nazýva koeficient absorpcie. Má rozmer cm -1. Ak spolu s absorpciou dôjde k rozptylu svetla, potom vzdialenosť, na ktorú sa v dôsledku kombinovaného pôsobenia týchto procesov žiarenie zoslabne faktorom, je hĺbka útlmu alebo prieniku žiarenia a jej prevrátená hodnota je koeficient útlmu, ktorý má tiež rozmer cm -1.

Keď teoreticky uvažujeme o absorpcii laserového žiarenia tkanivami, pre zjednodušenie problému možno predpokladať, že žiarenie je rovinná vlna dopadajúca na rovný povrch objektu a koeficient absorpcie v celej ožiarenej oblasti je rovnaký a nie je závisí od intenzity svetla. V tomto prípade bude energia žiarenia (výkon) klesať exponenciálne s rastúcou hĺbkou a jej rozdelenie je vyjadrené rovnicou:

P=P 0 exp (1)

kde P je výkon žiarenia v hĺbke; Po je sila žiarenia dopadajúceho na povrch tkaniva; - absorpčný koeficient tkaniva (zanedbávame straty odrazom svetla od tkaniva).

V reálnych podmienkach pri ožarovaní biologických objektov dochádza k narušeniu tohto jednoduchého vzťahu medzi hrúbkou vrstvy tkaniva a množstvom absorbovanej energie, napríklad v dôsledku rozdielov v absorpčných koeficientoch rôznych úsekov ožarovaného tkaniva. Absorpčný koeficient melanínových granúl v sietnici je teda 1000-krát väčší ako koeficient okolitého tkaniva. Vzhľadom na to, že absorpcia svetla je molekulárny proces, ktorý v konečnom dôsledku závisí od koncentrácie molekúl absorbujúcich žiarenie, množstvo absorpcie na bunkovej a subcelulárnej úrovni sa môže výrazne líšiť dokonca aj od organely k organele. Nakoniec, absorpcia je funkciou vlnovej dĺžky, preto sa absorpčný koeficient pre lasery emitujúce v rôznych oblastiach spektra značne líši.

V mnohých skorých štúdiách bola hodnota absorpcie biologických tkanív posudzovaná na základe výsledkov meraní ich priepustnosti svetla. Vo väčšine prípadov sa experimenty uskutočnili s rubínovými a neodýmovými lasermi. Pri ožarovaní myší rubínovým laserom sa teda zistilo, že 45 až 60 % energie preniká cez kožu a 20 až 30 % cez kožu a svaly pod ňou. Vývoju metódy na stanovenie koeficientov priepustnosti a odrazu tkanív sa venoval výskum G. G. Shamaeva et al. Údaje získané touto metódou pri ožarovaní potkanov neodýmovým laserom boli použité na výpočet koeficientu absorpcie kože 9,9 cm-1.

L.I. Derlemenko (1969), M.I. a kol. Pri ožarovaní svalov prešlo 27-32% žiarenia cez vrstvu tkaniva s hrúbkou 1 mm a 20-23% cez pečeň. Pre vrstvy látky s hrúbkou 6 mm boli tieto hodnoty 3 a 1,5 %.

Prezentované údaje demonštrujú závislosť absorpcie laserového žiarenia od stupňa zafarbenia tkaniva: bohato pigmentované tkanivo absorbuje žiarenie intenzívnejšie ako svalové tkanivo. Rovnaký vzorec bol zrejmý v experimentoch s ožarovaním rôznych nádorov u zvierat rubínovým a neodýmovým laserom. Najväčšia absorpcia je typická pre melanómy kvôli prítomnosti melanínu v nich.

A. M. Urazaev a kol. (1978) porovnávali stupeň zoslabenia žiarenia héliovo-neónových (vlnová dĺžka 632,8 nm) a argónových (488 nm) laserov pri prechode rôznymi časťami tela živých depilovaných potkanov alebo prípravkami pripravenými z tzv. orgány upchatých zvierat. Prenesené žiarenie sa meralo pomocou fotobunky a získané údaje sa použili na výpočet hĺbky prieniku laserového žiarenia. Takmer vo všetkých variantoch experimentu prenikalo žiarenie z červenej oblasti spektra do väčšej hĺbky ako modrozelenej a tento rozdiel bol najvýraznejší pri prechode cez intenzívne vaskularizované orgány s bohatým zásobením krvou.

Porovnanie hĺbky prieniku dusíkového (vlnová dĺžka 337,1 nm), hélium-kadmiového (441,6 nm) a hélium-neónového (632,8 nm) lasera do biologických tkanív bolo uskutočnené v sérii štúdií iných autorov. Merania sa robili na úsekoch rôzne orgány myši s použitím dvoch metód; pomocou fotometrickej gule alebo svetelnej sondy. V prvom prípade boli koeficient odrazu a koeficient útlmu laserového žiarenia v tkanive stanovené fotometricky a ten umožnil vypočítať hĺbku prieniku žiarenia; v druhom bol do vzorky ožiareného tkaniva na opačnej strane laserového lúča koaxiálne vložený tenký (priemer 0,75 mm) sklenený svetlovod spojený s fotonásobičom. Posunutím hrotu svetlovodu do rôznych známych vzdialeností od miesta dopadu lúča na povrch tkaniva a meraním hustoty svetelného toku sa získali krivky rozloženia intenzity laserového žiarenia v tkanive a bola určená hĺbka jeho prieniku.

Obe použité metódy poskytli podobné výsledky. Najväčšiu penetračnú silu malo žiarenie z hélium-neónového lasera a najmenšiu malo hélium-kadmiový laser. Vo všetkých prípadoch hĺbka prieniku nepresiahla 2-2,5 mm.

Zaujímavý problém vyvolali experimenty V. A. Dubrovského a O. G. Astafieva (1979), v ktorých porovnávali absorpciu červeného žiarenia krvným hemolyzátom s rôznymi fyzikálnymi vlastnosťami: polarizované koherentné žiarenie hélium-neónového lasera; polarizované nekoherentné žiarenie zo žiarovky, prechádzajúce cez polaroid a spektrálne filtre; nepolarizované a nekoherentné žiarenie zo žiarovky, prešlo len cez spektrálne filtre. Zistilo sa, že priestorová koherencia neovplyvňuje absorpciu. Je silne ovplyvnené šírkou spektra a polarizačnými vlastnosťami žiarenia: polarizované žiarenie je absorbované menej aktívne ako nepolarizované žiarenie.

Spolu s uvedenými údajmi o absorpcii žiarenia biologickými tkanivami z laserov, ktoré generujú blízke ultrafialové (dusík), viditeľné (hélium-kadmium, argón, hélium-neón, rubín) a blízke infračervené (neodym) spektrálne oblasti, prakticky dôležitá je informácia o absorpcii žiarenia CO3 lasera, vznikajúceho v infračervenej oblasti pri vlnovej dĺžke 10 600 nm. Keďže toto žiarenie je intenzívne absorbované vodou a tá tvorí asi 80 % hmoty väčšiny buniek, pri vystavení biologických tkanív CO2 laserovému žiareniu je takmer úplne absorbované povrchovými vrstvami buniek.

Ako bolo uvedené vyššie, prienik laserového žiarenia do hĺbky tkaniva je obmedzený nielen absorpciou, ale aj inými procesmi, najmä odrazom žiarenia od povrchu tkaniva. Podľa B. A. Kudrjašova (1976), s. D. Pletnev (1978) a iní, žiarenie laserov generujúcich v blízkej ultrafialovej a viditeľnej oblasti spektra (dusík, hélium-kadmium, argón, hélium-neón, rubín) odrazené bielou pokožkou ľudí a zvierat je 30 -40 %; pri infračervenom žiarení neodýmového lasera nie je táto hodnota oveľa menšia (20-35%) a pri vzdialenejšom infračervenom žiarení CO2 lasera klesá na približne 5%. hodnota svetelnej odrazivosti (633 nm) sa pohybuje od 0,18 (pečeň) do 0,60 (mozog)

V dôsledku útlmu laserového žiarenia nepresahuje hĺbka jeho prieniku do biologických tkanív niekoľko milimetrov a pri praktické uplatnenie lasery musia byť založené na týchto podmienkach. Spolu s prezentovanými materiálmi sú však známe údaje, ktoré nám umožňujú robiť optimistickejšie závery. Ide o to, že vo všetkých vyššie diskutovaných štúdiách bolo možné posúdiť úlohu rozptylu žiarenia hlboko v tkanive. Keď sa napríklad pomocou fotometrickej gule určovali koeficienty priepustnosti a odrazivosti vzorky tkaniva, zistený rozdiel v intenzite žiarenia dopadajúceho na povrch vzorky a prechádzajúceho cez ňu bol (mínus odrazené žiarenie) súčtom strát v dôsledku absorpcie a rozptylu a podiel každého z týchto procesov zostal neznámy. V inom prípade, keď bola intenzita žiarenia dosahujúca daný bod hlboko v tkanive meraná pomocou svetelnej sondy, jej koniec vnímal len žiarenie, ktoré dopadlo „spredu“ v tkanive je osvetlená zo všetkých strán žiarením rozptýleným časticami, ktoré ju obklopujú. V dôsledku toho sa pomocou tejto metódy získali podhodnotené ukazovatele rozloženia intenzity žiarenia v hĺbke, čo neumožňovalo brať do úvahy rozptýlené svetlo. Zároveň v intenzívne rozptýlených médiách, ako sú biologické tkanivá, je podiel rozptýleného žiarenia veľmi významný.

Zohľadnenie týchto ustanovení v sérii podrobných štúdií. Dougherty a kol. (1975, 1978) sa pokúsil určiť vplyv rozptylu svetla na hĺbku prieniku žiarenia do tkaniva. Autori pomocou fotobunky určili podiel svetelného žiarenia z xenónovej výbojky (zvýraznená oblasť 620-640 nm), ktoré prešlo cez rôzne hrubé rezy, ktoré boli získané z transplantovaného nádoru mliečnej žľazy myší resp. z ich normálnych tkanív. Získané hodnoty koeficientu priepustnosti svetla boli použité na výpočet koeficientov rozptylu (S) a absorpcie (K) zo vzťahov, ktoré stanovili P. Kubelka (1964) a F. Kottler (I960). Hodnoty získané pre nádorové tkanivo boli S = 13,5 a K = 0,04, čo ukazuje, že podiel rozptýleného svetla je oveľa väčší ako podiel absorbovaného svetla. ja

V druhej práci, vykonanej v roku 1978 tou istou skupinou výskumníkov, boli použité dve metódy, ktoré umožnili priamo experimentálne získať všetky hodnoty intenzity intersticiálneho svetla, a to ako tie, ktoré boli zistené bez zohľadnenia rozptylu, tak aj s ním. V prípade použitia jednej z metód bol do hĺbky čerstvo vyrezaného nádoru (potkania rabdomyoifóm) zavedený vláknový svetlovod s hrúbkou 0,8 mm a jeho koniec vyčnievajúci z tkaniva bol nasmerovaný 2 mW héliovo-neónovým laserovým lúčom. . Ďalší svetlovod pripojený k fotometru bol vložený z opačnej strany vzorky. Prvým uvedením svetlovodov do kontaktu a ich následným oddialením na známe vzdialenosti sa merala intenzita žiarenia prenášaného cez vrstvu tkaniva pevnej hrúbky. Rovnako ako v experimentoch opísaných vyššie, táto metóda neumožnila vziať do úvahy rozptýlené nie.

Druhá technika bola aktinometrická (fotochemická) a spočívala v zavedení niekoľkých kapilár s priemerom 1 mm naplnených roztokom fotosenzitívnej zmesi do nádorového tkaniva do určitej hĺbky. Potom sa ožiarením vzorky tkaniva svetlom známej intenzity pomocou žiarovky (vlnové dĺžky väčšie ako 600 nm) určilo množstvo produktu fotochemickej reakcie, ktoré bolo priamo úmerné intenzite svetla a bolo funkciou hĺbky trubíc. . Je zrejmé, že pri tomto experimentálnom návrhu bol priebeh reakcie ovplyvnený všetkým žiarením, ktoré sa dostalo do daného bodu hlboko v tkanive, vrátane rozptýleného svetla. Údaje uvedené na obr. 2 nám umožňujú porovnať výsledky získané pomocou týchto metód. Z grafu je zrejmé, že intenzita žiarenia v nádorovom tkanive v rovnakej hĺbke, stanovená aktinometrickou metódou, je výrazne vyššia ako intenzita stanovená pomocou technológie optických vlákien. Z krivky aktinometrických meraní je teda zrejmé, že v hĺbke 2 cm ešte preniká do tkaniva asi 8 % žiarenia, pričom podľa druhej krivky je táto hodnota menšia ako 0,1 % K.

Výrazná prevaha rozptylu viditeľného svetla pri prechode biologickými tkanivami nad absorpciou nám teda umožňuje dospieť k záveru, že schopnosť laserového žiarenia preniknúť do tkaniva je vyššia, ako sa všeobecne predpokladá. Ak zoberieme do úvahy možnosť dodania laserového žiarenia hlboko do tkanív pomocou vláknovej optiky a jeho následnú distribúciu po celom ožiarenom ložisku v dôsledku rozptylu, môžeme sa pokúsiť výrazne rozšíriť rozsah klinického využitia laserov.

6 PATOGENETICKÉ MECHANIZMY INTERAKCIE LASEROVÉHO ŽIARENIA S BIOLOGICKÝM TKANÍM

Monochromatickosť, prísna smerovosť, koherencia a schopnosť koncentrovať veľké množstvo energie na malých plochách umožňujú selektívne koagulovať, odparovať a rezať biologické tkanivá bez kontaktu, s dobrou hemostázou, sterilitou a ablasticitou.

Keď laserové žiarenie interaguje s biologickými tkanivami, pozoruje sa množstvo efektov: tepelné, spôsobené selektívnou absorpciou svetelných kvant, objavenie sa kompresných vĺn a elastického šoku v médiu, pôsobenie silných elektromagnetických polí, ktoré v niektorých prípadoch sprevádzajú laser žiarenie, ako aj množstvo ďalších efektov spôsobených optickými vlastnosťami samotného prostredia.

Keď laserové žiarenie ovplyvňuje tkanivo, je dôležitý stupeň jeho zaostrenia. Keď zaostrený laserový lúč prechádza živým tkanivom, intenzita žiarenia rýchlo klesá a svalové tkanivo v hĺbke 4 cm je len 1-2% počiatočnej energie. Stupeň a výsledok biologického účinku laserového žiarenia na rôzne bunky, tkanivá a orgány závisia nielen od charakteristík žiarenia (druh lasera, trvanie a hustota výkonu žiarenia, pulzová frekvencia a pod.), ale aj od fyzikálno-chemické a biologické vlastnosti ožarovaných tkanív alebo orgánov /(intenzita prietoku krvi, heterogenita, tepelná vodivosť, absorpcia a koeficient odrazu rôznych medziľahlých povrchov v médiu atď.). Vnútrobunkové zložky bunky sa ukázali byť najcitlivejšími a ľahko zničenými štruktúrami pod vplyvom laserového žiarenia.

Schopnosť sústrediť laserové žiarenie do úzkeho lúča viedla k vytvoreniu laserového skalpelu, ktorý umožňuje prakticky bezkrvné rezy v rôznych tkanivách. V súčasnosti sa nazbierali rozsiahle skúsenosti s využitím laserového žiarenia v experimentálnej a klinickej medicíne.

Hemostatické vlastnosti laserového žiarenia je možné zvýšiť použitím špeciálnych kompresných svoriek a laserových chirurgických nástrojov, ktoré zabezpečia krátkodobú kompresiu a odkrvenie tkaniva pozdĺž línie zamýšľaného rezu. Princíp dávkovanej kompresie tiež umožňuje výrazne znížiť množstvo tepelnej nekrózy tkaniva, pretože v podmienkach kompresie sa tepelná vodivosť tkanív výrazne zvyšuje. V tomto ohľade rovnaká hustota energie zaostreného laserového lúča umožňuje rýchlejšie rozrezať tkanivo pod tlakom, čo poskytuje lokálnu ischémiu tkaniva.

Použitie lasera v kombinácii so špeciálnymi prístrojmi zabezpečuje nielen disekciu tkanív, ale aj ich takzvané biologické zváranie. Účinok zvárania bunkových a tkanivových štruktúr zaznamenali výskumníci, ktorí použili laserový lúč na pitvu rôznych orgánov. Avšak len vytvorením špeciálneho laserového chirurgického zariadenia bolo možné naplno realizovať efekt biologického zvárania tkanív dutých orgánov pri ich disekcii. V ožiarenej oblasti je pozorovaná zvýšená absorpcia svetla v dôsledku väčšej optickej hustoty stlačených tkanív a viacnásobných odrazov svetla od vnútorných častí zariadenia, tvoriacich uzavretý priestor. „Zváranie“ tkanív dutých orgánov prebieha vrstvu po vrstve pozdĺž línie rezu v zóne lokálnej kompresie tkanív produkovaných týmito zariadeniami.

Morfologickým prejavom zmien, ktoré sú základom tohto javu, je koagulačná tepelná nekróza tkanív vystavených kompresii s vytvorením filmu koagulovaného tkaniva a bunkových prvkov pozdĺž okraja rezu, ktorý spája všetky anatomické vrstvy orgánu na rovnakej úrovni.

Dôsledkom premeny energie svetelného žiarenia na tepelnú energiu v sliznici je deformácia a skrátenie žliaz, zvrásnenie epitelových buniek s kompaktným usporiadaním ich jadier. Výsledné štruktúry pripomínajú „plot“. Vo svalovej vrstve sú morfologické zmeny menej výrazné. Submukóza v zóne „zvárania“.

Hĺbka (μm) tepelného poškodenia žalúdočnej steny počas gastrotómie pomocou laseru s oxidom uhličitým(podľa svetelnej mikroskopie)

sa stáva slabo viditeľným. Šírka zóny koagulačnej nekrózy pozdĺž okraja vyrezaného tkaniva je v týchto prípadoch v rozmedzí 1-2 mm. Objem nekrotických lézií je možné znížiť tak zvýšením množstva tekutiny v vypreparovaných tkanivách, ako aj použitím adekvátneho laserového zariadenia. Napríklad pri pitve kostrového svalu laserom na oxid uhličitý sa šírka zóny koagulačnej nekrózy, dosahujúca 1,1-1,2 mm, po predbežnej injekcii tekutiny do svalu zníži o 28-40%.

Na druhej strane, použitie špeciálneho laserového chirurgického zariadenia, zdokonaleného v posledných rokoch, tiež umožňuje znížiť zónu koagulačnej tepelnej nekrózy na 30-60 mikrónov (tabuľka 1).

V dôsledku výnimočne vysokej teploty, ktorá je vlastná laserovému žiareniu, dochádza k extrémne rýchlemu odparovaniu intersticiálnej a intracelulárnej tekutiny a následnému spáleniu suchého zvyšku. Hĺbka a stupeň dystrofické zmeny tkanivá vystavené rôznym druhom laserového žiarenia závisia tak od ich spektrálnych charakteristík, ako aj od celkovej energie (doby trvania expozície) žiarenia. Pri malých expozíciách sú zničené iba povrchové vrstvy tkaniva. Dôsledné predlžovanie doby vystavenia žiareniu je sprevádzané zväčšením objemu poškodeného tkaniva až po perforáciu orgánu. Pohyb laserového lúča v pozdĺžnom alebo priečnom smere vedie k odparovaniu tkaniva a vytvoreniu lineárneho rezu orgánu.

V zóne koagulačnej tepelnej nekrózy dochádza ku koagulácii stien krvných ciev a krvi s tvorbou koagulačného hyalínového trombu, ktorý upcháva lúmen cievy a zabezpečuje primeranú hemostázu. V podmienkach dávkovanej kompresie pri použití laserových chirurgických zariadení sa hemostatický účinok laserového žiarenia výrazne zvyšuje, pretože

Schematické znázornenie laserovej žalúdočnej rany

Cievy so zníženým krvným obehom okamžite koagulujú.

Morfológia laserovej rany má charakteristické znaky, ktoré ju ostro odlišujú od rán iného pôvodu. Tkanivá vystavené tepelným účinkom sú reprezentované koagulačnou nekrózou, tvoriacou laserovú tepelnú chrastu. Ten tesne pokrýva povrch rany. Priamo po expozícii laserom je ťažké určiť celý objem nekrotického tkaniva. Hranica tkanív vystavených koagulačnej nekróze sa stabilizuje hlavne v priebehu jedného dňa. V tomto období sa v úzkej zóne zachovaného tkaniva na hranici s tepelnou nekrózou zisťujú edémy a rôzne stupne závažnosti porúch prekrvenia, ktoré sa prejavujú hyperémiou, stázou a perivaskulárnymi diapedetickými krvácaniami.

Na základe histologických štúdií boli identifikované tieto zóny laserovej expozície: zóna koagulačnej nekrózy, ktorej obvodová časť je úzka, voľná („hubovitá“) vrstva a centrálna časť je široká, kompaktná a zóna zápalového edému (obr. 23).

Boli zaznamenané poruchy mikrocirkulácie, najvýraznejšie pri vystavení žiareniu YAG-Nd laserom a argónovým laserom (na hemostázu akútnych krvácajúcich žalúdočných vredov). Proces disekcie tkaniva laserom na báze oxidu uhličitého je sprevádzaný striktne lokálnou koaguláciou tkaniva pozdĺž línie rezu, čím sa zabráni poškodeniu okolitého tkaniva.

V laserových ranách, na rozdiel od rán iného pôvodu, sú prechodové zóny z koagulovaného tkaniva do životaschopného tkaniva slabo vyjadrené alebo dokonca chýbajú. Regenerácia v týchto prípadoch začína najmä v bunkách zóny nepoškodenej laserovým žiarením.

Je známe, že poškodenie tkaniva je sprevádzané uvoľňovaním zápalových mediátorov. Medzi poslednými sa rozlišujú plazmatické (cirkulujúce) mediátory, ako aj bunkové (lokálne) mediátory spojené s aktivitou mnohých buniek - žírne bunky, krvné doštičky, makrofágy, lymfocyty, polymorfonukleárne leukocyty atď. Najmä úloha polymorfonukleárnych leukocytov v procese rany je primárne v lýze mŕtveho tkaniva a fagocytóze mikróbov. Akékoľvek zníženie stupňa mikrobiálnej kontaminácie vedie k zníženiu intenzity všetkých zložiek zápalu. O bakteriologický výskum materiálu z povrchu rán a 1 g tkaniva pri excízii hnisavých rán a nekrektómii oxidom uhličitým laserom, úplná sterilita bola pozorovaná u 62 pacientov zo 100, v ostatných prípadoch došlo k poklesu obsahu mikróbov pod a. kritická úroveň (10 5).

Zníženie stupňa mikrobiálnej kontaminácie laserovej rany, koagulačná povaha tepelnej nekrózy a vaskulárna trombóza v zóne nekrózy pomáha znižovať exsudatívnu zložku zápalu. Prítomnosť slabo vyjadrenej leukocytovej reakcie a niekedy jej úplná absencia na okrajoch laserovej rany bola potvrdená prácou väčšiny výskumníkov. Koagulované tkanivá nie sú zdrojom vazoaktívnych mediátorov, najmä kinínov, ktoré hrajú takú dôležitú úlohu pri vzniku a rozvoji exsudatívnej fázy zápalovej reakcie.

Podľa V.I Eliseenka (1980-1985) sa laserové rany vyznačujú aktívnou včasnou proliferáciou bunkových elementov makrofágovej a fibroblastickej série, ktorá určuje priebeh reparačného procesu podľa typu aseptického produktívneho zápalu. Proliferácia makrofágov a fibroblastov v ohnisku produktívneho zápalu, počnúc prvým dňom po vystavení laserovému žiareniu, je základom formujúceho sa granulačného tkaniva.

Existujú však dôkazy, že hojenie laserových rán môže prebiehať bežným spôsobom, t.j. vrátane fázy leukocytového topenia nekrotického tkaniva. K hojeniu laserových rán podľa Yu G. Parkhomenka (1979, 1983) dochádza hlavne pod laserovou chrastou. Transformácia laserovej chrasty spočíva v jej postupnej organizácii a resorpcii (v parenchýmových orgánoch - pečeni a pankrease) alebo odmietnutí (v orgánoch gastrointestinálneho traktu) pri dozrievaní granulačného tkaniva.

Bunky mononukleárneho fagocytového systému – makrofágy – sú nevyhnutné v procese hojenia laserových rán. Makrofágy riadia diferenciáciu granulocytov a monocytov z kmeňových buniek, ovplyvňujú funkčnú aktivitu T- a B-lymfocytov a podieľajú sa aj na ich spolupráci. Vylučujú prvých šesť zložiek komplementu, sú teda sprostredkovateľmi príťažlivosti imunitný systém do zápalovej reakcie. Makrofágy indukujú úlohu fibroblastov a syntézu kolagénu, t.j. sú stimulátormi konečnej fázy reparačnej reakcie) pri zápale. Konkrétne boli objavené bunkové kontakty medzi makrofágmi a fibroblastmi granulačného tkaniva.

Dá sa predpokladať, že intenzívna a dlhotrvajúca reakcia makrofágov v laserových ranách, spojená s dlhodobou konzerváciou koagulovaných tkanív, je faktorom, ktorý aktívne stimuluje proces tvorby kolagénu Podľa V.I. (1982, 1985), funkčnou úlohou proliferujúcich makrofágov je „naprogramovať“ celý priebeh procesu hojenia laserom chirurgické rany.

Fibroblastická reakcia zaujíma jedno z popredných miest v procesoch skorého hojenia laserových rán.

V laserových ranách sa v období aktívneho rastu granulačného tkaniva (5.-10. deň) spája vysoká hustota fibroblastov s najdramatickejším zvýšením aktivity NAD (NADP)-lipoamiddehydrogenázy (stará diaforáza) v týchto bunkách. , čo môže do určitej miery odrážať zvyšovanie úrovne energie a syntetických procesov v nich. Neskôr enzymatická aktivita týchto buniek postupne klesá, čo naznačuje ich dozrievanie.

Vo vznikajúcej laserovej jazve po rane dochádza k rýchlej, difúznej akumulácii glykozaminoglykánov hlavnej substancie spojivového tkaniva, čo poukazuje na dozrievanie granulačného tkaniva. Je známe, že po maximálnom zvýšení počtu fibroblastov a ich dozrievaní sa zvyšuje aj syntéza kolagénových vlákien.

Počas procesu hojenia laserových chirurgických rán gastrointestinálneho traktu existuje jasný vzťah medzi dozrievaním spojivového tkaniva a rastom epitelu.

Reakcia makrofágov, proliferácia fibroblastov a kolagenogenéza sa teda prejavujú veľmi skoro a sú výraznejšie, čím menej výrazná je infiltrácia leukocytmi, ktorých absencia primárnym zámerom zabezpečuje hojenie laserových rán.

7 MECHANIZMY LASEROVEJ BIOSTIMULÁCIE

Samostatne by sme mali zvážiť otázku povahy biostimulačnej aktivity nízkoenergetického laserového žiarenia v červenej oblasti spektra, ktoré sa získava najmä pomocou hélium-neónových laserov. Priaznivé účinky tohto žiarenia boli preukázané pri pokusoch na rôznych biologických objektoch.

V 70-tych rokoch sa objavili pokusy vysvetliť fenomén laserovej biostimulácie špeciálnymi vlastnosťami („biopole“, „bioplazma“), ktoré sú údajne vlastné živým organizmom a dávajú špecifickým vlastnostiam laserového žiarenia biologický význam. V roku 1979 bolo navrhnuté, že biologické účinky nízkoenergetického laserového žiarenia sú spojené s prirodzenými procesmi regulácie svetla pozorovanými u zvierat. Molekulárny základ počiatočných štádií takýchto procesov je lepšie študovaný v rastlinách, pre ktoré bola stanovená nielen samotná skutočnosť fotoregulácie, ale aj chemická povaha jedného z primárnych akceptorov svetla, fytochrómu. Tento chromoproteín existuje v dvoch formách, z ktorých jedna absorbuje svetlo blízko 660 nm a druhá pri 730 nm. Vzájomnou premenou týchto foriem pri osvetlení sa mení ich kvantitatívny pomer, čo je spúšťačom v reťazci procesov, ktoré v konečnom dôsledku vedú ku klíčeniu semien, tvorbe pukov, kvitnutiu rastlín a ďalším formačným efektom. Hoci niet pochýb o tom, že u zvierat sú základom také javy, ako je cyklickosť sexuálnej reprodukcie alebo načasovanie série adaptívne reakcie(línanie a zimný spánok cicavcov, migrácia vtákov) do určitých období roka, dochádza k fotoregulačným procesom, ich molekulárne mechanizmy sú nejasné

Myšlienka existencie určitého fotoregulačného systému v živočíšnych bunkách, možno pripomínajúceho fytochrómový systém rastlín, naznačuje, že biostimulačná aktivita héliovo-neónového laserového žiarenia je dôsledkom jednoduchej zhody jeho spektrálnych charakteristík s absorpciou. oblasti komponentov tohto systému. V tomto prípade by sa dalo očakávať, že monochromatické červené svetlo z nekoherentných zdrojov bude tiež biologicky účinné. Na experimentálne testovanie tejto a ďalších otázok boli potrebné citlivé testy, ktoré by poskytli kvantitatívne, vysoko reprodukovateľné a presne merateľné výsledky. Prevažná väčšina štúdií s hélium-neónovými lasermi bola vykonaná na zvieratách alebo priamo na pacientoch v podmienkach, ktoré nespĺňajú tieto požiadavky.

Pri výbere vhodného modelového systému sme vychádzali z dvoch predpokladov: 1) bunky, ktoré sa vyvíjajú alebo prežívajú in vitro, sú relatívne jednoduchým testovacím objektom, ktorý umožňuje presné započítanie podmienok expozície a jej výsledkov; 2) osobitnú pozornosť si zaslúži reakcia povrchovej membrány buniek, ktorej vysoká citlivosť bola predtým stanovená v experimentoch s nízkoenergetickým červeným žiarením z rubínového lasera.

V štúdiách, ktoré uskutočnil N. F. Gamaleya et al., sa skúmal vplyv héliovo-neónového laserového žiarenia na povrchovú membránu lymfocytov izolovaných z ľudskej krvi. Na tento účel bola hodnotená schopnosť lymfocytov vytvárať E-rozety - interagovať s ovčími erytrocytmi. Zistilo sa, že pri nízkych dávkach ožiarenia (hustota výkonu 0,1 – 0,5 W/m2, expozícia 15 s), ktoré sú o jeden a pol až dva rády nižšie ako dávky používané v klinická práca héliom-neónovým laserom dochádza u ožiarených lymfocytov k malému, ale štatisticky významnému zvýšeniu schopnosti tvorby rozety (1,2-1,4 krát) v porovnaní s kontrolou. Paralelne s cytomembránovými zmenami sa zvýšila funkčná aktivita lymfocytov, najmä ich schopnosť deliť sa zvýšila 2-6 krát, čo bolo stanovené v reakcii blastickej transformácie s fytohemaglutinínom [Novikov D.K., Novikova V.I., 1979], hodnotené akumuláciou 3N-tymidínu. Pri pokusoch na ľudských krvných leukocytoch sa zistilo, že keď sú vystavené héliovo-neónovému laserovému žiareniu v rovnakých nízkych dávkach, fagocytóza bunkami E. coli (zachytenie aj trávenie) sa zvýši 1,5-2 krát. Hélium-neónové laserové žiarenie malo stimulačný účinok aj na iné bunky. V kultúre myších nádorových buniek (L) bolo teda oneskorenie ich rastu 1. deň po ožiarení nahradené jeho zrýchlením, čo bolo badateľné najmä na 3. – 4. deň, kedy bol počet deliacich sa buniek 2-násobný. väčšia ako pri kontrole

Ukázalo sa teda, že veľmi nízka intenzita héliovo-neónového laserového žiarenia spôsobuje zmeny v bunkovej membráne odlišné typy a stimuláciu ich funkčnej aktivity. Zmeny v cytoplazmatickej membráne v kultivovaných bunkách čínskeho škrečka ožiarených hélium-neónovým laserom odhalili aj A. K. Abdvakhitova et al (1982) pomocou metódy fluorescenčných sond, hoci dávky žiarenia, ktoré použili, boli o dva rády vyššie ako tie. nami používané.

Hypotéza, ktorú predložil maďarský chirurg E. Mester spolu so skupinou fyzikov, sa pokúša vysvetliť biostimulačnú aktivitu laserového žiarenia výlučne jeho polarizáciou: vďaka polarizácii žiarenia je schopné reagovať s molekulami polárnych lipidov v lipidová dvojvrstva cytoplazmatickej membrány, ktorá spúšťa reťazec zmien v bunke. Podľa navrhovaného modelu by stimulačný účinok nemal závisieť od vlnovej dĺžky žiarenia. Experimentálne údaje to však nepotvrdzujú.

Spoľahlivá reprodukovateľnosť biostimulačného efektu umožnila ísť ďalej a pokúsiť sa zistiť, či tento efekt spôsobuje len laserové (koherentné, polarizované) žiarenie a ako závisí od vlnovej dĺžky. Na tento účel bol pomocou testu tvorby rozety hodnotený účinok monochromatického červeného svetla (633 ± 5 nm) získaného z xenónovej lampy s použitím difrakčného monochromátora na lymfocyty ľudskej krvi. Zistilo sa, že pri porovnateľnej dávke nekoherentného červeného svetla (3 J/m 3) bol proces tvorby rozety stimulovaný rovnako ako pri použití hélium-neónového lasera.

Ďalej sa porovnal účinok červeného svetla s účinkom žiarenia z iných úzkych spektrálnych oblastí viditeľnej oblasti. V tomto prípade bola aktivita svetla hodnotená jeho vplyvom na tri procesy: tvorbu E-roziet ľudskými lymfocytmi, proliferáciu L kultivačných buniek a uvoľňovanie látky s absorpčným maximom 265 nm do média. myšími lymfocytmi. (Posledný test bol rozvinutím výsledkov pozorovaní a bol založený na skutočnosti, že z buniek vystavených laserovému ožiareniu sa zvyšuje uvoľňovanie určitého chemického faktora s absorpčným pásom v oblasti 260-265 nm.) Experimenty ukázali, že stimulácia všetkých troch procesov sa pozoruje pri ožiarení niektorých monochromatickým svetlom a rovnakými spektrálnymi oblasťami: červená (633 nm), zelená (500 a 550 nm) a fialová (415 nm).

Uskutočnené štúdie teda umožnili identifikovať prítomnosť vysokej citlivosti na svetlo v rôznych ľudských a zvieracích bunkách, dokonca oveľa väčšiu, ako by sa dalo očakávať na základe klinických výsledkov laserovej biostimulačnej terapie. Táto citlivosť nebola spôsobená koherenciou a polarizáciou svetla a nebola obmedzená na červenú oblasť spektra: spolu s maximom v tejto oblasti boli dve ďalšie - vo fialovej a zelenej oblasti spektra.

Použitím odlišného metodologického prístupu (určenie intenzity syntézy DNA v bunkách kultúry HeLa zahrnutím značeného tymidínu) tiež T. Y. Karu a kol. (1982, 1983) ukázali, že biostimulačný účinok nie je spojený s koherenciou a polarizáciou svetla. . Pri ich experimentoch s ožarovaním buniek červeným svetlom bola maximálna stimulácia syntézy DNA pozorovaná pri dávke 100 J/m 2 a pri jej zmene v akomkoľvek smere sa účinok rýchlo znižoval. Pri porovnávaní radiačnej aktivity v rôznych častiach spektra boli stanovené tri maximá: blízko 400, 630 a 760 nm.

K mechanizmu svetelnej biostimulácie. môže súvisieť s tvorbou v ožiarených bunkách a ich uvoľňovaním chemického faktora, ktorý bol detegovaný v médiu pomocou píku absorpcie svetla blízko 265 nm. Na objasnenie povahy tohto faktora sa uskutočnila papierová chromatografia a elektroforéza na agarózovom géli so zónovou vizualizáciou s etídium bromidom, čo umožnilo detegovať dvojvláknovú DNA s molekulovou hmotnosťou v materiáli vylučovanom bunkami. Dvojzávitnicová štruktúra DNA bola potvrdená objavením sa hyperchrómneho efektu pri zahrievaní.

Informácie uvedené v literatúre o schopnosti nukleových kyselín urýchliť obnovu poškodených tkanív [Belous A. M. et al., 1974] potvrdili možnú účasť faktora DNA vylučovaného bunkami v biostimulácii svetlom. Na overenie tejto hypotézy sa uskutočnil experiment na bunkách L línie, z ktorých niektoré boli ožiarené hélium-neónovým laserom a druhá časť, ktorá nebola ožiarená, bola však umiestnená do média odobraného z ožiarených buniek a teda obsahujúcu faktor DNA. Stanovenie rýchlosti rastu (mitotickej aktivity) buniek ukázalo, že v oboch skupinách bol vývoj buniek stimulovaný rovnako v porovnaní s kontrolou. Okrem toho deštrukcia DNA v médiu odobratom z ožiarených buniek pomocou enzýmu DNázy pripravila toto médium o biostimulačnú aktivitu. . Samotná DNáza nemala prakticky žiadny vplyv na rast buniek.

Možno si teda myslieť, že pri pôsobení na tkanivá celého organizmu (napríklad pri laserovej terapii trofických vredov) ožarovanie buniek na periférii patologického ložiska vedie k uvoľneniu DNA faktora, ktorý stimuluje rast fibroblastických prvkov v tkanivách obklopujúcich vred, čím sa urýchľuje jeho hojenie. Jednoznačný dôkaz o tom však možno získať len pri pokusoch na zvieratách.

Prezentované údaje teda zjavne odôvodňujú uskutočniteľnosť využitia laseru (alebo aj svetelnej biostimulácie) na terapeutické účely a naznačujú spôsoby ďalšieho rozvoja tejto metódy. Tieto údaje majú aj širší fytobiologický význam spočívajúci v tom, že sa po prvýkrát zistila špecifická svetelná citlivosť neretinálnych (nezrakových) buniek ľudí a zvierat, ktorá sa vyznačuje množstvom znakov. Táto citlivosť je spektrálne závislá a extrémne vysoká: hustoty energie, ktoré sme použili, rovnajúce sa desatinám wattu na meter štvorcový, sú porovnateľné s tými, ktoré sú účinné pre fotoregulačné systémy rastlín, ako bolo zistené pomocou testu izolácie faktora DNA, človeka bunky majú takúto fotosenzitivitu a zvieratá rôznych druhov odobratých z tkanív a orgánov: myšie, psie a ľudské lymfocyty, bunky pečene potkanov, bunky z kultúr získaných z ľudských fibroblastov, obličky škrečkov a malígne myšie fibroblasty.

Všetky tieto skutočnosti podporujú predpoklad, že cicavce majú špeciálny systém vnímania svetla, možno podobný fytochrómovému systému rastlín a tiež vykonávajúci regulačné funkcie. O podobnosti predpokladaného fotosenzitívneho systému živočíchov s regulačným systémom fytochrómu svedčí porovnanie ich hlavných znakov Okrem vysokej citlivosti na svetlo sa fytochrómový systém vyznačuje nízkodávkovým (spúšťacím) charakterom účinku, čo robí. jeden si pamätá a možno vysvetľuje veľkú variabilitu dávok (s rozdielmi dvoch rádov), ktoré lekári používajú na laserovú biostimuláciu; konjugácia fytochrómového systému (ako aj účinky, ktoré sme opísali) s bunkovými membránami; kontrola fytochrómového systému nad syntézou DNA, RNA a proteínu, ktorých tvorba v tkanivách ožiarených héliom-neónovým laserom je podľa mnohých autorov tiež posilnená.

Ak živočíšne bunky skutočne majú špecializovaný fotosenzitívny systém, potom pomocou experimentov na určenie spektra účinku (závislosti veľkosti biologickej reakcie od vlnovej dĺžky) sa možno pokúsiť stanoviť absorpčné spektrum (a z neho chemickú identitu) zlúčeniny, ktorá je primárnym akceptorom svetla a spúšťa reťazec procesov, ktoré v konečnom dôsledku vedú k fotoregulačným účinkom. Korešpondencia medzi akčným spektrom a absorpčným spektrom akceptora svetla je však dosiahnutá len vtedy, ak je splnených množstvo metodických podmienok pri zostavovaní experimentov, čo je v praxi veľmi náročná úloha.

Napriek tomu nemožno nevenovať pozornosť podobnosti všetkých troch kriviek, charakterizujúcich spektrálnu závislosť rôznych biologických účinkov, ktoré sme testovali, s typickým absorpčným spektrom porfyrínových zlúčenín. To naznačuje, že akceptorom svetla v hypotetickom systéme fotoregulácie živočíšnych buniek je niektorá zlúčenina zo skupiny porfyrínov, ktoré, ako je známe, sú integrálnou súčasťou mnohých dôležitých biochemických zložiek živočíšneho tela - hemoglobínu, cytochrómov, mnohých S. M. Zubkova (1978) naznačila, že biostimulačný účinok héliovo-neónového laserového žiarenia je spojený s jeho absorpciou enzýmom katalázou obsahujúcim porfyrín, ktorý má maximum absorpcie svetla ~628 nm. Ožarovanie buniek na periférii patologického ložiska vedie k ich uvoľneniu DNA faktora, ktorý stimuluje rast fibroblastických prvkov v tkanivách obklopujúcich vred, čím sa urýchľuje jeho hojenie. Jednoznačný dôkaz o tom však možno získať len pri pokusoch na zvieratách.

Prezentované údaje teda zjavne odôvodňujú uskutočniteľnosť využitia laseru (alebo aj svetelnej biostimulácie) na terapeutické účely a naznačujú spôsoby ďalšieho rozvoja tejto metódy. Tieto údaje majú aj širší fytobiologický význam spočívajúci v tom, že sa po prvýkrát zistila špecifická svetelná citlivosť neretinálnych (nezrakových) buniek ľudí a zvierat, ktorá sa vyznačuje množstvom znakov. Táto citlivosť je spektrálne závislá a extrémne vysoká: použité výkonové hustoty, rovnajúce sa desatinám wattu na meter štvorcový, sú porovnateľné s hustotami účinnými pre rastlinné fotoregulačné systémy. Ako sa zistilo pomocou testu izolácie faktora DNA, takú fotosenzitivitu majú ľudské a zvieracie bunky rôznych druhov odobratých z tkanív a orgánov: myšie, psie a ľudské lymfocyty, bunky pečene potkanov, bunky z kultúr získaných z ľudských fibroblastov, obličky škrečkov a malígne myšacie fibroblasty.

Všetky tieto skutočnosti podporujú predpoklad, že cicavce majú špeciálny systém vnímania svetla, možno podobný fytochrómovému systému rastlín a tiež vykonávajúci regulačné funkcie. O podobnosti predpokladaného fotosenzitívneho systému živočíchov s regulačným systémom fytochrómu svedčí porovnanie ich hlavných znakov. Okrem vysokej citlivosti na svetlo je fytochrómový systém charakterizovaný nízkodávkovým (spúšťacím) charakterom účinku, čo nám umožňuje zapamätať si a možno aj vysvetliť veľkú variabilitu dávok (s rozdielmi dvoch rádov), ktoré lekári používajú. na laserovú biostimuláciu; konjugácia fytochrómového systému (ako aj účinky, ktoré sme opísali) s bunkovými membránami; kontrola fytochrómového systému nad syntézou DNA, RNA a proteínu, ktorých tvorba v tkanivách ožiarených héliom-neónovým laserom je podľa mnohých autorov tiež posilnená.

Ak živočíšne bunky skutočne majú špecializovaný fotosenzitívny systém, potom pomocou experimentov na určenie spektra účinku (závislosti veľkosti biologickej reakcie od vlnovej dĺžky) sa možno pokúsiť stanoviť absorpčné spektrum (a z neho chemickú identitu) zlúčeniny, ktorá je primárnym akceptorom svetla a spúšťa reťazec procesov, ktoré v konečnom dôsledku vedú k fotoregulačným účinkom. Korešpondencia medzi akčnými spektrami a absorpčným spektrom akceptora svetla je však dosiahnutá len vtedy, ak je pri zostavovaní experimentov splnených množstvo metodických podmienok, čo je v praxi veľmi náročná úloha.

LITERATÚRA

1. A. N. REMIZOV „LEKÁRSKA A BIOLOGICKÁ FYZIKA“

2. “LASERS V CHIRURGII” SPRACOVANÝ PROF. OK. SKOBELKINA

3. „LASERY V KLINICKEJ MEDICÍNE“ EDITAL S. D. PLETNEV