Využitie lasera v medicíne a komunikácii. Lasery používané 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, ktoré vysiela zaostrený lúč elektromagnetická radiácia v rozsahu od infračerveného po ultrafialové, s veľkými energetickými a biologickými účinkami. 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 a tento kryštál je osvetlený mohutným záblesk lampy pumpy, potom v dôsledku takého silného osvetlenia alebo, ako sa bežne nazýva, optického pumpovania, prejde väčší počet atómov chrómu 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. môžete súčasne prenášať obrovské množstvo telefonické rozhovory, 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 monitorovanie znečistenia životného prostredia, v meracej a výpočtovej technike, výrobe prístrojov, na rozmerové spracovanie mikroelektronických obvodov a spúšťanie chemických reakcií. 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 ošetrovacej zóny sa používajú optické systémy. Vlastnosti laserovej technológie sú nasledujúce: vysoká hustota energie žiarenia v oblasti spracovania, dávanie krátky čas požadovaný tepelný účinok; 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 zakladateľom moderných metód laserovej mikrochirurgie 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 zvyšovaním citlivosti a presnosti meraní skracujú čas analýzy, čo zabezpečilo prudké rozšírenie objemu výskumu na diagnostiku chorôb z povolania a sledovanie využívania lieky, v oblasti súdneho lekárstva a pod.V kombinácii s vláknovou optikou laserové metódy Spektroskopia môže byť použitá na röntgenové vyšetrenie hrudnej dutiny, štúdium krvných ciev, fotografovanie vnútorných orgánov za účelom štúdia ich funkcií, funkcií a detekcie 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 disekovať tkanivo umožnila jeho zavedenie do chirurgickej praxe. 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 cytol preukázali 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, povrch popálenia atď.) je konvenčne rozdelená 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 buniek zhubné nádory a spôsobuje hemostatický účinok. 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 z nízkoenergetických laserov má stimulačný účinok na tkanivo, a preto sa používa na liečbu trofických vredov.

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 Vaterovej bradavky a na účely kožných štepov. V roku 1974 A. D. Arapov a kol. informovali o prvých operáciách na korekciu stenózy chlopňovej pulmonálnej artérie vykonaných 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 zhubných nádorových buniek krvou a lymfatické cievy za hranicami operačná rana. Nekrobiotické zmeny v blízkosti laserového rezu sú minimálne, na rozdiel od poškodení spôsobených tradičnými reznými nástrojmi a elektrickými nožmi. Preto sa rany laserom 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 základných tkanív a orgánov, ako aj prehriatia tkanivových štruktúr.

Práce sovietskych vedcov O.K. Skobelkin, E.I. Brekhov, B.N. Malyshev, V.A. Salyuk (1973) ukázali, že dočasné zastavenie krvného obehu pozdĺž línie disekcie orgánov umožňuje výrazne využiť pozitívne vlastnosti lasera oxidu uhličitého. 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, čo vytvára optimálne podmienky pre vykonanie najnáročnejšieho a najkritickejšieho štádia operácie - vytvorenie anastomózy. Využitie laserového skalpelu na operácie dutých orgánov bolo možné po vývoji sady špeciálnych laserových chirurgických nástrojov a šijacích prístrojov (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 napojenie 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 následne 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 chirurgickej liečby.

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 možnosti choledochotómia s aplikáciou biliodigestívnych anastomóz, papilosfinkterotómia a papilosfinkteroplastika. 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, ktorá je pri akútnom vykonaní spojená s rizikom krvácania, je vhodné vyparenie sliznice 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.

Využitie laserov v chirurgii parenchýmových brušných orgánov. Vlastnosti anatomickej štruktúry parenchýmových orgánov s ich rozvetveným cievnym systémom určujú ťažkosti chirurgického zákroku a závažnosť pooperačného obdobia. 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 zvyšných a odstránených častí pečene sa aplikujú a fixujú hepatoklampy, ktoré stláčajú parenchým a zároveň veľké cievy a vývody. 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 lasera 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 zaostreným 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.

Nedávno sa v ZSSR a USA začali sľubné štúdie o laserovej revaskularizácii myokardu v r koronárne ochorenie srdiečka. Laserová revaskularizácia v kombinácii s bypassom koronárnych tepien sa vykonáva na zastavenom srdci a intervencia iba laserom sa vykonáva na tlčúcom srdci. 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.

Použitie lasera v koži plastická operácia. Fokusovaný lúč lasera na báze 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 pôsobenia lasera. 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 chirurgia hnisavých ochorení mäkkých tkanív. Použitie lasera v tejto oblasti umožnilo dosiahnuť 1,5- až 2-násobné skrátenie doby liečby, ako aj úsporu liekov a obväzový materiál. Pre relatívne malé hnisavé ohnisko (absces, karbunka) sa radikálne vyreže fokusovaným lúčom lasera na oxid uhličitý 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 bakteriologický výskum v dôsledku použitia laserového žiarenia je počet mikrobiálnych teliesok v 1 g tkaniva rany nižší u všetkých pacientov kritická úroveň(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. Typické je, že hojenie rany po odrezaní hemoroidálneho uzla prebieha s menšou bolesťou ako po klasickej operácii, sfinkterový aparát začína fungovať skôr a zúženie konečníka vzniká 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 oxidu uhličitého sa používajú na obriezku, odstránenie nezhubných a malígnych nádorov penisu a vonkajšej časti močovej trubice. Rozostreným laserovým lúčom sa transabdominálnym prístupom fokusovaným lúčom odparia malé nádory močového mechúra, pri väčších nádoroch sa resekuje stena 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 najčastejšie používajú na koaguláciu ciev pri akútnom krvácaní zo žalúdočných a dvanástnikových vredov. V poslednej dobe sa laserové žiarenie používa na radikálnu liečbu rakoviny žalúdka I. štádia, rakoviny konečníka a hrubého čreva, ako aj na rekanalizáciu lúmenu pažeráka alebo rekta 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 úst, hltana, hrtana, hlasivky, priedušnice, priedušiek, pri operáciách stredného ucha, na liečbu ochorení krčka maternice, na rekonštrukčné zákroky 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 spektre. 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 dokáže 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 pri liečbe nezhubných a zhubných nádorov kože, ako aj niektorých predrakovinových stavov ženských pohlavných orgánov. Účinky na hlboko ležiace nádory si 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 atď. - 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, aby sa zvýšila absorpcia žiarenia a deštrukcia 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.

Nasledujúce oblasti klin, laserová oftalmológia majú veľký praktický význam.

1. Je známe, že cievne ochorenia očného pozadia sa dostávajú (a v mnohých krajinách už aj 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 sa dosahujú s plynom, napr. argónom, permanentnými lasermi) sa koagulujú ako zmenené cievy s oblasťami extravazácie, tak aj zóny novovzniknutých ciev, obzvlášť náchylné na prasknutie. 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). expozície len pomocou L. Laserová koagulácia pomáha aktivovať krvný obeh a okysličenie v sietnici, znížiť alebo odstrániť trofický edém sietnice, ktorý bez liečby. expozícia zvyčajne vedie k závažným ireverzibilným zmenám (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.

Pred začatím prevádzky laserového zariadenia je povinné posúdiť hlavné nepriaznivé faktory a charakteristiky 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).

Pre zaistenie bezpečných pracovných podmienok sa okrem prísneho dodržiavania kolektívnych opatrení odporúča používať osobné ochranné prostriedky – okuliare, štíty, masky so spektrálnou selektívnou priehľadnosťou, špeciálne ochranné odevy. Príkladom domácich ochranných okuliarov proti laserovému žiareniu v spektrálnej oblasti s vlnovou dĺžkou 0,63-1,5 mikrónu sú okuliare vyrobené z modrozeleného skla SZS-22, ktoré poskytujú ochranu očí pred rubínovým a neodýmovým žiarením pri práci s výkonnými lasermi Efektívnejšie sú ochranné štíty a masky; 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 inštalácií sú zahrnuté v zoznamoch prác s škodlivé podmienky práce 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 klinový 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 typu 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 Vaterovej bradavke pomocou laserového lúča, v knihe: Vopr. 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.).

V medicíne našli laserové systémy svoje uplatnenie v podobe laserového skalpelu. Jeho použitie pre chirurgické operácie definujte nasledujúce vlastnosti:

Robí relatívne nekrvavý rez, pretože súčasne s disekciou tkaniva koaguluje okraje rany „utesnením“ nie príliš veľkých krvných ciev;

Laserový skalpel sa vyznačuje stálymi reznými vlastnosťami. Kontakt s tvrdým predmetom (napríklad kosťou) skalpel nevyradí. Pre mechanický skalpel by bola takáto situácia osudná;

Laserový lúč vďaka svojej priehľadnosti umožňuje chirurgovi vidieť operovanú oblasť. Čepeľ bežného skalpela, rovnako ako čepeľ elektrického noža, vždy do určitej miery blokuje pracovné pole od chirurga;

Laserový lúč reže tkanivo na diaľku bez toho, aby na tkanivo pôsobil mechanicky;

Laserový skalpel zaisťuje absolútnu sterilitu, pretože s tkanivom interaguje iba žiarenie;

Laserový lúč pôsobí striktne lokálne, k odparovaniu tkaniva dochádza len v ohnisku. Priľahlé oblasti tkaniva sú poškodené podstatne menej ako pri použití mechanického skalpelu;

Klinická prax ukázala, že rana spôsobená laserovým skalpelom takmer nebolí a rýchlejšie sa hojí.

Praktické využitie laserov v chirurgii sa začalo v ZSSR v roku 1966 v Inštitúte A. V. Višnevského. Laserový skalpel sa používal pri operáciách vnútorných orgánov hrudníka a brušných dutín. V súčasnosti sa laserovými lúčmi vykonávajú plastické operácie kože, operácie pažeráka, žalúdka, čriev, obličiek, pečene, sleziny a iných orgánov. Je veľmi lákavé vykonávať laserové operácie na orgánoch obsahujúcich veľké množstvo krvných ciev, napríklad na srdci a pečeni.

Charakteristika niektorých typov laserov.

V súčasnosti existuje obrovské množstvo laserov, ktoré sa líšia aktívnymi médiami, výkonmi, prevádzkovými režimami a ďalšími charakteristikami. Netreba ich všetky popisovať. Preto je tu stručný popis laserov, ktoré pomerne plne reprezentujú vlastnosti hlavných typov laserov (prevádzkový režim, čerpacie metódy atď.)

Rubínový laser. Prvý kvantový generátor svetla bol rubínový laser, ktorý bol vytvorený v roku 1960.

Pracovnou látkou je rubín, čo je kryštál oxidu hlinitého Al 2 O 3 (korund), do ktorého sa pri raste ako nečistota vnáša oxid chrómu Cr 2 Oz. Červená farba rubínu je spôsobená kladným iónom Cr +3. V kryštálovej mriežke Al 2 O 3 ión Cr +3 nahrádza ión Al +3. V dôsledku toho sa v kryštáli objavia dva absorpčné pásy: jeden v zelenej, druhý v modrej časti spektra. Hustota červenej farby rubínu závisí od koncentrácie iónov Cr +3: čím vyššia je koncentrácia, tým silnejšia je červená farba. V tmavočervenom rubíne dosahuje koncentrácia iónov Cr +3 1%.

Spolu s modrým a zeleným absorpčným pásom existujú dve úzke energetické hladiny E1 a E1', pri prechode z ktorých na hlavnú hladinu sa vyžaruje svetlo s vlnovými dĺžkami 694,3 a 692,8 nm. Šírka čiary je približne 0,4 nm pri izbovej teplote. Pravdepodobnosť vynútených prechodov pre linku 694,3 nm je väčšia ako pre linku 692,8 nm. Preto je jednoduchšie pracovať s linkou 694,3 nm. Je však možné generovať aj 692,8 nm čiary, ak použijete špeciálne zrkadlá, ktoré majú veľký koeficient odrazu pre žiarenie l = 692,8 nm a malý pre l = 694,3 nm.

Keď je rubín ožiarený bielym svetlom, modrá a zelená časť spektra sa pohltí a červená sa odrazí. Rubínový laser využíva optické čerpanie pomocou xenónovej výbojky, ktorá pri prechode prúdového impulzu vytvára záblesky svetla s vysokou intenzitou, čím sa plyn zahrieva na niekoľko tisíc Kelvinov. Nepretržité čerpanie je nemožné, pretože lampa pri tak vysokej teplote nemôže vydržať nepretržitú prevádzku. Výsledné žiarenie je svojou charakteristikou blízke žiareniu úplne čierneho telesa. Žiarenie je absorbované iónmi Cr +, ktoré sa v dôsledku toho pohybujú na energetické hladiny v oblasti absorpčných pásov. Z týchto hladín sa však ióny Cr +3 veľmi rýchlo v dôsledku nežiarivého prechodu presunú do hladín E1, E1'. V tomto prípade sa prebytočná energia prenáša do mriežky, t.j. premieňa sa na energiu vibrácií mriežky alebo inými slovami na energiu fotónov. Úrovne E 1, E 1 ' sú metastabilné. Životnosť na úrovni E 1 je 4,3 ms. Počas pulzu pumpy sa excitované atómy akumulujú na úrovniach E1 a E1', čím sa vytvorí významná inverzná populácia vzhľadom na hladinu E0 (toto je hladina neexcitovaných atómov).

Rubínový kryštál sa pestuje vo forme okrúhleho valca. Pre lasery sa zvyčajne používajú kryštály nasledujúcich veľkostí: dĺžka L = 5 cm, priemer d = 1 cm V eliptickej dutine s vysoko reflexným vnútorným povrchom je umiestnená xenónová výbojka a rubínový kryštál. Aby sa zabezpečilo, že všetko žiarenie xenónovej lampy dopadne na rubín, rubínový kryštál a lampa, ktorá má tiež tvar okrúhleho valca, sú umiestnené v ohniskách eliptickej časti dutiny rovnobežne s jej tvoriacimi priamkami. Vďaka tomu je na rubín nasmerované žiarenie s hustotou takmer rovnou hustote žiarenia na zdroji pumpy.

Jeden z koncov rubínového kryštálu je vyrezaný tak, aby bol zabezpečený úplný odraz a návrat lúča od okrajov rezu. Tento rez nahrádza jedno z laserových zrkadiel. Druhý koniec rubínového kryštálu je vyrezaný v Brewsterovom uhle. Zaisťuje, že lúč vychádza z rubínového kryštálu bez odrazu s vhodnou lineárnou polarizáciou. Druhé zrkadlo rezonátora je umiestnené v dráhe tohto lúča. Žiarenie z rubínového lasera je teda lineárne polarizované.

Hélium-neónový laser. Aktívne médium je plynná zmes hélia a neónu. Generácia nastáva v dôsledku prechodov medzi energetickými hladinami neónu a hélium hrá úlohu sprostredkovateľa, prostredníctvom ktorého sa energia prenáša na atómy neónu, aby sa vytvorila populačná inverzia.

Neon v princípe dokáže generovať laserové štúdie ako výsledok viac ako 130 rôznych prechodov. Najintenzívnejšie čiary sú však s vlnovou dĺžkou 632,8 nm, 1,15 a 3,39 μm. Vlna 632,8 nm je vo viditeľnej časti spektra a vlny 1,15 a 3,39 mikrónov sú v infračervenej oblasti.

Keď prúd prechádza cez zmes hélium-neónových plynov nárazom elektrónov, atómy hélia sa excitujú do stavov 2 3 S a 2 2 S, ktoré sú metastabilné, pretože prechod z nich do základného stavu je zakázaný kvantovou mechanickou selekciou. pravidlá. Keď prúd prechádza, atómy sa hromadia na týchto úrovniach. Keď sa excitovaný atóm hélia zrazí s neexcitovaným atómom neónu, excitačná energia prejde na druhý. Tento prechod prebieha veľmi efektívne vďaka dobrej koincidencii energií zodpovedajúcich úrovní. Výsledkom je, že na hladinách 3S a 2S neónu sa vytvára inverzná populácia v porovnaní s hladinami 2P a 3P, čo vedie k možnosti generovania laserového žiarenia. Laser môže pracovať v nepretržitom režime. Žiarenie héliovo-neónového lasera je lineárne polarizované. Typicky je tlak hélia v komore 332 Pa a tlak neónu 66 Pa. Konštantné napätie na trubici je asi 4 kV. Jedno zo zrkadiel má koeficient odrazu rádovo 0,999 a druhé, cez ktoré vychádza laserové žiarenie, je približne 0,990. Ako zrkadlá sa používajú viacvrstvové dielektriká, pretože nižšie koeficienty odrazu nezaručujú dosiahnutie prahu laserového žiarenia.

Plynové lasery. Možno sú dnes najpoužívanejším typom lasera a v tomto ohľade sú pravdepodobne lepšie ako rubínové lasery. Väčšina realizovaných výskumov je venovaná aj plynovým laserom. Medzi rôznymi typmi plynových laserov je vždy možné nájsť taký, ktorý uspokojí takmer akúkoľvek požiadavku na laser, s výnimkou veľmi vysokého výkonu vo viditeľnej oblasti spektra v pulznom režime. Na mnohé experimenty pri štúdiu nelineárnych optických vlastností materiálov sú potrebné vysoké výkony. V súčasnosti sa v plynových laseroch nedosahujú vysoké výkony z jednoduchého dôvodu, že hustota atómov v nich nie je dostatočne vysoká. Takmer na všetky ostatné účely však možno nájsť špecifický typ plynového lasera, ktorý bude lepší ako opticky čerpané pevnolátkové lasery, ako aj polovodičové lasery. Veľa úsilia sa venovalo tomu, aby tieto lasery boli konkurencieschopné s plynovými lasermi a v mnohých prípadoch sa dosiahol určitý úspech, ale vždy to bolo na hranici možností, zatiaľ čo plynové lasery nevykazujú žiadne známky poklesu popularity.

Zvláštnosti plynových laserov sú často spôsobené tým, že sú spravidla zdrojmi atómových alebo molekulárnych spektier. Preto sú vlnové dĺžky prechodov presne známe. Sú určené atómovou štruktúrou a zvyčajne sú nezávislé od podmienok prostredia. Stabilita vlnovej dĺžky laserového žiarenia pri určitom úsilí sa môže výrazne zlepšiť v porovnaní so stabilitou spontánnej emisie. Teraz existujú lasery s monochromaticitou lepšou ako akékoľvek iné zariadenie. Pri vhodnom výbere aktívneho média je možné dosiahnuť laserové žiarenie v ktorejkoľvek časti spektra, od ultrafialovej (~2000 A) až po ďalekú infračervenú oblasť (~0,4 mm), pričom čiastočne pokrýva mikrovlnnú oblasť.

Rovnako nie je dôvod pochybovať o tom, že v budúcnosti bude možné vytvárať lasery pre vákuovú ultrafialovú oblasť spektra. Zriedenie pracovného plynu zaisťuje optickú homogenitu média s nízkym indexom lomu, čo umožňuje použitie jednoduchej matematickej teórie na popis štruktúry rezonátorových vidov a poskytuje istotu, že vlastnosti výstupného signálu sú blízke teoretickým . Hoci účinnosť premeny elektrickej energie na energiu stimulovanej emisie v plynovom laseri nemôže byť taká vysoká ako v polovodičovom laseri, z dôvodu jednoduchosti ovládania výboja sa plynový laser ukazuje ako najvhodnejší pre väčšinu účelov. jeden z laboratórnych prístrojov. Pokiaľ ide o vysoký nepretržitý výkon (na rozdiel od pulzného výkonu), povaha plynových laserov im umožňuje v tomto smere prekonať všetky ostatné typy laserov.

C0 2 - laser s uzavretým objemom. Molekuly oxidu uhličitého, podobne ako iné molekuly, majú pruhované spektrum v dôsledku prítomnosti vibračných a rotačných energetických hladín. Prechod použitý v CO 2 laseri produkuje žiarenie s vlnovou dĺžkou 10,6 mikrónov, t.j. leží v infračervenej oblasti spektra. Pomocou vibračných úrovní je možné mierne meniť frekvenciu žiarenia v rozsahu približne od 9,2 do 10,8 μm. Energia sa prenáša do molekúl CO 2 z molekúl dusíka N 2, ktoré sú samotné excitované nárazom elektrónov pri prechode prúdu cez zmes.

Excitovaný stav molekuly dusíka N2 je metastabilný a nachádza sa vo vzdialenosti 2318 cm -1 od úrovne zeme, čo je veľmi blízko energetickej hladine (001) molekuly CO2. V dôsledku metastability excitovaného stavu N2 sa počet excitovaných atómov hromadí počas prechodu prúdu. Pri zrážke N 2 s CO 2 dochádza k rezonančnému prenosu excitačnej energie z N 2 na CO 2 . V dôsledku toho dochádza k inverzii populácie medzi hladinami (001), (100), (020) molekúl CO2. Zvyčajne sa na zníženie populácie úrovne (100), ktorá má dlhú životnosť, ktorá zhoršuje tvorbu pri prechode na túto úroveň, pridáva hélium. Za typických podmienok sa zmes plynov v laseri skladá z hélia (1330 Pa), dusíka (133 Pa) a oxidu uhličitého (133 Pa).

Pri prevádzke CO 2 lasera sa molekuly CO 2 rozpadajú na CO a O, čím je aktívne médium oslabené. Ďalej sa CO rozkladá na C a O a uhlík sa ukladá na elektródy a steny trubice. To všetko zhoršuje činnosť CO 2 lasera. Na prekonanie škodlivých účinkov týchto faktorov sa do uzavretého systému pridáva vodná para, ktorá stimuluje reakciu

CO + O® C02.

Používajú sa platinové elektródy, ktorých materiál je katalyzátorom tejto reakcie. Pre zvýšenie prísunu aktívneho média je rezonátor napojený na ďalšie zásobníky s obsahom CO 2, N 2, He, ktoré sa pridávajú v požadovanom množstve do objemu dutiny pre udržanie optimálnych prevádzkových podmienok lasera. Takýto uzavretý CO 2 laser je schopný pracovať mnoho tisíc hodín.

Flow CO 2 -laser. Dôležitou modifikáciou je prietokový CO 2 laser, v ktorom sa cez rezonátor kontinuálne čerpá zmes plynov CO 2, N 2, He. Takýto laser dokáže generovať súvislé koherentné žiarenie s výkonom nad 50 W na meter dĺžky svojho aktívneho média.

Neodymový laser. Názov môže byť zavádzajúci. Telo laseru nie je neodýmový kov, ale obyčajné sklo s prímesou neodýmu. Ióny atómov neodýmu sú náhodne rozdelené medzi atómy kremíka a kyslíka. Čerpanie sa vykonáva pomocou bleskových lámp. Lampy produkujú žiarenie v rozsahu vlnových dĺžok od 0,5 do 0,9 mikrónov. Objaví sa široký pás vzrušených stavov. Atómy robia nežiarivé prechody do hornej úrovne lasera. Každý prechod produkuje inú energiu, ktorá sa premieňa na vibračnú energiu celej „mriežky“ atómov.

Laserové žiarenie, t.j. prechod na prázdnu nižšiu hladinu, má vlnovú dĺžku 1,06 µm.

T-laser. V mnohých praktických aplikáciách zohráva dôležitú úlohu CO 2 laser, v ktorom je pracovná zmes pod atmosférickým tlakom a excitovaná priečnym elektrickým poľom (T laser). Keďže elektródy sú umiestnené rovnobežne s osou rezonátora, na získanie veľkých hodnôt intenzity elektrického poľa v rezonátore sú potrebné relatívne malé potenciálne rozdiely medzi elektródami, čo umožňuje pracovať v pulznom režime pri atmosférickom tlaku. tlaku, kedy je koncentrácia CO 2 v rezonátore vysoká. V dôsledku toho je možné získať vysoký výkon, zvyčajne dosahujúci 10 MW alebo viac v jednom pulze žiarenia s trvaním menej ako 1 μs. Frekvencia opakovania impulzov v takýchto laseroch je zvyčajne niekoľko impulzov za minútu.

Plynové dynamické lasery. Zmes CO 2 a N 2 zahriata na vysokú teplotu (1000-2000 K) prúdi vysokou rýchlosťou cez expandujúcu dýzu a je značne chladená. Horná a dolná úroveň energie sú tepelne izolované rôznymi rýchlosťami, čo vedie k vytvoreniu inverznej populácie. V dôsledku toho vytvorením optického rezonátora na výstupe z dýzy je možné generovať laserové žiarenie vďaka tejto inverznej populácii. Lasery pracujúce na tomto princípe sa nazývajú plynodynamické. Umožňujú získať veľmi vysoký výkon žiarenia v nepretržitom režime.

Farbiace lasery. Farbivá sú veľmi zložité molekuly, ktoré majú vysoko vibračné energetické úrovne. Energetické hladiny v pásme spektra sú umiestnené takmer nepretržite. V dôsledku intramolekulárnej interakcie molekula veľmi rýchlo (v časoch rádovo 10 -11 -10 -12 s) nežiarivo prechádza na nižšiu energetickú hladinu každého pásu. Preto po excitácii molekúl, po veľmi krátkom čase, sa všetky excitované molekuly koncentrujú na spodnej úrovni pásu E1. Potom majú schopnosť urobiť radiačný prechod na ktorúkoľvek z energetických úrovní nižšieho pásma. V intervale zodpovedajúcom šírke nulového pásma je teda možné vyžarovanie takmer akejkoľvek frekvencie. To znamená, že ak sa molekuly farbiva vezmú ako aktívna látka na generovanie laserového žiarenia, potom v závislosti od nastavení rezonátora možno dosiahnuť takmer nepretržité ladenie frekvencie generovaného laserového žiarenia. Preto vznikajú farbiace lasery s laditeľnými generačnými frekvenciami. Farebné lasery sú čerpané plynovými výbojkami alebo žiarením z iných laserov.

Výber generačných frekvencií sa dosiahne vytvorením generačnej prahovej hodnoty len pre úzky frekvenčný rozsah. Napríklad polohy hranola a zrkadla sú zvolené tak, aby sa do prostredia vrátili len lúče s určitou vlnovou dĺžkou po odraze od zrkadla v dôsledku rozptylu a rôznych uhlov lomu. Generovanie lasera sa poskytuje len pre takéto vlnové dĺžky. Otáčaním hranola je možné plynule nastavovať frekvenciu žiarenia farbiaceho lasera. Lasovanie sa uskutočňovalo s mnohými farbivami, čo umožnilo získať laserové žiarenie nielen v celom optickom rozsahu, ale aj vo významnej časti infračervenej a ultrafialovej oblasti spektra.

Polovodičové lasery. Hlavným príkladom fungovania polovodičových laserov je magneticko-optické pamäťové zariadenie (MO).

Prevádzkové princípy skladovania MO.

Pohon MO je postavený na kombinácii magnetického a optického princípu ukladania informácií. Informácie sa zapisujú pomocou laserového lúča a magnetického poľa a čítajú sa iba pomocou lasera.

Počas procesu záznamu na MO disk ohrieva laserový lúč určité body na diskoch a vplyvom teploty prudko klesá odpor voči zmene polarity vyhrievaného bodu, čo umožňuje magnetickému poľu zmeniť polaritu bodu. . Po dokončení ohrevu sa odpor opäť zvýši. Polarita vyhrievaného bodu zostáva v súlade s magnetickým poľom, ktoré naň pôsobí v momente zahrievania.

Dnešné dostupné jednotky MO používajú dva cykly na zaznamenávanie informácií: cyklus vymazania a cyklus zápisu. Počas procesu vymazávania má magnetické pole rovnakú polaritu, ktorá zodpovedá binárnym nulám. Laserový lúč postupne zahrieva celú vymazanú oblasť a zapíše tak na disk sekvenciu núl. Počas zapisovacieho cyklu je polarita magnetického poľa obrátená, čo zodpovedá binárnemu poli. V tomto cykle je laserový lúč zapnutý len v tých oblastiach, ktoré by mali obsahovať binárne jednotky, pričom oblasti s binárnymi nulami zostávajú nezmenené.

V procese čítania z MO disku sa využíva Kerrov efekt, ktorý spočíva v zmene roviny polarizácie odrazeného laserového lúča v závislosti od smeru magnetického poľa odrazového prvku. Reflexným prvkom je v tomto prípade bod na povrchu disku zmagnetizovaný počas záznamu, zodpovedajúci jednému bitu uloženej informácie. Pri čítaní sa využíva laserový lúč s nízkou intenzitou, pri ktorom nedochádza k zahrievaniu čítanej plochy, takže sa pri čítaní neničia uložené informácie.

Táto metóda na rozdiel od bežnej používanej pri optických diskoch nedeformuje povrch disku a umožňuje opakovaný záznam bez ďalšieho vybavenia. Táto metóda má oproti tradičnému magnetickému záznamu výhodu aj z hľadiska spoľahlivosti. Keďže remagnetizácia sekcií disku je možná len pod vplyvom vysokej teploty, pravdepodobnosť náhodného zvrátenia magnetizácie je veľmi nízka, na rozdiel od tradičného magnetického záznamu, ktorého stratu môžu spôsobiť náhodné magnetické polia.

Rozsah použitia MO diskov je určený jeho vysokými vlastnosťami z hľadiska spoľahlivosti, objemu a vymeniteľnosti. MO disk je potrebný pre úlohy, ktoré vyžadujú veľký priestor na disku. Ide o úlohy ako spracovanie obrazu a zvuku. Nízka rýchlosť prístupu k dátam však neumožňuje použiť MO disky na úlohy s kritickou reaktivitou systému. Preto použitie MO diskov v takýchto úlohách spočíva v ukladaní dočasných alebo záložných informácií na nich. Veľmi výhodné využitie MO diskov je na zálohovanie pevných diskov alebo databáz. Na rozdiel od páskových jednotiek tradične používaných na tieto účely, ukladanie informácií o zálohe na MO disky výrazne zvyšuje rýchlosť obnovy dát po zlyhaní. Vysvetľuje to skutočnosť, že disky MO sú zariadenia s náhodným prístupom, čo vám umožňuje obnoviť iba tie údaje, ktoré zlyhali. Navyše pri tejto metóde obnovy nie je potrebné úplne zastaviť systém, kým sa dáta úplne neobnovia. Tieto výhody v kombinácii s vysokou spoľahlivosťou ukladania informácií robia použitie MO diskov na zálohovanie rentabilným, aj keď drahším v porovnaní s páskovými jednotkami.

Použitie MO diskov sa odporúča aj pri práci s veľkým objemom súkromných informácií. Jednoduchá výmena diskov umožňuje ich používanie iba počas práce, bez obáv o ochranu počítača počas mimopracovných hodín je možné ukladať dáta na samostatnom chránenom mieste. Táto istá vlastnosť robí MO disky nepostrádateľnými v situáciách, keď je potrebné prepravovať veľké objemy z miesta na miesto, napríklad z práce domov a späť.

Hlavné perspektívy rozvoja MO diskov súvisia predovšetkým so zvýšením rýchlosti záznamu dát. Nízka rýchlosť je určená predovšetkým dvojpriechodovým záznamovým algoritmom. V tomto algoritme sú nuly a jednotky zapísané v rôznych priechodoch, pretože magnetické pole, ktoré určuje smer polarizácie konkrétnych bodov na disku, nemôže dostatočne rýchlo zmeniť svoj smer.

Najrealistickejšou alternatívou k dvojpriechodovému záznamu je technológia založená na fázovej zmene. Takýto systém už zaviedli niektoré výrobné podniky. Existuje niekoľko ďalších vývojov v tomto smere týkajúcich sa polymérnych farbív a modulácií magnetického poľa a výkonu laserového žiarenia.

Technológia fázovej zmeny je založená na schopnosti látky prechádzať z kryštalického stavu na amorfný. Stačí osvetliť určitý bod na povrchu disku laserovým lúčom určitého výkonu a látka sa v tomto bode premení do amorfného stavu. V tomto prípade sa odrazivosť disku v tomto bode mení. Zápis informácií prebieha oveľa rýchlejšie, no zároveň dochádza k deformácii povrchu disku, čo obmedzuje počet cyklov prepisovania.

V súčasnosti sa vyvíja technológia, ktorá umožňuje obrátiť polaritu magnetického poľa v priebehu niekoľkých nanosekúnd. To umožní, aby sa magnetické pole synchrónne menilo s príchodom údajov na záznam. Existuje aj technológia založená na modulácii laserového žiarenia. Pri tejto technológii disk pracuje v troch režimoch: režim nízkej intenzity čítania, režim strednej intenzity zápisu a režim vysokej intenzity zápisu. Modulácia intenzity laserového lúča vyžaduje viac komplexná štruktúra disk a doplnenie hnacieho mechanizmu o inicializačný magnet namontovaný pred predpätím magnetu s opačnou polaritou. V najjednoduchšom prípade má disk dve pracovné vrstvy – inicializačnú a nahrávaciu. Inicializačná vrstva je vyrobená z takého materiálu, že inicializačný magnet môže zmeniť svoju polaritu bez dodatočného ožiarenia laserom.

Samozrejme, MO disky sú sľubné a rýchlo sa rozvíjajúce zariadenia, ktoré dokážu vyriešiť vznikajúce problémy s veľkým objemom informácií. Ich ďalší vývoj ale závisí nielen od technológie záznamu na ne, ale aj od pokroku v oblasti iných pamäťových médií. A pokiaľ nebude vynájdený efektívnejší spôsob ukladania informácií, MO disky môžu prevziať dominantnú úlohu.

Svetlo sa po stáročia používa na liečbu rôznych chorôb. Starovekí Gréci a Rimania často „brali slnko“ ako liek. A zoznam chorôb, ktoré sa mali liečiť svetlom, bol dosť veľký.

Skutočný úsvit fototerapie nastal v 19. storočí – s vynálezom elektrických lámp sa objavili nové možnosti. IN koniec XIX storočia sa červené svetlo používalo na liečbu kiahní a osýpok umiestnením pacienta do špeciálnej komory s červenými žiaričmi. Na liečbu duševných chorôb sa úspešne používajú aj rôzne „farebné kúpele“ (to znamená svetlo rôznych farieb). Okrem toho vedúce postavenie v oblasti fototerapie začiatkom dvadsiateho storočia obsadila Ruská ríša.

Začiatkom šesťdesiatych rokov sa objavili prvé laserové medicínske prístroje. Dnes sa laserové technológie používajú takmer na akúkoľvek chorobu.

1. Fyzikálne základy využitia laserovej technológie v medicíne

1.1 Princíp činnosti lasera

Lasery sú založené na fenoméne stimulovanej emisie, ktorej existenciu predpokladal A. Einstein v roku 1916. V kvantových systémoch s diskrétnymi energetickými hladinami existujú tri typy prechodov medzi energetickými stavmi: indukované prechody, spontánne prechody a nežiarivé prechody. relaxačné prechody. Vlastnosti stimulovanej emisie určujú koherenciu žiarenia a zisk v kvantovej elektronike. Spontánna emisia spôsobuje prítomnosť hluku, slúži ako zárodočný impulz v procese zosilnenia a budenia vibrácií a spolu s neradiačnými relaxačnými prechodmi hrá dôležitú úlohu pri získavaní a udržiavaní termodynamicky nerovnovážneho vyžarovacieho stavu.

Počas indukovaných prechodov sa kvantový systém môže prenášať z jedného energetického stavu do druhého, a to tak, že absorbuje energiu elektromagnetického poľa (prechod z nižšej energetickej hladiny na vyššiu), ako aj vyžaruje elektromagnetickú energiu (prechod z hornej úrovne na nižší).

Svetlo sa šíri vo forme elektromagnetickej vlny, pričom energia pri emisii a absorpcii sa sústreďuje do svetelných kvantít, zatiaľ čo pri interakcii elektromagnetického žiarenia s hmotou, ako ukázal Einstein v roku 1917, spolu s absorpciou a spontánnou emisiou je nútená ( indukované) žiarenie vzniká ) žiarenie, ktoré tvorí základ pre vývoj laserov.

Zosilnenie elektromagnetických vĺn v dôsledku stimulovanej emisie alebo iniciácie samobudených kmitov elektromagnetického žiarenia v rozsahu centimetrových vĺn a tým vytvorenie zariadenia tzv. maser(mikrovlnné zosilnenie stimulovanou emisiou žiarenia), bola realizovaná v roku 1954. Po návrhu (1958) rozšíriť tento princíp zosilnenia na výrazne kratšie svetelné vlny, prvý laser(Zosilňovanie svetla pomocou stimulovanej emisie žiarenia).

Laser je svetelný zdroj, pomocou ktorého možno vytvárať koherentné elektromagnetické žiarenie, ktoré je nám známe z rádiotechniky a mikrovlnnej techniky, ako aj v krátkovlnných, najmä infračervených a viditeľných oblastiach spektra.

1.2 Typy laserov

Existujúce typy laserov možno klasifikovať podľa niekoľkých kritérií. V prvom rade podľa stavu agregácie aktívneho média: plyn, kvapalina, tuhá látka. Každá z týchto veľkých tried je rozdelená na menšie: charakteristické znaky aktívne médium, typ čerpania, spôsob vytvárania inverzie a pod. Napríklad medzi pevnolátkovými lasermi sa celkom zreteľne rozlišuje široká trieda polovodičových laserov, v ktorých sa najviac používa vstrekovanie. Plynové lasery zahŕňajú atómové, iónové a molekulárne lasery. Zvláštne miesto medzi všetkými ostatnými lasermi má voľný elektrónový laser, ktorého činnosť je založená na klasickom efekte generovania svetla relativisticky nabitými časticami vo vákuu.

1.3 Charakteristika laserového žiarenia

Laserové žiarenie sa líši od žiarenia z konvenčných svetelných zdrojov v nasledujúcich charakteristikách:

Vysoká hustota spektrálnej energie;

Monochromatický;

Vysoká časová a priestorová súdržnosť;

Vysoká stabilita intenzity laserového žiarenia v stacionárnom režime;

Schopnosť vytvárať veľmi krátke svetelné impulzy.

Tieto špeciálne vlastnosti laserového žiarenia mu poskytujú širokú škálu aplikácií. Sú determinované najmä procesom generovania žiarenia v dôsledku stimulovanej emisie, ktorá sa zásadne líši od bežných svetelných zdrojov.

Hlavné charakteristiky lasera sú: vlnová dĺžka, výkon a prevádzkový režim, ktorý môže byť kontinuálny alebo pulzný.

Lasery nájdu široké uplatnenie v lekárskej praxi a najmä v chirurgii, onkológii, oftalmológii, dermatológii, stomatológii a iných odboroch. Mechanizmus interakcie laserového žiarenia s biologickým objektom ešte nie je úplne preštudovaný, ale možno poznamenať, že dochádza buď k tepelným účinkom, alebo k rezonančným interakciám s tkanivovými bunkami.

Laserové ošetrenie je bezpečné a je veľmi dôležité pre ľudí s alergiou na lieky.

2. Mechanizmus interakcie laserového žiarenia s biologickými tkanivami

2.1 Typy interakcií

Dôležitou vlastnosťou laserového žiarenia pre chirurgiu je schopnosť koagulovať krvou nasýtené (vaskularizované) biologické tkanivo.

väčšinou koagulácia vzniká v dôsledku absorpcie laserového žiarenia krvou, jej silného zahrievania až do varu a tvorby krvných zrazenín. Absorpčným cieľom počas koagulácie teda môže byť hemoglobín alebo vodná zložka krvi. To znamená, že žiarenie z laserov v oranžovo-zelenom spektre (KTP laser, medená para) a infračervených laserov (neodym, holmium, erbium v ​​skle, CO2 laser) účinne koaguluje biologické tkanivo.

Avšak pri veľmi vysokej absorpcii v biologickom tkanive, ako je napríklad erbiový granátový laser s vlnovou dĺžkou 2,94 mikrónov, sa laserové žiarenie absorbuje v hĺbke 5 - 10 mikrónov a nemusí sa dostať ani do cieľa - kapiláry.

Chirurgické lasery sú rozdelené do dvoch veľkých skupín: ablatívny(z latinského ablatio - „odobratie“; v medicíne - chirurgické odstránenie, amputácia) a neablatívne lasery. Ablatívne lasery sú bližšie k skalpelu. Neoblačné lasery fungujú na inom princípe: po ošetrení predmetu, napríklad bradavice, papilómov alebo hemangiómov, takýmto laserom tento predmet zostane na svojom mieste, no po určitom čase v ňom prebehne séria biologických účinkov. zomrie. V praxi to vyzerá takto: novotvar mumifikuje, vysychá a odpadáva.

V chirurgii sa používajú kontinuálne CO2 lasery. Princíp je založený na tepelných účinkoch. Výhody laserovej operácie spočívajú v tom, že je bezkontaktná, prakticky bez krvi, sterilná, lokálna, zabezpečuje hladké hojenie vypreparovaného tkaniva a tým aj dobré kozmetické výsledky.

V onkológii sa zistilo, že laserový lúč má deštruktívny účinok na nádorové bunky. Mechanizmus deštrukcie je založený na tepelnom efekte, vďaka ktorému vzniká teplotný rozdiel medzi povrchom a vnútornými časťami objektu, čo vedie k silným dynamickým účinkom a deštrukcii nádorových buniek.

Dnes je veľmi sľubný aj taký smer ako fotodynamická terapia. Množstvo článkov o klinických aplikáciách túto metódu. Jeho podstatou je, že do tela pacienta sa zavádza špeciálna látka - fotosenzibilizátor. Táto látka je selektívne akumulovaná rakovinovým nádorom. Po ožiarení nádoru špeciálnym laserom dochádza k sérii fotochemických reakcií, pri ktorých sa uvoľňuje kyslík, ktorý zabíja rakovinové bunky.

Jedným zo spôsobov, ako ovplyvniť telo laserovým žiarením, je intravenózne laserové ožarovanie krvi(ILBI), ktorý sa v súčasnosti úspešne využíva v kardiológii, pneumológii, endokrinológii, gastroenterológii, gynekológii, urológii, anestéziológii, dermatológii a ďalších oblastiach medicíny. Hlboké vedecké štúdium problematiky a predvídateľnosť výsledkov prispieva k využívaniu ILBI samostatne aj v kombinácii s inými liečebnými metódami.

Pre ILBI sa zvyčajne používa laserové žiarenie v červenej oblasti spektra
(0,63 mikrónov) s výkonom 1,5-2 mW. Liečba sa vykonáva denne alebo každý druhý deň; na kurz od 3 do 10 sedení. Doba expozície pre väčšinu chorôb je 15-20 minút na jedno sedenie pre dospelých a 5-7 minút pre deti. Intravenózna laserová terapia sa môže vykonávať takmer v každej nemocnici alebo na klinike. Výhodou ambulantnej laserovej terapie je, že znižuje možnosť vzniku infekcie získanej v nemocnici, vytvára dobré psycho-emocionálne zázemie, čo umožňuje pacientovi zostať funkčný po dlhú dobu pri podstupovaní procedúr a pri plnej liečbe.

V oftalmológii sa lasery používajú na liečbu aj diagnostiku. Pomocou lasera sa zvarí sietnica oka a zvaria sa cievy očnej cievovky. Argónové lasery vyžarujúce v modro-zelenej oblasti spektra sa používajú v mikrochirurgii na liečbu glaukómu. Excimerové lasery sa už dlho úspešne používajú na korekciu zraku.

V dermatológii sa laserovým žiarením lieči mnohé ťažké a chronické kožné ochorenia, odstraňujú sa aj tetovania. Pri ožiarení laserom sa aktivuje regeneračný proces a aktivuje sa výmena bunkových elementov.

Základným princípom používania laserov v kozmeteológii je, že svetlo ovplyvňuje iba objekt alebo látku, ktorá ho pohlcuje. V koži je svetlo absorbované špeciálnymi látkami - chromofórmi. Každý chromofor absorbuje v určitom rozsahu vlnových dĺžok, napríklad pre oranžové a zelené spektrum je to hemoglobín v krvi, pre červené spektrum melanín vo vlasoch a pre infračervené spektrum je to bunková voda.

Keď sa žiarenie absorbuje, energia laserového lúča sa premení na teplo v oblasti kože, ktorá obsahuje chromofor. Pri dostatočnom výkone laserového lúča to vedie k tepelnej deštrukcii cieľa. Pomocou laseru je teda možné selektívne zacieliť napríklad na korienky vlasov, pigmentové škvrny a iné kožné defekty.

V dôsledku prenosu tepla sa však zahrievajú aj susedné oblasti, aj keď obsahujú málo chromofórov absorbujúcich svetlo. Procesy absorpcie a prenosu tepla závisia od fyzikálnych vlastností terča, jeho hĺbky a veľkosti. Preto je v laserovej kozmeteológii dôležité starostlivo vybrať nielen vlnovú dĺžku, ale aj energiu a trvanie laserových impulzov.

V zubnom lekárstve je laserové ožarovanie najúčinnejšou fyzioterapeutickou liečbou pri ochoreniach parodontu a ochoreniach ústnej sliznice.

Namiesto akupunktúry sa používa laserový lúč. Výhodou použitia laserového lúča je, že nedochádza ku kontaktu s biologickým objektom, a preto je proces sterilný a bezbolestný s vysokou účinnosťou.

Svetlovodné prístroje a katétre pre laserovú chirurgiu sú určené na dodávanie vysokovýkonného laserového žiarenia do operačného miesta pri otvorených, endoskopických a laparoskopických operáciách v urológii, gynekológii, gastroenterológii, Všeobecná chirurgia, artroskopia, dermatológia. Umožňuje rezanie, excíziu, abláciu, vaporizáciu a koaguláciu tkanív pri chirurgických operáciách v kontakte s biologickým tkanivom alebo v bezkontaktnom režime použitia (pri odstránení konca vlákna z biologického tkaniva). Žiarenie môže vychádzať buď z konca vlákna alebo cez okienko na bočnom povrchu vlákna. Môže byť použitý vo vzduchu (plyn) aj vo vode (kvapalina). Na špeciálnu objednávku sú pre jednoduché použitie katétre vybavené ľahko odnímateľnou rukoväťou - držiakom svetlovodu.

V diagnostike sa lasery využívajú na zisťovanie rôznych nehomogenít (nádory, hematómy) a meranie parametrov živého organizmu. Základy diagnostických operácií spočívajú v prechode laserového lúča cez telo pacienta (alebo niektorý z jeho orgánov) a použitie spektra alebo amplitúdy prenášaného alebo odrazeného žiarenia na stanovenie diagnózy. Známe metódy detekcie rakovinové nádory v onkológii, hematómy v traumatológii, ako aj pri meraní krvných parametrov (takmer akýchkoľvek, od krvného tlaku až po hladinu cukru a kyslíka).

2.2 Vlastnosti interakcie lasera pri rôznych parametroch žiarenia

Pre chirurgické účely musí byť laserový lúč dostatočne výkonný, aby zahrial biologické tkanivo nad 50 - 70 °C, čo vedie k jeho koagulácii, rezaniu alebo vyparovaniu. Preto pri laserovej chirurgii, keď hovoríme o sile laserového žiarenia konkrétneho zariadenia, používajú čísla označujúce jednotky, desiatky a stovky Wattov.

Chirurgické lasery sú buď kontinuálne alebo pulzné, v závislosti od typu aktívneho média. Bežne ich možno rozdeliť do troch skupín podľa úrovne výkonu.

1. Zrážanie: 1 - 5 W.

2. Odparovanie a plytké rezanie: 5 - 20 W.

3. Hĺbkové rezanie: 20 - 100 W.

Každý typ lasera je primárne charakterizovaný vlnovou dĺžkou žiarenia. Vlnová dĺžka určuje stupeň absorpcie laserového žiarenia biologickým tkanivom, a teda hĺbku prieniku a stupeň ohrevu operačnej oblasti a okolitého tkaniva.

Vzhľadom na to, že voda je obsiahnutá takmer vo všetkých druhoch biologického tkaniva, môžeme povedať, že na chirurgiu je vhodnejšie použiť typ lasera, ktorého žiarenie má absorpčný koeficient vo vode väčší ako 10 cm-1, resp. ktorého hĺbka prieniku nepresahuje 1 mm.

Ďalšie dôležité vlastnosti chirurgických laserov,
určenie ich použitia v medicíne:

sila žiarenia;

nepretržitý alebo pulzný režim prevádzky;

schopnosť koagulovať krvou nasýtené biologické tkanivo;

možnosť prenosu žiarenia cez optické vlákno.

Keď je biologické tkanivo vystavené laserovému žiareniu, najskôr sa zahreje a potom sa odparí. Na efektívne rezanie biologického tkaniva potrebujete na jednej strane rýchle odparovanie v mieste rezu a na druhej strane minimálne súčasné zahrievanie okolitých tkanív.

Pri rovnakom priemernom výkone žiarenia krátky impulz ohrieva tkanivo rýchlejšie ako nepretržité žiarenie a šírenie tepla do okolitého tkaniva je minimálne. Ale ak majú impulzy nízku frekvenciu opakovania (menej ako 5 Hz), potom je ťažké urobiť súvislý rez, je to skôr perforácia. Preto by mal mať laser prednostne pulzný prevádzkový režim s frekvenciou opakovania pulzu väčšou ako 10 Hz a trvanie pulzu by malo byť čo najkratšie, aby sa dosiahol vysoký špičkový výkon.

V praxi sa optimálny výkon pre operáciu pohybuje od 15 do 60 W v závislosti od vlnovej dĺžky lasera a aplikácie.

3. Sľubné laserové metódy v medicíne a biológii

Vývoj laserovej medicíny sleduje tri hlavné odvetvia: laserovú chirurgiu, laserovú terapiu a laserovú diagnostiku. Jedinečné vlastnosti laserového lúča umožňujú vykonávať doteraz nemožné operácie pomocou nových účinných a minimálne invazívnych metód.

Rastie záujem o nemedikamentóznu liečbu, vrátane fyzikálnej terapie. Často nastávajú situácie, keď je potrebné vykonať nie jeden fyzický výkon, ale niekoľko, a potom sa pacient musí presunúť z jednej kabíny do druhej, niekoľkokrát sa obliecť a vyzliecť, čo vytvára ďalšie problémy a stratu času.

Rozmanitosť terapeutických metód si vyžaduje použitie laserov s rôznymi parametrami žiarenia. Na tieto účely sa používajú rôzne vysielacie hlavy, ktoré obsahujú jeden alebo viac laserov a elektronické zariadenie na spájanie riadiacich signálov zo základnej jednotky s laserom.

Vyžarovacie hlavice sú rozdelené na univerzálne, čo umožňuje ich použitie ako externé (pomocou zrkadlových a magnetických nástavcov), tak intrakavitálne pomocou špeciálnych optických nástavcov; matice, majúce veľká plochažiarenie a tie aplikované povrchovo, ako aj špecializované. Rôzne optické nástavce umožňujú dodanie žiarenia do požadovanej oblasti expozície.

Blokový princíp umožňuje použitie širokej škály laserových a LED hláv s rôznymi spektrálnymi, časopriestorovými a energetickými charakteristikami, čo následne zvyšuje efektivitu liečby na kvalitatívne novú úroveň vďaka kombinovanej implementácii. rôzne techniky laserová terapia. Účinnosť liečby je určená predovšetkým účinných metód a zariadení, ktoré zabezpečuje ich realizáciu. Moderné techniky vyžadujú možnosť výberu rôznych expozičných parametrov (režim žiarenia, vlnová dĺžka, výkon) v širokom rozsahu. Laserový terapeutický prístroj (ALT) musí zabezpečovať tieto parametre, ich spoľahlivé ovládanie a zobrazovanie a zároveň byť jednoduchý a pohodlný na obsluhu.

4. Lasery používané v medicínskej technike

4.1 CO2 lasery

CO2 laser, t.j. Laser, ktorého emitujúcou zložkou aktívneho média je oxid uhličitý CO2, zaberá osobitné miesto medzi paletou existujúcich laserov. Tento jedinečný laser sa vyznačuje predovšetkým tým, že sa vyznačuje vysokým energetickým výkonom a vysokou účinnosťou. V kontinuálnom režime boli získané obrovské výkony – niekoľko desiatok kilowattov, pulzný výkon dosahoval úroveň niekoľkých gigawattov, pulzová energia sa meria v kilojouloch. Účinnosť CO2 lasera (asi 30%) prevyšuje účinnosť všetkých laserov. Frekvencia opakovania v pulzovo-periodickom režime môže byť niekoľko kilohertzov. Vlnové dĺžky CO2 laserového žiarenia sú v rozsahu 9-10 mikrónov (IR rozsah) a spadajú do okna priehľadnosti atmosféry. Preto je CO2 laserové žiarenie vhodné na intenzívne vystavenie hmote. Okrem toho rozsah vlnových dĺžok CO2 laserového žiarenia zahŕňa rezonančné absorpčné frekvencie mnohých molekúl.

Obrázok 1 zobrazuje nižšie úrovne vibrácií základného elektronického stavu spolu so symbolickým znázornením vibračného režimu molekuly CO2.

Obrázok 20 - Nižšie hladiny molekuly CO2

Laserový čerpací cyklus CO2 lasera dovnútra lôžkových podmienkach nasledovne. Plazmové elektróny žeravého výboja excitujú molekuly dusíka, ktoré prenášajú excitačnú energiu na asymetrickú naťahovaciu vibráciu molekúl CO2, ktorá má dlhú životnosť a je hornou laserovou hladinou. Nižšia hladina lasera je zvyčajne prvou excitovanou úrovňou symetrickej naťahovacej vibrácie, ktorá je silne spojená Fermiho rezonanciou s ohybovou vibráciou, a preto sa rýchlo uvoľňuje spolu s touto vibráciou pri zrážkach s héliom. Je zrejmé, že rovnaký relaxačný kanál je účinný v prípade, keď je spodná hladina lasera druhou excitovanou úrovňou deformačného módu. CO2 laser je teda laser využívajúci zmes oxidu uhličitého, dusíka a hélia, kde CO2 poskytuje žiarenie, N2 pumpuje hornú hladinu a He vyčerpáva spodnú hladinu.

CO2 lasery stredného výkonu (desiatky - stovky wattov) sú navrhnuté samostatne vo forme relatívne dlhých trubíc s pozdĺžnym výbojom a pozdĺžnym čerpaním plynu. Typická konštrukcia takéhoto lasera je znázornená na obrázku 2. Tu 1 - výbojová trubica, 2 - prstencové elektródy, 3 - pomalá obnova média, 4 - výbojová plazma, 5 - vonkajšia trubica, 6 - chladiaca tečúca voda, 7, 8 - rezonátor.

Obrázok 20 - Schéma CO2 lasera s difúznym chladením

Pozdĺžne čerpanie slúži na odstránenie produktov disociácie plynnej zmesi vo výboji. K ochladzovaniu pracovného plynu v takýchto systémoch dochádza v dôsledku difúzie na externe chladenú stenu výbojky. Podstatná je tepelná vodivosť materiálu steny. Z tohto hľadiska je vhodné použiť rúry z korundovej (Al2O3) alebo berýliovej (BeO) keramiky.

Elektródy sú vyrobené v tvare prstenca, aby neblokovali cestu žiarenia. Joulovo teplo je odvádzané tepelným vedením na steny trubice, t.j. Používa sa difúzne chladenie. Pevné zrkadlo je vyrobené z kovu, priesvitné z NaCl, KCl, ZnSe, AsGa.

Alternatívou k difúznemu chladeniu je konvekčné chladenie. Pracovný plyn je fúkaný cez oblasť výboja vysokou rýchlosťou a Jouleovo teplo je odvádzané výbojom. Použitie rýchleho čerpania umožňuje zvýšiť hustotu uvoľňovania a odoberania energie.

CO2 laser sa v medicíne používa takmer výlučne ako „optický skalpel“ na rezanie a vaporizáciu pri všetkých chirurgických operáciách. Rezný efekt zaostreného laserového lúča je založený na explozívnom vyparovaní intra- a extracelulárnej vody v oblasti zaostrovania, vďaka čomu dochádza k deštrukcii štruktúry materiálu. Deštrukcia tkaniva vedie k charakteristickému tvaru okrajov rany. V úzko ohraničenej interakčnej oblasti sa teplota 100 °C prekročí až pri dosiahnutí dehydratácie (ochladzovania odparovaním). Ďalšie zvýšenie teploty má za následok odstránenie materiálu zuhoľnatením alebo vyparovaním tkaniva. Priamo v okrajových zónach sa v dôsledku všeobecne zlej tepelnej vodivosti vytvára tenké nekrotické zhrubnutie s hrúbkou 30-40 mikrónov. Vo vzdialenosti 300-600 mikrónov už nedochádza k poškodeniu tkaniva. V koagulačnej zóne sa spontánne uzatvárajú krvné cievy s priemerom do 0,5-1 mm.

Chirurgické prístroje na báze CO2 laserov sú v súčasnosti ponúkané v pomerne širokom sortimente. Navádzanie laserového lúča sa vo väčšine prípadov uskutočňuje pomocou systému kĺbových zrkadiel (manipulátorov), končiacich prístrojom so zabudovanou fokusačnou optikou, s ktorou chirurg manipuluje v operovanej oblasti.

4.2 Hélium-neónové lasery

IN hélium-neónový laser Pracovnou látkou sú neutrálne neónové atómy. Excitácia sa uskutočňuje elektrickým výbojom. Je ťažké vytvoriť inverziu v nepretržitom režime v čistom neóne. Táto ťažkosť, ktorá je v mnohých prípadoch dosť všeobecná, je prekonaná zavedením dodatočného plynu do výboja - hélia, ktoré pôsobí ako donor excitačnej energie. Energie prvých dvoch excitovaných metastabilných hladín hélia (obrázok 3) sa celkom presne zhodujú s energiami hladín 3s a 2s neónu. Preto sú podmienky na prenos rezonančného budenia podľa schémy dobre realizované

Obrázok 20 - Schéma úrovne He-Ne lasera

Pri správne zvolených tlakoch neónu a hélia, ktoré spĺňajú podmienku

je možné dosiahnuť populáciu jednej alebo oboch hladín neónu 3s a 2s, ktorá je výrazne vyššia ako v prípade čistého neónu, a získať inverziu populácie.

K vyčerpaniu nižších úrovní lasera dochádza pri kolíznych procesoch, vrátane kolízií so stenami plynovej výbojky.

K excitácii atómov hélia (a neónu) dochádza v nízkoprúdovom žeravom výboji (obrázok 4). V laseroch s kontinuálnou vlnou na neutrálnych atómoch alebo molekulách sa na vytvorenie aktívneho prostredia najčastejšie používa slabo ionizovaná plazma kladného stĺpca žeravého výboja. Prúdová hustota žeravého výboja je 100-200 mA/cm2. Sila pozdĺžneho elektrického poľa je taká, že počet elektrónov a iónov vyskytujúcich sa v jednom segmente výbojovej medzery kompenzuje stratu nabitých častíc počas ich difúzie k stenám plynovej výbojky. Potom je kladný stĺpec výboja stacionárny a homogénny. Teplota elektrónu je určená súčinom tlaku plynu a vnútorného priemeru trubice. Pri nízkych teplotách je teplota elektrónov vysoká, pri vysokých je nízka. Stálosť hodnoty určuje podmienky podobnosti výbojov. Pri konštantnej hustote počtu elektrónov zostanú podmienky a parametre výbojov nezmenené, ak je produkt konštantný. Hustota počtu elektrónov v slabo ionizovanej plazme kladného stĺpca je úmerná hustote prúdu.

Pre hélium-neónový laser sú optimálne hodnoty , ako aj čiastočné zloženie zmesi plynov pre rôzne oblasti spektrálneho lasera trochu odlišné.

V oblasti 0,63 µm najintenzívnejšia z čiar v sérii, čiara (0,63282 µm), zodpovedá optimálnemu Tor mm.

Obrázok 20 - Schéma návrhu He-Ne lasera

Charakteristické hodnoty sily žiarenia hélium-neónových laserov by sa mali považovať za desiatky miliwattov v oblasti 0,63 a 1,15 mikrónov a stovky v oblasti 3,39 mikrónov. Životnosť laserov je obmedzená procesmi vo výboji a počíta sa v rokoch. V priebehu času sa zloženie plynu vo výboji mení. V dôsledku sorpcie atómov v stenách a elektródach nastáva proces „tvrdnutia“, tlak klesá a pomer parciálnych tlakov He a Ne sa mení.

Najväčšia krátkodobá stabilita, jednoduchosť a spoľahlivosť konštrukcie hélium-neónového lasera je dosiahnutá inštaláciou dutinových zrkadiel vo vnútri výbojovej trubice. Pri tomto usporiadaní však zrkadlá pomerne rýchlo zlyhávajú v dôsledku bombardovania nabitými časticami výbojovej plazmy. Preto je najpoužívanejšia konštrukcia, v ktorej je plynová výbojka umiestnená vo vnútri rezonátora (obrázok 5) a jej konce sú vybavené okienkami umiestnenými v Brewsterovom uhle k optickej osi, čím je zabezpečená lineárna polarizácia žiarenia. Toto usporiadanie má množstvo výhod - zjednodušuje sa nastavovanie zrkadiel rezonátora, zvyšuje sa životnosť plynovej výbojky a zrkadiel, je jednoduchšia ich výmena, je možné ovládať rezonátor a používať disperzný rezonátor, režim oddelenie atď.

Obrázok 20 - Dutina He-Ne lasera

Prepínanie medzi pásmami lasera (obrázok 6) v laditeľnom héliovo-neónovom laseri sa zvyčajne dosahuje zavedením hranola a na jemné doladenie čiary lasera sa zvyčajne používa difrakčná mriežka.

Obrázok 20 - Použitie kožovitého hranola

4.3 YAG lasery

Trojmocný neodýmový ión ľahko aktivuje mnohé matrice. Z nich boli najsľubnejšie kryštály ytriový hliníkový granát Y3Al5O12 (YAG) a sklo. Čerpanie prenáša ióny Nd3+ zo základného stavu 4I9/2 do niekoľkých relatívne úzkych pásiem, ktoré zohrávajú úlohu hornej úrovne. Tieto pásy sú tvorené sériou prekrývajúcich sa excitovaných stavov a ich polohy a šírky sa mierne líšia od matrice k matrici. Z čerpacích pásov dochádza k rýchlemu prenosu excitačnej energie na metastabilnú úroveň 4F3/2 (obrázok 7).

Obrázok 20 - Energetické hladiny trojmocných iónov vzácnych zemín

Čím bližšie sú absorpčné pásy k úrovni 4F3/2, tým vyššia je účinnosť lasera. Výhodou YAG kryštálov je prítomnosť intenzívnej červenej absorpčnej línie.

Technológia rastu kryštálov je založená na Czochralského metóde, kedy sa YAG a prísada roztavia v irídiovom tégliku pri teplote cca 2000 °C s následným oddelením časti taveniny z téglika pomocou zárodku. Teplota semena je o niečo nižšia ako teplota taveniny a pri vyťahovaní tavenina postupne kryštalizuje na povrchu semena. Kryštalografická orientácia vykryštalizovanej taveniny reprodukuje orientáciu zárodku. Kryštál rastie v inertnom prostredí (argón alebo dusík) pri normálnom tlaku s malým prídavkom kyslíka (1-2 %). Akonáhle kryštál dosiahne požadovanú dĺžku, pomaly sa ochladí, aby sa zabránilo zničeniu v dôsledku tepelného namáhania. Proces rastu trvá 4 až 6 týždňov a je riadený počítačom.

Neodymové lasery pracujú v širokom rozsahu laserových režimov, od nepretržitého až po v podstate pulzný s trvaním dosahujúcim femtosekundy. To posledné sa dosiahne uzamknutím režimu v širokom zosilnenom riadku, ktorý je charakteristický pre laserové okuliare.

Pri vytváraní neodýmových, ale aj rubínových laserov boli implementované všetky charakteristické metódy riadenia parametrov laserového žiarenia vyvinuté kvantovou elektronikou. Okrem takzvanej voľnej generácie, ktorá pokračuje takmer počas celej životnosti pulzu pumpy, sa rozšírili režimy spínaného (spínaného) faktora Q a synchronizácie (samosynchronizácie) režimov.

V režime voľnej generácie je trvanie impulzov žiarenia 0,1...10 ms, energia žiarenia v obvodoch zosilňovania výkonu je asi 10 ps pri použití na Q-spínanie elektrooptických zariadení. Ďalšie skrátenie impulzov lasera je dosiahnuté použitím vybieliteľných filtrov pre Q-spínanie (0,1...10 ps) a blokovanie režimu (1...10 ps).

Pri vystavení biologického tkaniva intenzívnemu žiareniu z Nd-YAG laseru sa vytvorí dostatočne hlboká nekróza (koagulačné ohnisko). Efekt odstránenia tkaniva a tým aj rezný efekt je v porovnaní s efektom CO2 laseru zanedbateľný. Preto sa Nd-YAG laser používa predovšetkým na koaguláciu krvácania a na nekrotizáciu patologicky zmenených oblastí tkaniva takmer vo všetkých oblastiach chirurgie. Keďže prenos žiarenia je možný aj cez flexibilné optické káble, otvárajú sa vyhliadky na použitie Nd-YAG laserov v telesných dutinách.

4.4 Polovodičové lasery

Polovodičové lasery emitujú koherentné žiarenie v UV, viditeľnom alebo IR rozsahu (0,32...32 µm); Ako aktívne médium sa používajú polovodičové kryštály.

V súčasnosti je známych viac ako 40 rôznych polovodičových materiálov vhodných pre lasery. Čerpanie aktívneho média môže byť realizované elektrónovými lúčmi alebo optickým žiarením (0,32...16 µm), v p-n prechode polovodičového materiálu elektrickým prúdom z priloženého externého napätia (injekcia nosičov náboja, 0,57... 32 um).

Injekčné lasery sa líšia od všetkých ostatných typov laserov v nasledujúcich charakteristikách:

Vysoká energetická účinnosť (nad 10%);

Jednoduchosť budenia (priama premena elektrickej energie na koherentné žiarenie - v kontinuálnom aj impulznom prevádzkovom režime);

Možnosť priamej modulácie elektrickým prúdom do 1010 Hz;

Extrémne malé rozmery (dĺžka menej ako 0,5 mm; šírka nie viac ako 0,4 mm; výška nie viac ako 0,1 mm);

Nízke napätiečerpanie;

Mechanická spoľahlivosť;

Dlhá životnosť (až 107 hodín).

4.5 Excimerové lasery

Excimerové lasery, ktoré predstavujú novú triedu laserových systémov, otvárajú UV rozsah pre kvantovú elektroniku. Princíp činnosti excimerových laserov je vhodné vysvetliť na príklade xenónového (nm) lasera. Základný stav molekuly Xe2 je nestabilný. Neexcitovaný plyn pozostáva hlavne z atómov. Populácia horného laserového stavu, t.j. k vytvoreniu excitovanej stability molekuly dochádza pôsobením zväzku rýchlych elektrónov v zložitom slede zrážkových procesov. Medzi týmito procesmi zohráva významnú úlohu ionizácia a excitácia xenónu elektrónmi.

Exciméry halogenidov vzácnych plynov (monohalogenidy vzácnych plynov) sú veľmi zaujímavé najmä preto, že na rozdiel od dimérov vzácnych plynov príslušné lasery pracujú nielen s elektrónovým lúčom, ale aj s budením plynovým výbojom. Mechanizmus tvorby horných členov laserových prechodov v týchto excimeroch je do značnej miery nejasný. Kvalitatívne úvahy naznačujú väčšiu ľahkosť ich tvorby v porovnaní s prípadom dimérov vzácnych plynov. Existuje hlboká analógia medzi excitovanými molekulami zloženými z atómov alkalického materiálu a halogénu. Atóm inertného plynu v excitovanom elektrónovom stave je podobný atómu alkalického kovu a halogénu. Atóm inertného plynu v excitovanom elektrónovom stave je podobný atómu alkalického kovu, ktorý za ním nasleduje v periodickej tabuľke. Tento atóm sa ľahko ionizuje, pretože väzbová energia excitovaného elektrónu je nízka. Vďaka vysokej afinite halogénového elektrónu sa tento elektrón ľahko oddelí a keď sa zodpovedajúce atómy zrazia, ochotne preskočí na novú dráhu, ktorá atómy spojí, čím sa uskutoční takzvaná harpúnová reakcia.

Najbežnejšie typy excimerových laserov sú: Ar2 (126,5 nm), Kr2 (145,4 nm), Xe2 (172,5 nm), ArF (192 nm), KrCl (222,0 nm), KrF (249,0 nm), XeCl (308,0 nm) XeF (352,0 nm).

4.6 Farbiace lasery

Výrazná vlastnosť farbiace lasery je schopnosť pracovať v širokom rozsahu vlnových dĺžok od blízkeho IR po blízke UV, plynulé ladenie vlnovej dĺžky lasera v rozsahu niekoľkých desiatok nanometrov šírky s monochromaticitou dosahujúcou 1-1,5 MHz. Farebné lasery pracujú v kontinuálnom, pulznom a pulzovo-periodickom režime. Energia pulzov žiarenia dosahuje stovky joulov, výkon nepretržitej výroby dosahuje desiatky wattov, frekvencia opakovania je stovky hertzov a účinnosť desiatky percent (s laserovým čerpaním). V impulznom režime je trvanie generovania určené trvaním impulzov čerpadla. V režime uzamknutia sa dosahujú rozsahy trvania pikosekúnd a subpikosekúnd.

Vlastnosti farbivových laserov sú určené vlastnosťami ich pracovnej látky, organických farbív. Farbivá Je zvykom nazývať komplexné organické zlúčeniny s rozvetveným systémom zložitých chemických väzieb, ktoré majú intenzívne absorpčné pásy vo viditeľnej a blízkej UV oblasti spektra. Farebné organické zlúčeniny obsahujú nasýtené chromoforové skupiny typ NO2, N=N, =CO, zodpovedný za sfarbenie. Prítomnosť tzv auxochrómové skupiny typu NH3, OH dáva zlúčenine farebné vlastnosti.

4.7 Argónové lasery

Argónový laser sa týka typu laserov s plynovým výbojom, ktoré generujú pri prechodoch medzi hladinami iónov hlavne v modrozelenej časti viditeľnej a blízkej ultrafialovej oblasti spektra.

Tento laser typicky vyžaruje pri vlnových dĺžkach 0,488 µm a 0,515 µm, ako aj ultrafialové vlnové dĺžky 0,3511 µm a 0,3638 µm.

Výkon môže dosiahnuť 150 W (priemyselné vzorky 2 h 10 W, životnosť do 100 hodín). Schéma návrhu argónového lasera s budením jednosmerným prúdom je na obrázku 8.

Obrázok 20 - Schéma návrhu argónového lasera

1 - okná laserového výstupu; 2 - katóda; 3 - vodný chladiaci kanál; 4 - trubica na výboj plynu (kapilára); 5 - magnety; 6 - anóda; 7 - rúrka na obtok plynu; 8 - pevné zrkadlo; 9 - priesvitné zrkadlo

Výboj plynu vzniká v tenkej plynovej výbojke (4) s priemerom 5 mm v kapiláre, ktorá je chladená kvapalinou. Prevádzkový tlak plynu je v desiatkach Pa. Magnety (5) vytvárajú magnetické pole na „stláčanie“ výboja zo stien plynovej výbojky, čo zabraňuje výboju dotýkať sa jej stien. Toto opatrenie umožňuje zvýšiť výstupný výkon laserového žiarenia znížením rýchlosti relaxácie excitovaných iónov, ku ktorej dochádza v dôsledku kolízie so stenami trubice.

Obtokový kanál (7) je navrhnutý tak, aby vyrovnával tlak po dĺžke plynovej výtlačnej rúry (4) a zabezpečoval voľnú cirkuláciu plynu. Pri absencii takéhoto kanála sa po zapnutí oblúkového výboja v anódovej časti trubice hromadí plyn, čo môže viesť k jeho zhasnutiu. Mechanizmus toho, čo bolo povedané, je nasledujúci. Pod vplyvom elektrického poľa medzi katódou (2) a anódou (6) sa elektróny vrhnú na anódu 6, čím sa zvýši tlak plynu na anóde. To si vyžaduje vyrovnanie tlaku plynu v plynovej výbojovej trubici, aby sa zabezpečil normálny prietok procesu, ktorý sa vykonáva pomocou obtokovej trubice (7).

Na ionizáciu neutrálnych atómov argónu je potrebné prejsť plynom prúd s hustotou až niekoľko tisíc ampérov na štvorcový centimeter. Preto je potrebné účinné chladenie plynovej výtlačnej trubice.

Hlavné oblasti použitia argónových laserov: fotochémia, tepelné spracovanie, medicína. Argónový laser sa vďaka svojej vysokej selektivite voči autogénnym chromofórom používa v oftalmológii a dermatológii.

5. Sériovo vyrábané laserové zariadenia

Terapeuti používajú hélium-neónové lasery s nízkym výkonom vyžarujúce vo viditeľnej oblasti elektromagnetického spektra (λ=0,63 mikrónov). Jednou z fyzioterapeutických inštalácií je laserová inštalácia UFL-1, určený na liečbu akútnych a chronických ochorení maxilofaciálnej oblasti; možno použiť na liečbu dlhodobo sa nehojacich vredov a rán, ako aj v traumatológii, gynekológii, chirurgii (pooperačné obdobie). Využíva sa biologická aktivita červeného lúča hélium-neónového lasera (sila žiarenia
20 mW, intenzita žiarenia na povrchu objektu je 50-150 mW/cm2).

Existujú dôkazy, že tieto lasery sa používajú na liečbu žilových ochorení (trofické vredy). Priebeh liečby pozostáva z 20-25 desaťminútových sedení ožarovania trofického vredu nízkovýkonným hélium-neónovým laserom a spravidla končí jeho úplným zahojením. Podobný účinok sa pozoruje pri liečbe nehojacich sa traumatických rán a rán po popáleninách laserom. Boli testované dlhodobé účinky laserovej terapie na trofické vredy a nehojace sa rany veľké množstvá vyliečených pacientov v priebehu dvoch až siedmich rokov. Počas týchto období sa vredy a rany už neotvorili u 97 % bývalých pacientov a len u 3 % došlo k recidíve choroby.

Ľahká punkcia sa používa na liečbu rôznych ochorení nervového a cievneho systému, zmiernenie bolesti v dôsledku radikulitídy, reguláciu krvného tlaku atď. Laser ovláda stále viac nových lekárskych profesií. Laser lieči mozog. Toto je uľahčené aktivitou viditeľného spektra héliovo-neónových laserov s nízkou intenzitou. Laserový lúč, ako sa ukázalo, dokáže zmierniť bolesť, upokojiť a uvoľniť svaly a urýchliť regeneráciu tkanív. Mnoho liekov s podobnými vlastnosťami sa zvyčajne predpisuje pacientom, ktorí utrpeli traumatické poranenie mozgu, čo spôsobuje mimoriadne mätúce symptómy. Laserový lúč kombinuje účinok všetkých potrebných liekov. Potvrdili to odborníci z Centrálneho výskumného ústavu reflexológie Ministerstva zdravotníctva ZSSR a Výskumného ústavu neurochirurgie pomenovaného po ňom. K N. Burdenko AMS ZSSR.

Výskum možností liečby nezhubných a malígnych nádorov laserovým lúčom vedie Moskovský výskumný onkologický ústav pomenovaný po ňom. P.A. Herzen", Leningradský onkologický ústav pomenovaný po. N.N. Petrov a ďalšie onkologické centrá.

V tomto prípade sa používajú rôzne typy laserov: CO2 laser v režime kontinuálneho žiarenia (λ = 10,6 µm, výkon 100 W), hélium-neónový laser s režimom kontinuálneho žiarenia (λ = 0,63 µm, výkon 30 mW), hélium-kadmium laserový laser pracujúci v režime kontinuálneho žiarenia (λ = 0,44 μm, výkon 40 mW), pulzný dusíkový laser (λ = 0,34 μm, výkon impulzu 1,5 kW, priemerný výkon žiarenia 10 mW).

Boli vyvinuté a používané tri metódy ovplyvnenia laserového žiarenia na nádory (benígne a malígne):

a) Laser ožarovanie – ožarovanie nádory s rozostreným laserovým lúčom, čo vedie k smrti rakovinových buniek a strate schopnosti reprodukcie.

b) Laserová koagulácia – deštrukcia nádoru stredne zaostreným lúčom.

c) Laserová operácia – excízia nádoru spolu s priľahlými tkanivami fokusovaným laserovým lúčom. Vyvinuté laserové systémy:

"Yakhroma"- výkon až 2,5 W na výstupe svetlovodu pri vlnovej dĺžke 630 nm, expozičný čas od 50 do 750 sek; pulzný s frekvenciou opakovania 104 pulzov/s; na 2 laseroch - pulzný farbivový laser a medený parný laser "LGI-202". "Spektromovaný"- výkon 4 W s režimom kontinuálneho generovania, vlnová dĺžka 620-690 nm, expozičný čas od 1 do 9999 s pri použití zariadenia "expo"; na dvoch laseroch - kontinuálny farbiaci laser "Ametyst" a argónový laser "Inverzia" na fotodynamickú terapiu malígnych nádorov ( moderná metóda selektívny vplyv na rakovinové bunky tela).

Metóda je založená na rozdiele absorpcie laserového žiarenia bunkami, ktoré sa líšia svojimi parametrami. Lekár vstrekuje fotosenzibilizačné činidlá (telo získava špecifickú zvýšenú citlivosť na cudzorodé látky) liek do oblasti akumulácie patologických buniek. Laserové žiarenie zasahujúce telesné tkanivo je selektívne absorbované rakovinovými bunkami obsahujúcimi liečivo, čím ich ničí, čo umožňuje zničenie rakovinových buniek bez poškodenia okolitého tkaniva.

Laserové zariadenie ATKUS-10(JSC "Semiconductor Devices"), znázornené na obrázku 9, umožňuje ovplyvňovať novotvary laserovým žiarením s dvoma rôznymi vlnovými dĺžkami 661 a 810 nm. Prístroj je určený na použitie v širokom spektre zdravotníckych zariadení, ako aj na riešenie rôznych vedeckých a technických problémov ako zdroj silného laserového žiarenia. Pri používaní prístroja nedochádza k výrazným deštruktívnym léziám kože a mäkkých tkanív. Odstránenie nádorov chirurgickým laserom znižuje počet relapsov a komplikácií, skracuje čas hojenia rán, umožňuje jednostupňový postup a poskytuje dobrý kozmetický efekt.

Obrázok 20 - Laserový prístroj ATKUS-10

Ako žiariče sa používajú polovodičové laserové diódy. Použité je transportné optické vlákno s priemerom 600 mikrónov.

LLC NPF "Techkon" vyvinula zariadenie na laserovú terapiu " Alpha 1M"(Obrázok 10). Ako je uvedené na stránke výrobcu, inštalácia je účinná pri liečbe artrózy, neurodermatitídy, ekzému, stomatitídy, trofických vredov, pooperačných rán a pod. Kombinácia dvoch žiaričov – kontinuálneho a pulzného – poskytuje veľké možnosti pre terapeutické a výskumná práca. Vstavaný fotometer umožňuje nastaviť a ovládať výkon ožarovania. Pre obsluhu prístroja je pohodlné nastavenie diskrétneho času a plynulé nastavenie frekvencie ožarovacích impulzov. Jednoduchosť ovládania umožňuje používanie prístroja ošetrujúcim personálom.

Obrázok 20 - Laserový terapeutický prístroj "Alpha 1M"

Technické vlastnosti zariadenia sú uvedené v tabuľke 1.

Tabuľka 7 - Technické vlastnosti laserového terapeutického zariadenia "Alpha 1M"

Začiatkom 70. rokov akademik M.M. Krasnov a jeho kolegovia z 2. Moskovského lekárskeho inštitútu sa snažili vyliečiť glaukóm (vyskytuje sa v dôsledku porúch odtoku vnútroočnej tekutiny a v dôsledku toho zvýšiť vnútroočný tlak) pomocou lasera. Liečba glaukómu sa uskutočňovala pomocou vhodných laserových zariadení vytvorených v spolupráci s fyzikmi.

Laserová oftalmologická jednotka "Scimitar" nemá cudzie analógy. Určené na chirurgické operácie prednej časti oka. Umožňuje vám liečiť glaukóm a šedý zákal bez narušenia integrity vonkajších membrán oka. Inštalácia využíva pulzný rubínový laser. Energia žiarenia obsiahnutá v sérii niekoľkých svetelných impulzov sa pohybuje od 0,1 do 0,2 J. Trvanie jednotlivého impulzu je od 5 do 70 ns, interval medzi impulzmi je od 15 do 20 μs. Priemer laserového bodu je od 0,3 do 0,5 mm. Laserový stroj "Yatagan 4" s trvaním impulzu 10-7 s., s vlnovou dĺžkou žiarenia 1,08 mikrónu a priemerom bodu 50 mikrónov. Pri takomto ožiarení oka nie je rozhodujúce tepelné, ale fotochemické a dokonca mechanické pôsobenie laserového lúča (vznik rázovej vlny). Podstatou metódy je, že laserový „výstrel“ určitej sily je nasmerovaný do rohu prednej komory oka a vytvára mikroskopický „kanál“ na odtok tekutiny a tým obnovuje drenážne vlastnosti dúhovky, vytvorenie normálneho odtoku vnútroočnej tekutiny. V tomto prípade laserový lúč voľne prechádza cez priehľadnú rohovku a „exploduje“ na povrchu dúhovky. V tomto prípade to nie je pálenie, čo vedie k zápalovým procesom v dúhovke a rýchlej eliminácii potrubia, ale dierovanie. Procedúra trvá približne 10 až 15 minút. Na odtok vnútroočnej tekutiny sa zvyčajne vyrazí 15-20 otvorov (kanálov).

Na Leningradskej klinike očných chorôb Vojenskej lekárskej akadémie skupina špecialistov vedená doktorom lekárskych vied profesorom V. V. Volkovom použila svoju metódu liečby dystrofických ochorení sietnice a rohovky pomocou nízkovýkonného lasera LG-75, pracujúci v nepretržitom režime. Pri tomto ošetrení pôsobí na sietnicu oka nízkovýkonové žiarenie rovnajúce sa 25 mW. Okrem toho je žiarenie rozptýlené. Trvanie jednej relácie ožarovania nepresiahne 10 minút. V 10-15 sedeniach s intervalmi od jedného do piatich dní lekári úspešne vyliečia keratitídu, zápal rohovky a iné zápalové ochorenia. Liečebné režimy boli získané empiricky.

V roku 1983 americký oftalmológ S. Trokel vyjadril myšlienku možnosti použitia ultrafialového excimerového lasera na korekciu krátkozrakosti. U nás sa výskum v tomto smere uskutočnil v Moskovskom výskumnom ústave mikrochirurgie oka pod vedením profesora S.N. Fedorov a A. Semenov.

Na vykonávanie takýchto operácií bola laserová inštalácia vytvorená spoločne Medzinárodným vedeckým a technickým komplexom Eye Microsurgery a Ústavom všeobecnej fyziky pod vedením akademika A. M. Prokhorova. "Profil 500" s unikátnym optickým systémom, ktorý nemá vo svete obdoby. Pri vystavení rohovke je úplne vylúčená možnosť popálenia, pretože zahriatie tkaniva nepresiahne 4-8°C. Trvanie operácie je 20-70 sekúnd v závislosti od stupňa krátkozrakosti. Od roku 1993 sa „Profile 500“ úspešne používa v Japonsku, v Tokiu a Osake, v Irkutskom medziregionálnom laserovom centre.

Hélium-neónový laserový oftalmologický prístroj MACDEL-08(JSC MAKDEL-Technologies), znázornené na obrázku 11, má digitálny riadiaci systém, merač výkonu, zdroj žiarenia z optických vlákien a sady optických a magnetických príloh. Laserové zariadenie pracuje zo siete striedavého prúdu s frekvenciou 50 Hz s menovitým napätím 220 V ± 10 %. Umožňuje nastaviť čas relácie (laserové žiarenie) v rozsahu od 1 do 9999 sekúnd s chybou nie väčšou ako 10 %. Má digitálny displej, ktorý umožňuje prvotné nastavenie času a kontrolu času až do konca procedúry. V prípade potreby je možné reláciu predčasne ukončiť. Prístroj poskytuje frekvenčnú moduláciu laserového žiarenia od 1 do 5 Hz v krokoch po 1 Hz, navyše je tu režim kontinuálneho žiarenia pri nastavení frekvencie na 0 Hz.

Obrázok 20 - Laserový oftalmologický prístroj MAKDEL-08

Infračervený laserový stroj MACDEL-09 určené na korekciu akomodačno-refrakčnej poruchy videnia. Liečba pozostáva z vykonania 10-12 procedúr počas 3-5 minút. Výsledky terapie trvajú 4-6 mesiacov. Ak sa ukazovatele ubytovania znížia, je potrebné kurz zopakovať. Proces zlepšovania objektívnych ukazovateľov videnia trvá 30-40 dní po procedúrach. Priemerné hodnoty kladnej časti relatívnej akomodácie sa postupne zvyšujú o 2,6 dioptrie. a dosiahnuť normálnu úroveň. Maximálne zvýšenie rezervy je 4,0 dioptrie, minimum je 1,0 dioptrie. Reocyklografické štúdie ukazujú stabilný nárast objemu cirkulujúcej krvi v cievach ciliárneho telesa. Prístroj umožňuje nastaviť čas laserového sedenia od 1 do 9 minút. Digitálny displej na riadiacej jednotke umožňuje vykonať počiatočné nastavenie času, ako aj ovládať čas do konca relácie. V prípade potreby je možné reláciu predčasne ukončiť. Na konci ošetrenia prístroj vydá zvukový varovný signál. Systém regulácie vzdialenosti od stredu k stredu umožňuje nastaviť vzdialenosť medzi stredmi kanálov od 56 do 68 mm. Nastavenie požadovanej vzdialenosti od stredu k stredu je možné vykonať pomocou pravítka na výkonnej jednotke alebo pomocou obrázka referenčných LED diód.

Modely argónového lasera ARGUS od Aesculap Meditek (Nemecko) pre oftalmológiu, používa sa na fotokoaguláciu sietnice. Len v Nemecku sa používa viac ako 500 argónových laserov, z ktorých všetky fungujú bezpečne a spoľahlivo. ARGUS má pohodlné ovládanie a je kompatibilný s bežnými modelmi štrbinových lámp od Zeiss a Haag-Streit. ARGUS je optimálne pripravený na prevádzku spolu s Nd:YAG laserom na jednom pracovisku.

Aj keď je ARGUS navrhnutý ako jedna jednotka, prístrojový stojan a laserová jednotka môžu byť umiestnené vedľa seba alebo na rôznych miestach a miestnostiach vďaka prepojovaciemu káblu s dĺžkou až 10 metrov. Výškovo nastaviteľný stojan na nástroje poskytuje maximálnu voľnosť pre pacienta a lekára. Aj keď pacient sedí na invalidnom vozíku, jeho liečba nie je náročná.

Na ochranu očí ARGUS integruje kontrolovaný nízkošumový filter pre lekára. Filter sa do laserového lúča vloží po stlačení nožného spínača, t.j. len bezprostredne pred odpálením laserového blesku. Fotobunky a mikroprocesory kontrolujú jeho správnu polohu. Je zaistené optimálne osvetlenie koagulačnej zóny špeciálne zariadenie vedenie laserového lúča. Pneumatický mikromanipulátor umožňuje presné polohovanie lúča jednou rukou.

Technické vlastnosti zariadenia:

Laserový kontinuálny argónový iónový laser pre oftalmickú keramickú trubicu BeO

Zapnutie rohovky:

na rohovke: 50 mW - 3 000 mW pre všetky linky, 50 mW - 1 500 mW pre 514 nm

s napájacím zdrojom s obmedzeným odberom prúdu:

na rohovke: 50 mW - 2500 mW pre všetky linky, 50 mW - 1000 mW pre 514 nm

Argónový pilotný lúč pre všetky linky alebo 514 nm, maximálne 1 mW

Trvanie impulzu 0,02 - 2,0 s, nastaviteľné v 25 krokoch alebo plynulo

Sekvencia impulzov 0,1 - 2,5 sek., s intervalmi nastaviteľnými v 24 krokoch

Spustenie impulzu nožným spínačom; v režime sekvencie impulzov sa stlačením nožného spínača aktivuje požadovaná séria zábleskov;

funkcia sa preruší po uvoľnení pedálu

Napájanie lúča cez svetlovod, vlákno pr. 50 µm, dĺžka 4,5 m, oba konce s konektorom SMA

Dostupné možnosti diaľkového ovládania:

diaľkové ovládanie 1: manuálne nastavenie pomocou ručného kolieska;

diaľkové ovládanie 2: nastavenie kontaktných plôch filmovej klávesnice.

Všeobecné vlastnosti: elektroluminiscenčný displej, zobrazenie výkonu v digitálnej a analógovej forme, digitálne zobrazenie všetkých ostatných parametrov nastavenia, zobrazenie prevádzkového stavu (napr. servisné odporúčania) vo forme čistého textu

Mikroprocesorové ovládanie, kontrola nad výkonom, ochranný filter pre lekára a uzávierky v režime 10 milisekúnd

Chladenie

vzduch: integrované ventilátory s nízkou hlučnosťou

voda: prietok od 1 do 4 l/min, pri tlaku od 2 do 4 barov a teplote nie vyššej ako 24 °C

Sieťové napájanie je k dispozícii v troch rôznych jednotkách, z ktorých si môžete vybrať:

AC prúd, jednofázový s nulovým vodičom 230 V, 32 A, 50/60 Hz

AC prúd, jednofázový s maximálnym odberom prúdu obmedzeným na 25 A

trojfázový prúd, tri fázy a nulový vodič, 400 V, 16 A, 50/60 Hz

Záznam výsledkov: tlač parametrov ošetrenia pomocou voliteľnej tlačiarne

Rozmery

zariadenie: 95 cm x 37 cm x 62 cm (Š x H x V)

stôl: 93 cm x 40 cm (Š x H)

výška stola: 70 - 90 cm

"Laserový skalpel" našiel uplatnenie pri ochoreniach tráviacich orgánov (O.K. Skobelkin), plastickej chirurgii kože a chorobách žlčových ciest(A.A. Višnevskij), v kardiochirurgii (A.D. Arapov) a mnohých ďalších oblastiach chirurgie.

V chirurgii sa používajú CO2 lasery, ktoré vyžarujú v neviditeľnej infračervenej oblasti elektromagnetického spektra, čo kladie určité podmienky pri operácii, najmä vo vnútorných orgánoch človeka. Kvôli neviditeľnosti laserového lúča a obtiažnosti manipulácie s ním (ruka chirurga nemá spätnú väzbu a necíti moment a hĺbku disekcie) sa na zabezpečenie presnosti rezu používajú svorky a ukazovátka.

Prvé pokusy použiť lasery v chirurgii neboli vždy úspešné; blízke orgány boli zranené a lúč prepálil tkanivo. Navyše pri neopatrnej manipulácii by mohol byť laserový lúč pre lekára nebezpečný. No napriek týmto ťažkostiam laserová operácia pokročila. Takže začiatkom 70. rokov pod vedením akademika B. Petrovského začali profesor Skobelkin, doktor Brekhov a inžinier A. Ivanov vytvárať laserový skalpel "Skalpel 1"(Obrázok 12).

Obrázok 20 - Laserová chirurgická jednotka „Scalpel-1“

Laserová chirurgická jednotka „Scalpel 1“ sa používa na operácie tráviaceho traktu, na zastavenie krvácania z akútnych vredov tráviaceho traktu, na plastickú chirurgiu kože, na liečbu hnisavých rán, na gynekologické operácie. Použitý bol kontinuálne emitujúci CO2 laser s výkonom zo svetlovodu 20 W. Priemer laserového bodu je od 1 do 20 mikrónov.

Schéma mechanizmu pôsobenia svetla CO2 lasera na tkanivo je znázornená na obrázku 13.

Obrázok 20 - Schéma mechanizmu pôsobenia svetla CO2 lasera na tkanivo

Pomocou laserového skalpela sa operácie vykonávajú bezkontaktne, svetlo CO2 lasera má antiseptické a antiblastické účinky a vytvára sa hustý koagulačný film, ktorý zabezpečuje účinnú hemostázu (lúmeny arteriálnych ciev do 0,5 mm a žilové cievy do 1 mm v priemer sú zvarené a nevyžadujú ligatúry, vytvára bariéru proti infekčným (vrátane vírusov) a toxickým agens, pričom poskytuje vysoko účinné ablastiká, stimuluje posttraumatickú regeneráciu tkaniva a zabraňuje zjazveniu (pozri diagram).

"Lasermovaný"(Instrument Engineering Design Bureau) je postavený na báze polovodičových laserov vyžarujúcich vlnovú dĺžku 1,06 mikrónu. Zariadenie je vysoko spoľahlivé, malé celkové rozmery a hmotnosti. Žiarenie sa dodáva do biologického tkaniva cez laserovú jednotku alebo pomocou svetlovodu. Hlavné žiarenie je smerované pilotným osvetlením polovodičového lasera. Nebezpečenstvo lasera triedy 4 podľa GOST R 50723-94, trieda elektrickej bezpečnosti I s typom ochrany B podľa GOST R 50267.0-92.

Laserový chirurgický prístroj "Lanceta-1"(Obrázok 14) je model CO2 lasera určený na chirurgické operácie v rôznych oblastiach lekárskej praxe.

Obrázok 20 - Laserové chirurgické zariadenie „Lancet-1“

Zariadenie má horizontálne usporiadanie, je prenosné, má originálne balenie v podobe puzdra a spĺňa najviac moderné požiadavky požiadavky na chirurgické laserové systémy tak z hľadiska ich technických možností, ako aj z hľadiska zabezpečenia optimálnych pracovných podmienok pre chirurga, jednoduchosti ovládania a dizajnu.

Technické vlastnosti zariadenia sú uvedené v tabuľke 2.

Tabuľka 7 - Technické vlastnosti laserového chirurgického zariadenia "Lancet-1"

Vlnová dĺžka žiarenia, µm
Výstupný výkon žiarenia (nastaviteľný), W
Výkon v režime Medipulse, W
Priemer laserového lúča na tkanive (prepínateľný), mikróny
Vedenie hlavného žiarenia diódovým laserovým lúčom	2 mW, 635 nm
Režimy žiarenia (prepínateľné)	kontinuálne, pulzovo-periodické, Medipulse
Čas vystavenia žiareniu (nastaviteľný), min
Trvanie pulzu žiarenia v pulzno-periodickom režime (nastaviteľné), s
Trvanie pauzy medzi impulzmi, s
Diaľkové ovládanie	diaľkový
Zapnutie žiarenia	nožný pedál
Odstraňovanie produktov spaľovania	systém na odvod dymu
Polomer pracovného priestoru, mm
Chladiaci systém	autonómneho typu vzduch-kvapalina
Umiestnenie na operačnej sále	pracovnej plochy
Napájanie (AC)	220 V, 50 Hz, 600 W
Celkové rozmery, mm
Hmotnosť, kg

6. Lekárske laserové zariadenie vyvinuté spoločnosťou KBAS

Univerzálny optický nástavec ( NOÚ) až po lasery LGN-111, LG-75-1(Obrázok 15) je určený na zaostrenie laserového žiarenia do svetlovodu a zmenu priemeru bodu počas vonkajšieho ožarovania.

Obrázok 20 - Univerzálny optický nástavec (OU)

Nástavec sa používa pri liečbe množstva ochorení spojených s poruchami krvného obehu zavádzaním svetlovodu do žily a ožarovaním krvi, ako aj pri liečbe dermatologických a reumatických ochorení. Nástavec sa ľahko používa, ľahko sa namontuje na telo lasera a rýchlo sa prispôsobí prevádzkovému režimu. Počas vonkajšieho ožarovania sa priemer bodu mení pohybom kondenzorovej šošovky.

Technické charakteristiky LEU sú uvedené v tabuľke 3.

Tabuľka 7 - Technické charakteristiky LEU

Fyzioterapeutická jednotka "Sprut-1"(Obrázok 16) je určený na liečbu množstva ochorení v rôznych oblastiach medicíny: traumatológia, dermatológia, stomatológia, ortopédia, reflexná terapia, neuralgia.

Obrázok 20 - Laserová fyzioterapeutická jednotka „Sprut-1“

Ošetrenie inštaláciou Sprut-1 zaisťuje absenciu alergické reakcie, bezbolestnosť a aseptickosť a tiež vedie k výraznému skráteniu času liečby a úspore liekov.

Princíp činnosti je založený na využití stimulačného účinku energie laserového žiarenia s vlnovou dĺžkou 0,63 mikrónov.

Inštalácia pozostáva z žiariča, ktorého poloha je plynulo nastavená voči horizontálnej rovine, napájacieho zdroja s počítadlom počtu spustení a počítadlom celkového prevádzkového času inštalácie.

Vysielač a napájací zdroj sú namontované na ľahkom mobilnom stojane.

Technické charakteristiky inštalácie Sprut-1 sú uvedené v tabuľke 4.

Tabuľka 7 - Technické charakteristiky fyzioterapeutickej inštalácie „Sprut-1“

Laserová oftalmologická terapeutická jednotka "Lota"(Obrázok 17) sa používa pri liečbe erózií a vredov trofického charakteru, po úrazoch, popáleninách, keratitíde a keratokonjunktivitíde, pooperačných keratopatiách, ako aj na urýchlenie procesu prihojenia štepu pri transplantácii rohovky.

Obrázok 20 - Laserová oftalmologická terapeutická jednotka „Lota“

Technické charakteristiky inštalácie sú uvedené v tabuľke 5.

Tabuľka 7 - Technické charakteristiky laserového systému „Lota“.

Vlnová dĺžka žiarenia, µm
Hustota výkonu žiarenia v rovine žiarenia, W/cm2	nie viac ako 5x105
Výkon žiarenia na výstupe inštalácie, mW
Charakter regulácie výkonu v stanovenom rozsahu
Spotreba energie, VA	nie viac ako 15
Priemerný čas medzi poruchami, hodina	nie menej ako 5000
Priemerný zdroj	nie menej ako 20 000
Hmotnosť, kg

Lekársky laserový stroj "Almitsin"(Obrázok 18) sa používa v terapii, stomatológii, ftizeológii, pulmonológii, dermatológii, chirurgii, gynekológii, proktológii a urológii. Metódy liečby: baktericídny účinok, stimulácia mikrocirkulácie pri zdroji poškodenia, normalizácia imunitných a biochemických procesov, zlepšenie regenerácie, zvýšenie účinnosti liekovej terapie.

Obrázok 20 - Lekárska laserová inštalácia „Almitsin“

Technické charakteristiky inštalácie sú uvedené v tabuľke 6.

Tabuľka 7 - Technické vlastnosti lekárskeho laserového systému "Almitsin"

Spektrálny rozsah	blízko UV
Dizajn
Výstup lúča	svetlovod
Priemer svetlovodu, µm
Dĺžka svetlovodu, m
Napájacie napätie pri frekvencii 50 Hz, V
Spotreba energie, W	nie viac ako 200
Kontrola	automatické
Doba ožarovania, min	nie viac ako 3
Rozmery každého bloku, mm
	nie viac ako 40 kg

Optických vlákien "Ariadne-10"(Obrázok 19) sa navrhuje nahradiť nízkomobilný a inerciálny zrkadlovo kĺbový mechanizmus prenosu žiarenia pre chirurgické inštalácie (typ Skalpel-1) využívajúci CO2 lasery.

Hlavnými prvkami nadstavca sú: zariadenie na vstup žiarenia a všeobecný chirurgický svetlovod.

Obrázok 20 - Nástavec z optických vlákien „Ariadna-10“

Svetlovod nástavca funguje v spojení so zariadením na odvod dymu, ktoré umožňuje odstraňovať produkty interakcie žiarenia s biologickými tkanivami z operačného priestoru súčasne s chirurgickými operáciami.

Vďaka flexibilite svetlovodu sa výrazne rozširujú možnosti využitia laserových operačných systémov pomocou CO2 laserov.

Technické charakteristiky inštalácie sú uvedené v tabuľke 7.

Tabuľka 7 - Technické vlastnosti optického nástavca "Ariadna-10"

Schéma pripojenia je znázornená na obrázku 20.

Obrázok 20 - Schéma optického nástavca „Ariadna-10“

Zoznam použitých zdrojov

1. Zacharov V.P., Šachmatov E.V. Laserová technológia: učebnica. príspevok. - Samara: Vydavateľstvo Samar. štát kozmonautika Univerzita, 2006. - 278 s.

2. Príručka laserovej techniky. Za. z nemčiny. M., Energoatomizdat, 1991. - 544 s.

3. Žukov B.N., Lysov N.A., Bakutsky V.N., Anisimov V.I. Prednášky o laserovej medicíne: Učebnica. - Samara: Media, 1993. - 52 s.

4. Použitie laserovej chirurgickej jednotky „Scalpel-1“ na liečbu ochorení zubov. - M.: Ministerstvo zdravotníctva ZSSR, 1986. - 4 s.

5. Kanyukov V.N., Teregulov N.G., Vinyarsky V.F., Osipov V.V. Rozvoj vedeckých a technických riešení v medicíne: Učebnica. - Orenburg: OSU, 2000. - 255 s.

„Lasery v modernom svete klinickej praxi“- tak znel názov vedeckej správy riaditeľa Ústavu všeobecnej fyziky Ruskej akadémie vied. 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. V liečbe očné choroby uplatniť odlišné typy lasery 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 pri liečbe argónový laser vaskulárna patológia: diabetická retinopatia, trombóza sietnicových žíl, Hippel-Lindauova angiomatóza, Coatsova choroba atď.; 70% modrozeleného žiarenia je absorbované melanínom a používa sa najmä na ovplyvnenie pigmentových útvarov. Kryptónový laser vyžaruje svetlo v žltej a červenej oblasti, ktoré sú maximálne absorbované pigmentovým epitelom a cievovkou bez toho, aby došlo k poškodeniu nervovej vrstvy sietnice, čo je dôležité najmä pri koagulácii 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.

Ďalší odbor medicíny kde lekárske využitie lasery si získali zaslúženú obľubu – 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.

Laserové technológie sú veľmi populárne a rýchlo sa rozvíjajúce v kozmeteológii 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 je laserová operácia aj novým prístupom 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.

Fyzické a fyziologický účinok laserové žiarenie

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 s nízkou intenzitou (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 tkaniva (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 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 liečivý 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 - laserový prístroj na ožarovanie krvi

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

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

3) založené na polovodičových laseroch pracujúcich v pulznom režime generujúcim žiarenie 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 uskutočňuje na lézii alebo orgáne, segmentovo-metamerickej zóne (kutánne), biologicky aktívny bod. Počas liečby hlboký kaz a pulpitis pomocou biologickej metódy, ožarovanie sa vykonáva v oblasti dna karyózna dutina 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“.