laserové žiarenie v medicíne je to vynútená alebo stimulovaná vlna optického rozsahu s dĺžkou 10 nm až 1000 μm (1 μm = 1000 nm).

Laserové žiarenie má:
- koherencia - koordinovaný tok v čase niekoľkých vlnových procesov rovnakej frekvencie;
- monochromatickosť - jedna vlnová dĺžka;
- polarizácia - usporiadanosť orientácie vektora el magnetické pole vlna v rovine kolmej na jej šírenie.

Fyzikálne a fyziologické účinky laserového žiarenia

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

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

Fyziologický účinok laserového žiarenia nízkej intenzity (LILI) sa realizuje nervovým a humorálnym spôsobom:

Zmena v tkanivách biofyzikálnych a chemických procesov;
- zmena metabolických procesov;
- zmena metabolizmu (bioaktivácia);
- morfologické a funkčné zmeny v nervovom tkanive;
- stimulácia kardiovaskulárneho systému;
- stimulácia mikrocirkulácie;
- zvýšenie biologickej aktivity bunkových a tkanivových prvkov kože, aktivuje vnútrobunkové procesy vo svaloch, redoxné procesy, 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 fyziologických funkcií;
- 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 aparátov.

Hodnoty NILI

Akútne a chronické zápalové procesy;
- poranenie mäkkých tkanív;
- popáleniny a omrzliny;
- kožné ochorenia;
- ochorenia periférnych nervový systém;
- ochorenia pohybového aparátu;
- srdcovo-cievne ochorenia;
- ochorenia dýchacích ciest;
- choroby gastrointestinálny trakt;
- choroby genitourinárny systém;
- choroby ucha, hrdla, nosa;
- porušenia imunitný stav.

Indikácie laserového žiarenia v zubnom lekárstve

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

Kontraindikácie

Benígne a malígne nádory;
- tehotenstvo do 3 mesiacov;
- tyreotoxikóza, diabetes 1. typu, ochorenia krvi, nedostatočná funkcia dýchania, obličiek, pečene, krvného obehu;
- horúčkovité stavy;
- duševná choroba;
- prítomnosť implantovaného kardiostimulátora;
- kŕčovité stavy;
- individuálna intolerancia na faktor.

Vybavenie

Lasery - technické zariadenie emitujúce žiarenie v úzkom optickom rozsahu. Moderné lasery sú klasifikované:

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

Prístroje sú vybavené vyžarovacími hlavicami a špecializovanými dýzami – zubnými, zrkadlovými, akupunktúrnymi, magnetickými atď., ktoré zaisťujú účinnosť ošetrenia. Kombinované použitie laserového žiarenia a konštantného magnetického poľa zvyšuje terapeutický účinok. Tri typy laserových terapeutických zariadení sa vyrábajú hlavne sériovo:

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

ULF-01, "Yagoda"
- AFL-1, AFL-2
- Kyvadlová doprava-1
- ALTM-01
- FALM-1
- "Platan-M1"
- "Atol"
- ALOK-1 - prístroj na laserové ožarovanie krvi

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

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

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

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

Zariadenia na magneto-laserovú terapiu:

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

Technika a metódy laserového žiarenia

Vplyv LI sa uskutočňuje na léziu alebo orgán, segmentálno-metamerickú zónu (kutánne), biologicky aktívny bod. Pri liečbe hlbokého kazu a pulpitídy biologickou metódou sa ožarovanie vykonáva v oblasti dna karyózna dutina a krčka zuba; paradentóza - svetlovod sa zavedie do koreňového kanálika, ktorý bol predtým mechanicky a medicínsky ošetrený, a postúpi sa na vrchol koreňa zuba.

Metóda laserového ožarovania je stabilná, stabilná-skenovacia alebo skenovacia, kontaktná alebo vzdialená.

Dávkovanie

Odozvy na LI závisia od parametrov dávkovania:

vlnová dĺžka;
- metodológia;
- prevádzkový režim - nepretržitý alebo impulzný;
- intenzita, hustota výkonu (PM): nízkointenzívny LI - mäkký (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 je dlhší ako 15 minút. denne alebo každý druhý deň;
- priebeh liečby 3-10 procedúr, opakovaných po 1-2 mesiacoch.

Bezpečnosť

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

LASER v medicíne

Laser - zariadenie na vytváranie úzkych lúčov vysokej intenzity svetelnej energie. Lasery vznikli v roku 1960, ZSSR) a C. Townes (USA), ktorým bola za tento objav udelená Nobelova cena v roku 1964. Existujú rôzne typy laserov – plynové, kvapalinové a fungujúce na pevné látky. Laserové žiarenie môže byť kontinuálne a pulzné.

Samotný výraz „laser“ je skratkou pre anglické „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“, teda „zosilnenie svetla stimulovanou emisiou“.Z fyziky je známe, že „laser je zdrojom koherentného elektromagnetického žiarenia, ktoré je výsledkom stimulovanej emisie fotónov aktívnym prostredím umiestneným v optickom rezonátore.“ Laserové žiarenie sa vyznačuje monochromatickosťou, vysokou hustotou a usporiadanosťou toku svetla. energia.žiarenie určuje rozmanitosť aplikácií laserových systémov.

Lasery vstúpili do medicíny koncom 60. rokov minulého storočia. Čoskoro sa vytvorili tri smery laserovej medicíny, medzi ktorými bol rozdiel určený silou toku laserového svetla (a v dôsledku toho typom jeho biologického účinku). Žiarenie s nízkym výkonom (mW) sa používa najmä v krvnej terapii, stredným výkonom (W) v endoskopii a fotodynamickej terapii zhubných nádorov a vysokovýkonným žiarením v chirurgii a kozmeteológii. Chirurgická aplikácia laserov (tzv. „laserové skalpely“) je založená na priamom mechanickom pôsobení vysokointenzívneho žiarenia, ktoré umožňuje rezanie a „zváranie“ tkanív. Rovnaký efekt je základom používania laserov v kozmeteológii a estetickej medicíne (v posledných rokoch spolu so stomatológiou jeden z najziskovejších sektorov zdravotníctva). Biológov však najviac zaujíma fenomén terapeutického účinku laserov. Je známe, že nízkointenzívna laserová expozícia vedie k takým pozitívnym účinkom, ako je zvýšený tonus, odolnosť voči stresu, zlepšenie fungovania nervového a imunitného endokrinného systému, eliminácia ischemických procesov, hojenie chronických vredov a mnoho ďalších... Laserová terapia je určite vysoko účinný, ale prekvapivo stále nie je jasné pochopenie jeho biologických mechanizmov! Vedci stále len vyvíjajú modely na vysvetlenie tohto javu. Je teda známe, že laserové žiarenie nízkej intenzity (LILI) ovplyvňuje proliferatívny potenciál buniek (to znamená, že stimuluje ich delenie a vývoj). Predpokladá sa, že dôvodom sú miestne zmeny teploty, ktoré môžu stimulovať procesy biosyntézy v tkanivách. LILI tiež posilňuje antioxidačné obranné systémy organizmu (zatiaľ čo žiarenie vysokej intenzity naopak vedie k masívnemu výskytu reaktívnych foriem kyslíka.) S najväčšou pravdepodobnosťou práve tieto procesy vysvetľujú terapeutický účinok LILI. Ale, ako už bolo spomenuté, existuje aj iný typ laserovej terapie – tzv. fotodynamická terapia používaná na boj proti malígnym nádorom. Je založená na použití fotosenzibilizátorov objavených už v 60. rokoch – špecifických látok, ktoré sa môžu selektívne akumulovať v bunkách (hlavne rakovinových). Pri laserovom ožiarení stredného výkonu molekula fotosenzibilizátora absorbuje svetelnú energiu, prechádza do aktívnej formy a spôsobuje množstvo deštruktívnych procesov v rakovinovej bunke. Poškodzujú sa tak mitochondrie (vnútrobunkové energetické štruktúry), výrazne sa mení metabolizmus kyslíka, čo vedie k vzniku obrovského množstva voľných radikálov. Nakoniec silné zahrievanie vody vo vnútri bunky spôsobí deštrukciu jej membránových štruktúr (najmä vonkajšej bunkovej membrány). To všetko nakoniec vedie k intenzívnej smrti nádorových buniek. Fotodynamická terapia - porovnateľne nová oblasť laserová medicína (rozvíja sa od polovice 80. rokov) a zatiaľ nie je taká populárna ako povedzme laserová chirurgia alebo oftalmológia, no onkológovia dnes vkladajú svoje hlavné nádeje práve do nej.

Vo všeobecnosti možno povedať, že laserová terapia je dnes jedným z najdynamickejšie sa rozvíjajúcich odvetví medicíny. A prekvapivo nielen tradičné. Niektoré z terapeutických účinkov laserov možno najľahšie vysvetliť prítomnosťou systémov energetických kanálov a bodov používaných v akupunktúre v tele. Sú prípady, kedy lokálne laserové ošetrenie jednotlivých tkanív vyvolalo pozitívne zmeny aj v iných častiach tela. Vedci ešte neodpovedajú na mnohé otázky liečivé vlastnosti laserové žiarenie, ktoré určite otvorí nové perspektívy pre rozvoj medicíny v XXI storočia.

Princíp činnosti laserového lúča je založený na skutočnosti, že energia zaostreného svetelného lúča prudko zvyšuje teplotu v ožarovanej oblasti a spôsobuje koaguláciu (koaguláciu) blologu. tkaniny. Biologické vlastnosti Pôsobenie laserového žiarenia závisí od typu lasera, sily energie, jeho povahy, štruktúry a biologických vlastností. ;zoystvo ožiarené tkanivá. Úzky svetelný lúč s vysokým výkonom umožňuje vykonať fotokoaguláciu presne definovanej oblasti tkaniva v zlomku sekundy. Okolité tkanivá nie sú ovplyvnené. Okrem koagulácie, biologické tkaniva, pri vysokej sile žiarenia je možné jeho explozívne zničenie aj vplyvom akejsi rázovej vlny, ktorá vzniká v dôsledku okamžitého prechodu tkanivového moku do plynného skupenstva vplyvom vysokej teploty. Typ tkanív, nx sfarbenie (pigmentácia), hrúbka, hustota, stupeň naplnenia krvnou hmotou. Čím väčšia je sila laserového žiarenia, tým hlbšie preniká a tým silnejší je jeho účinok.

Prvý, kto používa lasery na liečbu pacientov očných lekárov ktorí ich používali na koaguláciu sietnice pri jej odchlípení a prasknutí (), ako aj na deštrukciu malých vnútroočných nádorov a tvorbu optických. diery v oku sekundárna katarakta. Okrem toho laserový lúč ničí malé, povrchové nádory, koaguluje patologické. útvary na povrchu kože (pigmentové škvrny, cievne nádory a pod.). Laserové žiarenie sa používa aj v diagnostike. účely na štúdium krvných ciev, fotografovanie vnútorných orgánov a pod. Od roku 1970 sa laserový lúč začal používať v chirurgii. operácie ako „svetelný skalpel“ na pitvu telesných tkanív.

V medicíne sa lasery používajú ako nekrvavé skalpely, používajú sa pri liečbe očných ochorení (katarakta, odchlípenie sietnice, korekcia zraku laserom atď.). Široké využitie majú aj v kozmeteológii (laserová epilácia, liečba cievnych a pigmentových defektov kože, laserový peeling, odstraňovanie tetovaní a stareckých škvŕn).

Druhy chirurgických laserov

V laserovej chirurgii sa používajú dostatočne výkonné lasery pracujúce v kontinuálnom alebo pulznom režime, ktoré sú schopné silne zahriať biologické tkanivo, čo vedie k jeho prerezaniu alebo odparovaniu.

Lasery sú zvyčajne pomenované podľa typu aktívneho média, ktoré generuje laserové žiarenie. Najznámejšie v laserovej chirurgii sú neodýmový laser a laser s oxidom uhličitým (alebo CO2 laser).

Niektoré iné typy vysokoenergetických laserov používaných v medicíne majú spravidla svoje úzke oblasti použitia. Napríklad v oftalmológii sa excimerové lasery používajú na presné odparovanie povrchu rohovky oka.

V kozmeteológii sa na odstránenie cievnych a pigmentových defektov kože používajú lasery KTP, farebné a medené lasery a na odstraňovanie chĺpkov sa používajú alexandritové a rubínové lasery.

CO2 - laser

Laser s oxidom uhličitým je prvým chirurgickým laserom, ktorý sa aktívne používa od 70. rokov 20. storočia až po súčasnosť.

Vysoká absorpcia vody a organických zlúčenín (typická hĺbka prieniku 0,1 mm) robí CO2 laserom vhodným pre široký rozsah chirurgické zákroky vrátane zákrokov v gynekológii, otorinolaryngológii, Všeobecná chirurgia dermatológie, plastickej a kozmetickej chirurgie.

Povrchový efekt lasera umožňuje vyrezať biologické tkanivo bez hlbokého popálenia. Vďaka tomu je CO2 laser bezpečný aj pre oči, keďže žiarenie neprechádza cez rohovku a šošovku.

Samozrejme, silný smerový lúč môže poškodiť rohovku, ale na ochranu stačí mať obyčajné sklenené alebo plastové okuliare.

Nevýhodou 10 µm vlnovej dĺžky je, že je veľmi ťažké vyrobiť vhodné optické vlákno s dobrou priepustnosťou. A stále najlepšie riešenie je zrkadlové kĺbové rameno, aj keď je dosť drahé, ťažko sa vyrovnáva a je citlivé na otrasy a vibrácie.

Ďalšou nevýhodou CO2 lasera je jeho nepretržitá prevádzka. V chirurgii je pre efektívne rezanie nevyhnutné rýchle odparovanie biologického tkaniva bez zahrievania okolitých tkanív, čo si vyžaduje vysoký špičkový výkon, t.j. pulzný režim. Dnes sa v CO2 laseroch na tento účel používa takzvaný „superpulzný“ režim (superpulz), pri ktorom má laserové žiarenie podobu zhluku krátkych, ale 2–3 krát silnejších impulzov v porovnaní s priemerným výkonom. cw lasera.

neodýmový laser

Neodymový laser je najbežnejším typom pevnolátkového lasera v priemysle aj medicíne.

Jeho aktívne médium - kryštál ytria hliníkového granátu aktivovaný neodýmovými iónmi Nd:YAG - umožňuje získať silné žiarenie v blízkej infračervenej oblasti pri vlnovej dĺžke 1,06 μm v takmer akomkoľvek prevádzkovom režime s vysokou účinnosťou a možnosťou vlákna výstupné žiarenie.

Preto po CO2 laseroch prišli do medicíny neodymové lasery ako na chirurgiu, tak aj na terapiu.

Hĺbka prieniku takéhoto žiarenia do biologického tkaniva je 6 - 8 mm a dosť silne závisí od jeho typu. To znamená, že na dosiahnutie rovnakého rezného alebo odparovacieho efektu ako CO2 laser vyžaduje neodým niekoľkonásobne vyšší výkon žiarenia. A po druhé, dochádza k výraznému poškodeniu tkanív ležiacich a obklopujúcich laserovú ranu, čo nepriaznivo ovplyvňuje jej pooperačné hojenie a spôsobuje rôzne komplikácie typické pre popáleninovú reakciu – zjazvenie, stenózu, striktúru atď.

Preferovanou oblasťou chirurgickej aplikácie neodýmového lasera je volumetrická a hĺbková koagulácia v urológii, gynekológii, pri onkologických nádoroch, pri vnútornom krvácaní a pod., pri otvorených aj endoskopických operáciách.

Je dôležité mať na pamäti, že žiarenie neodýmového lasera je neviditeľné a pre oči nebezpečné aj pri malých dávkach rozptýleného žiarenia.

Použitie špeciálneho nelineárneho kryštálu KTP (draslík-titan-fosfát) v neodymovom laseri umožňuje zdvojnásobiť frekvenciu svetla vyžarovaného laserom. Takto získaný KTP laser, vyžarujúci vo viditeľnej zelenej oblasti spektra pri vlnovej dĺžke 532 nm, má schopnosť efektívne zrážať krvou nasýtené tkanivá a používa sa v cievnej a kozmetickej chirurgii.

Holmium laser

Kryštál ytria hliníkového granátu, aktivovaný holmiovými iónmi, Ho:YAG, je schopný generovať laserové žiarenie s vlnovou dĺžkou 2,1 μm, ktoré je dobre absorbované biologickým tkanivom. Hĺbka jeho prieniku do biologického tkaniva je asi 0,4 mm, t.j. je porovnateľná s CO2 laserom. Preto má holmium laser všetky výhody CO2 lasera vo vzťahu k chirurgii.

Žiarenie dvojmikrónového holmiového lasera však zároveň dobre prechádza cez kremenné optické vlákno, čo umožňuje jeho použitie na pohodlné dodávanie žiarenia na miesto chirurgického zákroku. To je dôležité najmä pri minimálne invazívnych endoskopických operáciách.

Holmium laserové žiarenie dobre koaguluje cievy až do veľkosti 0,5 mm, čo je úplne postačujúce pre väčšinu chirurgických zákrokov. Dvojmikrónové žiarenie je navyše pre oči celkom bezpečné.

Typické výstupné parametre holmiového lasera: priemerný výstupný výkon W, maximálna energia žiarenia - do 6 J, frekvencia opakovania impulzov - do 40 Hz, trvanie impulzu - asi 500 μs.

Kombinácia fyzikálnych parametrov žiarenia holmium lasera sa ukázala ako optimálna pre účely chirurgie, čo jej umožnilo nájsť početné uplatnenie v rôznych oblastiach medicíny.

Erbiový laser

Erbiový (Er:YAG) laser má vlnovú dĺžku 2,94 mikrónov (stredný IR rozsah). Prevádzkový režim - pulzný.

Hĺbka prieniku žiarenia erbiového lasera do biologického tkaniva nie je väčšia ako 0,05 mm (50 μm), t.j. jeho absorpcia je ešte niekoľkonásobne vyššia ako u CO2 lasera a pôsobí výlučne povrchovo.

Takéto parametre prakticky neumožňujú koaguláciu biologického tkaniva.

Hlavné oblasti použitia erbiového lasera v medicíne:

Mikro-resurfacing pokožky

Perforácia kože na odber krvi,

odparovanie tvrdých tkanív zuba,

Odparovanie povrchu rohovky oka na korekciu ďalekozrakosti.

Erbiové laserové žiarenie nie je nebezpečné pre oči, ako CO2 laser, a taktiež naň neexistuje žiadny spoľahlivý a lacný vláknitý nástroj.

diódový laser

V súčasnosti existuje celý rad diódových laserov so širokým rozsahom vlnových dĺžok od 0,6 do 3 μm a parametrami žiarenia. Hlavnými výhodami diódových laserov sú vysoká účinnosť (až 60%), malé rozmery a dlhá životnosť (viac ako 10 000 hodín).

Typický výstupný výkon jednej diódy zriedka prekračuje 1 W v nepretržitom režime a energia impulzu nie je väčšia ako 1 - 5 mJ.

Na získanie výkonu postačujúceho na operáciu sa jednotlivé diódy kombinujú do súprav, ktoré pozostávajú z 10 až 100 prvkov usporiadaných v rade, alebo sa ku každej dióde pripájajú tenké vlákna, ktoré sú zostavené do zväzku. Takéto kompozitné lasery umožňujú získať 50 W alebo viac kontinuálneho žiarenia pri vlnovej dĺžke nm, ktoré sa v súčasnosti používajú v gynekológii, oftalmológii, kozmeteológii atď.

Hlavný prevádzkový režim diódových laserov je kontinuálny, čo obmedzuje ich použitie v laserovej chirurgii. Pri pokuse o implementáciu superpulzného režimu prevádzky príliš dlhé impulzy (rádovo 0,1 s) na vlnových dĺžkach generovania diódových laserov v blízkej infračervenej oblasti môžu spôsobiť nadmerné zahrievanie a následné popáleninové zápaly okolitých tkanív.

ÚVOD

Hlavnými nástrojmi, ktoré chirurg používa na disekciu tkaniva, sú skalpel a nožnice, t.j. rezné nástroje. Rany a rezy vytvorené skalpelom a nožnicami sú však sprevádzané krvácaním, čo si vyžaduje použitie špeciálnych opatrení na zastavenie krvácania. Okrem toho môžu rezné nástroje pri kontakte s tkanivami šíriť mikroflóru a bunky malígnych nádorov pozdĺž línie rezu. V tejto súvislosti chirurgovia už dlho snívali o tom, že budú mať k dispozícii taký nástroj, ktorý by urobil nekrvavý rez a súčasne zničil patogénnu mikroflóru a nádorové bunky v operačná rana. Zákroky na „suchom operačnom poli“ sú ideálne pre chirurgov akéhokoľvek profilu.

Pokusy o vytvorenie „ideálneho“ skalpelu siahajú do konca minulého storočia, kedy bol navrhnutý takzvaný elektronôž, ktorý pracuje pomocou vysokofrekvenčných prúdov. Tento prístroj v pokročilejších verziách je v súčasnosti pomerne široko používaný chirurgmi rôznych špecializácií. S nahromadením skúseností sa však odhalili negatívne aspekty „elektrochirurgie“, z ktorých hlavným je príliš veľká zóna tepelného popálenia tkaniva v oblasti rezu. Je známe, že čím je oblasť popálenia širšia, tým horšie sa hojí. operačná rana. Okrem toho pri použití elektrického noža je potrebné zahrnúť telo pacienta do elektrického obvodu. Elektrochirurgické zariadenia nepriaznivo ovplyvňujú činnosť elektronických zariadení a zariadení na monitorovanie životnej činnosti organizmu počas operácie. Kryochirurgické zariadenia tiež spôsobujú značné poškodenie tkaniva, ktoré zhoršuje proces hojenia. Rýchlosť disekcie tkaniva kryoskalpelom je veľmi nízka. V skutočnosti nejde o pitvu, ale o deštrukciu tkaniva. Pri použití plazmového skalpelu sa pozoruje aj významná zóna popálenia. Ak vezmeme do úvahy, že laserový lúč má výrazné hemostatické vlastnosti, ako aj schopnosť utesniť bronchioly, žlčové cesty a pankreatické vývody, potom sa použitie laserovej technológie v chirurgii stáva mimoriadne sľubným. Stručne uvedené niektoré výhody používania laserov v chirurgii sa týkajú predovšetkým laserov na báze oxidu uhličitého (CO 2 lasery). Okrem nich sa v medicíne využívajú lasery fungujúce na iných princípoch a na iných pracovných látkach. Tieto lasery majú zásadne odlišné vlastnosti pri vystavení biologickým tkanivám a používajú sa na relatívne úzke indikácie, najmä v kardiovaskulárnej chirurgii, onkológii, na liečbu chirurgických ochorení kože a viditeľných slizníc atď.

LASERY A ICH APLIKÁCIE V MEDICÍNE

Napriek spoločnej povahe svetla a rádiových vĺn sa optika a rádiová elektronika už mnoho rokov vyvíjajú nezávisle, nezávisle od seba. Zdalo sa, že zdroje svetla – excitované častice a generátory rádiových vĺn – majú len málo spoločného. Až od polovice 20. storočia sa objavili práce na vytvorení molekulárnych zosilňovačov a generátorov rádiových vĺn, ktoré položili základ novej samostatnej oblasti fyziky – kvantovej elektroniky.

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

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

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

Emitor je určený na premenu energie pumpy (prenos zmesi hélium-neón 3 do aktívneho stavu) na laserové žiarenie a obsahuje optický rezonátor, čo je vo všeobecnosti systém starostlivo vyrobených reflexných, refrakčných a zaostrovacích prvkov, v ktorých vnútornom priestore je excitovaný a udržiavaný určitý druh elektromagnetického žiarenia.kolísanie optického rozsahu. Optický rezonátor musí mať minimálne straty v pracovnej časti spektra, vysoká presnosť výroba uzlov a ich vzájomná inštalácia.

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

Excitované molekuly (atómy) sú schopné emitovať luminiscenčné fotóny. Takéto žiarenie je spontánny proces. Je náhodný a chaotický v čase, frekvencii (môžu existovať prechody medzi rôznymi úrovňami), smere šírenia a polarizácie. Ďalšie žiarenie - stimulované alebo indukované - nastáva, keď fotón interaguje s excitovanou molekulou, ak sa energia fotónu rovná rozdielu medzi zodpovedajúcimi energetickými hladinami. Pri stimulovanom (indukovanom) žiarení závisí počet prechodov za sekundu od počtu fotónov vstupujúcich do látky za rovnaký čas, t.j. od intenzity svetla a tiež od počtu excitovaných molekúl. Inými slovami, čím vyššia je populácia zodpovedajúcich excitovaných energetických stavov, tým väčší je počet vynútených prechodov.

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

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

Stav populačnej inverzie možno vytvoriť výberom častíc s nižšou energiou alebo špecifickou excitáciou častíc, napríklad svetlom alebo elektrickým výbojom. Samotný stav s negatívnou teplotou už dlho neexistuje.

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

Prvý takýto generátor v mikrovlnnom rozsahu (maser) navrhli samostatne v roku 1955 sovietski vedci N. G. Basoim a A. M. Prokhorov a americkí vedci C. Townes a ďalší.Keďže činnosť tohto zariadenia bola založená na stimulovanom žiarení molekúl amoniaku, generátor bol nazývané molekulárne.

V roku 1960 bol vytvorený prvý kvantový generátor vo viditeľnej oblasti žiarenia - laser s rubínovým kryštálom ako pracovnou látkou (aktívnym médiom). V tom istom roku bol vytvorený plynový hélium-neónový laser. Všetku obrovskú škálu v súčasnosti vytvorených laserov možno klasifikovať podľa typov pracovných látok: rozlišujú sa plynové, kvapalinové, polovodičové a pevnolátkové lasery. V závislosti od typu lasera sa energia na vytvorenie populačnej inverzie odovzdáva rôznymi spôsobmi: excitácia veľmi intenzívnym svetlom - "optické čerpanie", elektrický výboj plynu, v polovodičových laseroch - elektrický prúd. Podľa charakteru žiary sa lasery delia na pulzné a kontinuálne.

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

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

Spolu s rubínovým laserom pracujúcim podľa trojúrovňovej schémy, široké využitie získali štvorúrovňové schémy laserov na báze iónov prvkov vzácnych zemín (neodym, samárium a pod.) uložených v kryštalickej alebo sklenenej matrici (obr. 24b). V takýchto prípadoch sa medzi dvoma excitovanými úrovňami vytvorí inverzná populácia: dlhotrvajúca úroveň 2 a krátkodobá úroveň 2.

Veľmi rozšíreným plynovým laserom je hélium-neónový laser, pri ktorom dochádza k excitácii pri elektrickom výboji. Aktívnym prostredím v ňom je zmes hélia a neónu v pomere 10:1 a tlaku asi 150 Pa. Atómy neónu sú emitované, atómy hélia zohrávajú pomocnú úlohu. Na obr. 24c ukazuje energetické hladiny atómov hélia a neónu. Generácia nastáva pri prechode medzi 3. a 2. úrovňou neónu. Aby sa medzi nimi vytvorila inverzná populácia, je potrebné osídliť úroveň 3 a vyprázdniť úroveň 2. Úroveň 3 je osídlená pomocou atómov hélia. Pri elektrickom výboji nárazom elektrónov sú atómy hélia excitované do dlhotrvajúceho stavu (s životnosťou asi 10 3 s). Energia tohto stavu je veľmi blízka energii úrovne 3 neónu, preto keď sa excitovaný atóm hélia zrazí s nevybudeným atómom neónu, energia sa prenesie, v dôsledku čoho sa naplní úroveň 3 neónu. Pre čistý neón je životnosť na tejto úrovni krátka a atómy prechádzajú na úrovne 1 alebo 2, je realizované Boltzmannovo rozdelenie. K vyčerpaniu úrovne 2 neónu dochádza najmä v dôsledku spontánneho prechodu jeho atómov do základného stavu pri zrážkach so stenami výbojky. To zaisťuje stacionárnu inverznú populáciu úrovní 2 a 3 neónu.

Hlavným konštrukčným prvkom héliovo-neónového lasera - (obr. 3) je plynová výbojka s priemerom cca 7 mm. Elektródy sú namontované v trubici na vytvorenie výboja plynu a excitáciu hélia. Okná sú umiestnené na koncoch trubice pod Brewsterovým uhlom, vďaka čomu je žiarenie rovinne polarizované. Rovinné zrkadlá rezonátora sú namontované mimo trubice, jedno z nich je semitransparentné (koeficient odrazu R< 100%). Таким образом, пучок вынужденного излучения выходит наружу через полупрозрачное зеркало. Это лазер непрерывного действия.

Rezonátorové zrkadlá sa vyrábajú s viacvrstvovými povlakmi a vďaka interferencii sa pre danú vlnovú dĺžku vytvorí potrebný koeficient odrazu. Najpoužívanejšie sú hélium-neónové lasery vyžarujúce červené svetlo s vlnovou dĺžkou 632,8 nm. Výkon takýchto laserov je malý, nepresahuje 100 mW.

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

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

Ich aplikácia v holografii je založená na koherencii laserového žiarenia. .Na báze hélium-neónového lasera s využitím vláknovej optiky boli vyvinuté gastroskopy, ktoré umožňujú holografické vytváranie trojrozmerného obrazu vnútornej dutiny žalúdka.

Monochromatickosť laserového žiarenia je veľmi vhodná na excitáciu Ramanových spektier atómami a molekulami.

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

Všetky lasery používané v medicíne sú podmienene rozdelené do 2 typov: nízkointenzívne (intenzita nepresahuje 10 W / cm 2, najčastejšie asi 0,1 W / cm 2) - terapeutické a vysokointenzívne - chirurgické. Intenzita najvýkonnejších laserov môže dosiahnuť 10 14 W/cm 2, v medicíne sa bežne používajú lasery s intenzitou 10 2 -- 10 6 W/cm 2 .

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

Kvalitatívne nové javy sa pozorujú pri použití viditeľného alebo ultrafialového žiarenia z laserov s vysokou intenzitou. Pri laboratórnych fotochemických pokusoch s konvenčnými svetelnými zdrojmi, ako aj v prírode pri pôsobení slnečného žiarenia, zvyčajne dochádza k jednofotónovej absorpcii. Toto je uvedené v druhom zákone fotochémie, ktorý sformulovali Stark a Einstein: každá molekula zúčastňujúca sa chemickej reakcie pod vplyvom svetla absorbuje jedno kvantum žiarenia, ktoré reakciu vyvolá. Jednofotónová absorpcia opísaná druhým zákonom je splnená, pretože pri bežných svetelných intenzitách je prakticky nemožné, aby dva fotóny naraz zasiahli molekulu v základnom stave súčasne. Ak by takáto udalosť nastala, výraz by mal formu:

2hv = Et-Ek,

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

Ak sa však intenzita svetla zvýši, je možná dvojfotónová absorpcia. Napríklad ožarovanie roztokov DNA vysokointenzívnym pulzným laserovým žiarením s vlnovou dĺžkou asi 266 nm viedlo k ionizácii molekúl DNA podobnej tej, ktorú spôsobuje y-žiarenie. Vystavenie ultrafialovému svetlu s nízkou intenzitou ionizácie nespôsobilo. Zistilo sa, že ožarovanie vodných roztokov nukleových kyselín alebo ich báz pikosekundovými (trvanie impulzu 30 ps) alebo nanosekundovými (10 ns) impulzmi s intenzitami nad 10 6 W/cm 2 viedlo k elektrónovým prechodom kulminujúcim v molekulárnej ionizácii. Pri pikosekundových impulzoch (obr. 4, a) sa vyskytla populácia vysokých elektronických úrovní podľa schémy (S 0 --> S1 --> S n) a pri nanosekundách hv hv (obr. 4., b) - podľa schémy (S 0 --> S1 -> T r -> T n). V oboch prípadoch molekuly dostali energiu prevyšujúcu ionizačnú energiu.

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

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

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

Keď žiarenie pochádza z vysoko intenzívneho zaostreného lasera, množstvo generovaného tepla je veľké a v tkanive vzniká teplotný gradient. V mieste dopadu lúča sa tkanivo vyparí, v priľahlých oblastiach dochádza k zuhoľnateniu a koagulácii (obr. 6). Fotoodparovanie je metóda odstraňovania vrstvy po vrstve alebo rezania tkaniva. V dôsledku koagulácie sú cievy utesnené a krvácanie sa zastaví. Takže zaostrený lúč kontinuálneho CO 2 lasera () s výkonom asi 2 * 10 3 W / cm 2 sa používa ako chirurgický skalpel na rezanie biologických tkanív.

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

S ďalším zvýšením intenzity (10 W/cm a viac) je možný ďalší proces - "optický rozpad". Tento jav spočíva v tom, že vďaka veľmi vysokej intenzite elektrického poľa laserového žiarenia (porovnateľnej s intenzitou vnútroatómových elektrických polí) vzniká ionizačná hmota, plazma a vznikajú mechanické rázové vlny. Pre optický rozpad nie je potrebná absorpcia svetelných kvánt látkou v obvyklom zmysle, pozorujeme ju v priehľadných médiách, napríklad vo vzduchu.

AT moderná medicína využívajú sa mnohé výdobytky vedy a techniky. Pomáhajú pri včasnej diagnostike chorôb a prispievajú k ich úspešnej liečbe. Lekári pri svojej činnosti aktívne využívajú možnosti laserového žiarenia. V závislosti od vlnovej dĺžky môže pôsobiť na tkanivá tela rôznymi spôsobmi. Preto vedci vynašli mnoho lekárskych multifunkčných zariadení, ktoré sa široko používajú v klinickej praxi. Rozoberme si využitie laseru a žiarenia v medicíne trochu podrobnejšie.

Laserová medicína sa rozvíja v troch hlavných oblastiach: v chirurgii, terapii a diagnostike. Účinok laserového žiarenia na tkanivá je určený dosahom žiarenia, vlnovou dĺžkou a energiou fotónu žiariča. Vo všeobecnosti možno všetky typy laserového vplyvu v medicíne na telo rozdeliť do dvoch skupín

Laserové žiarenie nízkej intenzity;
- laserové žiarenie vysokej intenzity.

Ako pôsobí laserové žiarenie nízkej intenzity na telo?

Vystavenie takémuto laseru môže spôsobiť zmeny v biofyzikálnych a chemických procesoch v tkanivách tela. Takáto terapia tiež vedie k zmenám metabolizmu (metabolických procesov) a k jeho bioaktivácii. Vplyv lasera s nízkou intenzitou spôsobuje morfologické a funkčné zmeny v nervových tkanivách.

Tiež stimuluje kardiovaskulárny systém a mikrocirkuláciu.
Ďalší laser s nízkou intenzitou zvyšuje biologickú aktivitu bunkových a tkanivových kožných elementov, vedie k aktivácii vnútrobunkových procesov vo svaloch. Jeho použitie umožňuje spustiť redoxné procesy.
Tento spôsob expozície má okrem iného pozitívny vplyv na celkovú stabilitu organizmu.

Aký terapeutický účinok sa dosiahne použitím laserového žiarenia s nízkou intenzitou?

Táto metóda terapie pomáha odstraňovať zápaly, znižovať opuchy, eliminovať bolesť a aktivovať regeneračné procesy. Navyše stimuluje fyziologické funkcie a imunitnú odpoveď.

V akých prípadoch môžu lekári použiť laserové žiarenie nízkej intenzity?

Táto metóda expozície je indikovaná u pacientov s akútnymi a chronickými zápalovými procesmi. odlišná lokalizácia, poranenia mäkkých tkanív, popáleniny, omrzliny a kožné ochorenia. Má zmysel užívať ho pri ochoreniach periférneho nervového systému, ochoreniach pohybového ústrojenstva a pri mnohých ochoreniach srdca a ciev.

Tiež laserové žiarenie nízkej intenzity sa používa pri liečbe dýchacích orgánov, tráviaceho traktu, urogenitálneho systému, ochorení ORL a porúch imunitného stavu.

Táto metóda terapie je široko používaná v zubnom lekárstve: pri korekcii ochorení slizníc ústnej dutiny, periodontálnych ochorení a TMJ (temporomandibulárny kĺb).

Okrem toho nekariózne lézie, ktoré vznikli v tvrdé tkanivá zuby, kazy, pulpitída a parodontitída, bolesti tváre, zápalové lézie a poranenia maxilofaciálnej oblasti.

Využitie vysokointenzívneho laserového žiarenia v medicíne

V chirurgii a v jej rôznych oblastiach sa najčastejšie používa vysokointenzívne laserové žiarenie. Vplyv vysokointenzívneho laserového žiarenia totiž pomáha rezať tkanivo (pôsobí ako laserový skalpel). Niekedy sa používa na dosiahnutie antiseptického účinku, na vytvorenie koagulačného filmu a na vytvorenie ochrannej bariéry proti agresívnym vplyvom. Okrem toho je možné takýto laser použiť na zváranie kovových protéz a rôznych ortodontických aparátov.

Ako pôsobí na telo vysokointenzívne laserové žiarenie?

Tento spôsob expozície spôsobuje tepelné popáleniny tkanív alebo vedie k ich zrážaniu. Spôsobuje vyparovanie, horenie alebo zuhoľnatenie postihnutých oblastí.

Keď sa používa laserové svetlo s vysokou intenzitou

Táto metóda ovplyvňovania tela je široko používaná pri vykonávaní rôznych chirurgických zákrokov v oblasti urológie, gynekológie, oftalmológie, otolaryngológie, ortopédie, neurochirurgie atď.

Laserová chirurgia má zároveň množstvo výhod:

Prakticky bezkrvné operácie;
- maximálna asepsa (sterilita);
- minimálne pooperačné komplikácie;
- minimálny vplyv na susedné tkanivá;
- krátke pooperačné obdobie;
- vysoká presnosť;
- zníženie pravdepodobnosti tvorby jaziev.

Laserová diagnostika

Táto diagnostická metóda je progresívna a rozvíja sa. Umožňuje vám identifikovať mnohé z najzávažnejších chorôb na skoré štádium rozvoj. Existujú dôkazy, že laserová diagnostika pomáha pri odhaľovaní rakoviny kože, kostného tkaniva a vnútorných orgánov. Používa sa v oftalmológii – na zistenie sivého zákalu a určenie jeho štádia. Okrem toho túto metódu výskumu praktizujú hematológovia – s cieľom skúmať kvalitatívne a kvantitatívne zmeny v krvinkách.

Laser efektívne určuje hranice zdravých a patologických tkanív, možno ho použiť v kombinácii s endoskopické zariadenie.

Využitie žiarenia v medicíne iného charakteru

Lekári široko používajú rôzne druhy ožarovanie v terapii, diagnostike a prevencii rôznych stavov. Ak sa chcete dozvedieť o použití žiarenia, jednoducho postupujte podľa odkazov, ktoré vás zaujímajú:

Röntgenové lúče v medicíne
- rádiové vlny
- tepelné a ionizujúce lúče
- ultrafialové žiarenie v medicíne
- infračervené žiarenie v medicíne

Za posledné polstoročie našli lasery uplatnenie v oftalmológii, onkológii, plastickej chirurgii a mnohých ďalších oblastiach medicíny a biomedicínskeho výskumu.

Možnosť využitia svetla na liečbu chorôb je známa už tisíce rokov. Starovekí Gréci a Egypťania využívali slnečné žiarenie v terapii a tieto dve predstavy boli dokonca prepojené aj v mytológii – grécky boh Apolón bol bohom slnka a liečiteľstva.

A až po vynájdení zdroja koherentného žiarenia pred viac ako 50 rokmi sa skutočne odhalil potenciál využitia svetla v medicíne.

Vďaka svojim špeciálnym vlastnostiam sú lasery oveľa účinnejšie ako žiarenie zo slnka alebo iných zdrojov. Každý kvantový generátor pracuje vo veľmi úzkom rozsahu vlnových dĺžok a vyžaruje koherentné svetlo. Lasery v medicíne vám tiež umožňujú vytvárať vysoké sily. Lúč energie môže byť sústredený vo veľmi malom bode, vďaka čomu je dosiahnutá jeho vysoká hustota. Tieto vlastnosti viedli k tomu, že dnes sa lasery používajú v mnohých oblastiach lekárskej diagnostiky, terapie a chirurgie.

Ošetrenie pleti a očí

Využitie laserov v medicíne začalo oftalmológiou a dermatológiou. Kvantový generátor bol objavený v roku 1960. A o rok neskôr Leon Goldman ukázal, ako možno rubínovo červený laser v medicíne použiť na odstránenie kapilárnej dysplázie, typu materského znamienka a melanómu.

Takáto aplikácia je založená na schopnosti zdrojov koherentného žiarenia pracovať pri určitej vlnovej dĺžke. Koherentné zdroje žiarenia sa teraz široko používajú na odstránenie nádorov, tetovaní, vlasov a materských znamienok.

V dermatológii sa používajú lasery rôznych typov a vlnových dĺžok, čo je spôsobené rôznymi typmi vyliečených lézií a hlavnou absorbujúcou látkou v nich. závisí aj od typu pokožky pacienta.

Dnes nie je možné vykonávať dermatológiu alebo oftalmológiu bez laserov, pretože sa stali hlavnými nástrojmi liečby pacientov. Využitie kvantových generátorov na korekciu zraku a široké spektrum oftalmologických aplikácií vzrástlo po tom, čo sa Charles Campbell v roku 1961 stal prvým lekárom, ktorý v medicíne použil červený laser na liečbu pacienta s odlúčením sietnice.

Neskôr na tento účel začali oftalmológovia využívať argónové zdroje koherentného žiarenia v zelenej časti spektra. Tu sa na zaostrenie lúča v oblasti odlúčenia sietnice použili vlastnosti samotného oka, najmä jeho šošovky. Vysoko koncentrovaná sila zariadenia to doslova zvára.

Pacienti s niektorými formami makulárnej degenerácie môžu profitovať z laserovej chirurgie - laserová koagulácia a fotodynamickú terapiu. Pri prvom postupe sa lúč koherentného žiarenia používa na utesnenie ciev a spomalenie ich patologického rastu pod makulou.

Podobné štúdie sa uskutočnili v 40. rokoch 20. storočia so slnečným žiarením, ale na ich úspešné dokončenie potrebovali lekári jedinečné vlastnosti kvantových generátorov. Ďalším použitím argónového lasera bolo zastavenie vnútorného krvácania. Selektívna absorpcia zeleného svetla hemoglobínom, pigmentom červených krviniek, sa používa na blokovanie krvácajúcich krvných ciev. Na liečbu rakoviny sa zničia krvné cievy, ktoré vstupujú do nádoru a zásobujú ho živinami.

To sa nedá dosiahnuť pomocou slnečného žiarenia. Medicína je veľmi konzervatívna, ako by mala byť, ale zdroje koherentného žiarenia si získali uznanie v rôznych oblastiach. Lasery v medicíne nahradili mnohé tradičné prístroje.

Oftalmológia a dermatológia tiež profitovali z excimerových zdrojov koherentného žiarenia v ultrafialovom rozsahu. Stali sa široko používanými na pretvarovanie rohovky (LASIK) na korekciu zraku. Lasery v estetickej medicíne sa používajú na odstránenie škvŕn a vrások.

Zisková kozmetická chirurgia

Takýto technologický vývoj je u komerčných investorov nevyhnutne obľúbený, pretože má obrovský potenciál zisku. Analytická spoločnosť Medtech Insight v roku 2011 odhadla veľkosť trhu s laserovými kozmetickými zariadeniami na viac ako 1 miliardu amerických dolárov. Napriek poklesu celkového dopytu po lekárskych systémoch počas globálneho poklesu sa kozmetické operácie založené na kvantových generátoroch naďalej tešia silnému dopytu v Spojených štátoch, ktoré sú dominantným trhom pre laserové systémy.

Zobrazovanie a diagnostika

Lasery v medicíne zohrávajú dôležitú úlohu pri včasnom odhalení rakoviny, ale aj mnohých iných ochorení. Napríklad v Tel Avive sa skupina vedcov začala zaujímať o IR spektroskopiu využívajúcu infračervené zdroje koherentného žiarenia. Dôvodom je, že rakovina a zdravé tkanivo môžu mať rozdielnu priepustnosť infračerveného žiarenia. Jednou zo sľubných aplikácií tejto metódy je detekcia melanómov. Pri rakovine kože je pre prežitie pacienta veľmi dôležitá včasná diagnostika. V súčasnosti sa zisťovanie melanómu robí okom, ostáva teda spoľahnúť sa na šikovnosť lekára.

V Izraeli môže každý človek raz ročne ísť na bezplatný skríning melanómu. Pred niekoľkými rokmi sa v jednom z veľkých lekárskych centier uskutočnili štúdie, v dôsledku ktorých bolo možné jasne pozorovať rozdiel v infračervenom rozsahu medzi potenciálnymi, ale neškodnými znakmi a skutočným melanómom.

Katzir, organizátor prvej konferencie SPIE o biomedicínskej optike v roku 1984, a jeho skupina v Tel Avive tiež vyvinuli optické vlákna, ktoré sú transparentné pre infračervené vlnové dĺžky, čo umožňuje rozšírenie metódy na internú diagnostiku. Okrem toho môže byť v gynekológii rýchlou a bezbolestnou alternatívou steru z krčka maternice.

Modrá v medicíne našla uplatnenie vo fluorescenčnej diagnostike.

Systémy založené na kvantových generátoroch tiež začínajú nahrádzať röntgenové žiarenie, ktoré sa tradične používalo v mamografii. Röntgenové lúče stavajú lekárov pred ťažkú ​​dilemu: na spoľahlivé odhalenie rakoviny potrebujú vysokú intenzitu, ale samotné zvýšenie radiácie zvyšuje riziko rakoviny. Ako alternatíva sa skúma možnosť využitia veľmi rýchlych laserových impulzov na zobrazenie hrudníka a iných častí tela, napríklad mozgu.

OCT pre oči a ďalšie

Lasery v biológii a medicíne našli uplatnenie v optike koherentná tomografia(OCT), čo vyvolalo vlnu nadšenia. Táto zobrazovacia technika využíva vlastnosti kvantového generátora a môže poskytnúť veľmi jasné (rádovo mikrón), prierezové a trojrozmerné obrazy biologického tkaniva v reálnom čase. OCT sa už používa v oftalmológii a môže napríklad umožniť oftalmológovi vidieť prierez rohovky na diagnostiku ochorení sietnice a glaukómu. Dnes sa technika začína využívať aj v iných oblastiach medicíny.

Jednou z najväčších oblastí vznikajúcich z OCT je zobrazovanie tepien optickými vláknami. možno použiť na posúdenie stavu nestabilného plátu náchylného na prasknutie.

Mikroskopia živých organizmov

Lasery vo vede, technike, medicíne tiež zohrávajú kľúčovú úlohu v mnohých typoch mikroskopie. V tejto oblasti došlo k veľkému množstvu vývoja, ktorého účelom je vizualizovať, čo sa deje vo vnútri tela pacienta bez použitia skalpelu.

Najťažšou časťou odstraňovania rakoviny je potreba neustáleho používania mikroskopu, aby sa chirurg mohol uistiť, že je všetko vykonané správne. Schopnosť robiť mikroskopiu naživo a v reálnom čase je významným pokrokom.

Novou aplikáciou laserov v inžinierstve a medicíne je skenovanie v blízkom poli optickej mikroskopie, ktorá dokáže produkovať obrazy s oveľa väčším rozlíšením ako štandardné mikroskopy. Táto metóda je založená na optických vláknach so zárezmi na koncoch, ktorých rozmery sú menšie ako vlnová dĺžka svetla. To umožnilo zobrazovanie pod vlnovou dĺžkou a položilo základ pre zobrazovanie biologických buniek. Využitie tejto technológie v IR laseroch umožní lepšie pochopenie Alzheimerovej choroby, rakoviny a iných zmien v bunkách.

PDT a iné liečby

Vývoj v oblasti optických vlákien pomáha rozširovať možnosti využitia laserov v ďalších oblastiach. Okrem toho, že umožňujú diagnostiku vo vnútri tela, energiu koherentného žiarenia možno preniesť tam, kde je to potrebné. Môže sa použiť pri liečbe. Vláknové lasery sú čoraz pokročilejšie. Radikálne zmenia medicínu budúcnosti.

Oblasť fotomedicíny využívajúca fotosenzitivitu chemických látok, ktoré interagujú s telom špeciálnym spôsobom, sa môžu uchýliť k pomoci kvantových generátorov na diagnostiku aj liečbu pacientov. Vo fotodynamickej terapii (PDT) napríklad laserová a fotosenzitívna liek môže obnoviť zrak u pacientov s vlhkou vekom podmienenou degeneráciou makuly, ktorá je hlavnou príčinou slepoty u ľudí starších ako 50 rokov.

V onkológii sa niektoré porfyríny hromadia v rakovinových bunkách a pri osvetlení určitou vlnovou dĺžkou fluoreskujú, čo naznačuje umiestnenie nádoru. Ak sa potom tie isté zlúčeniny osvetlia inou vlnovou dĺžkou, stanú sa toxickými a zabíjajú poškodené bunky.

Červený plynový hélium-neónový laser sa používa v medicíne pri liečbe osteoporózy, psoriázy, trofických vredov atď., pretože túto frekvenciu dobre absorbuje hemoglobín a enzýmy. Žiarenie spomaľuje zápalové procesy, zabraňuje hyperémii a opuchu a zlepšuje krvný obeh.

Personalizované ošetrenie

Ďalšie dve oblasti, v ktorých sa budú lasery uplatňovať, sú genetika a epigenetika.

V budúcnosti sa všetko bude diať na úrovni nanometrov, čo nám umožní robiť medicínu na úrovni bunky. Lasery, ktoré dokážu generovať femtosekundové impulzy a naladiť sa na špecifické vlnové dĺžky, sú ideálnymi partnermi pre lekárov.

Tým sa otvoria dvere k personalizovanej liečbe na základe individuálneho genómu pacienta.

Leon Goldman - zakladateľ laserovej medicíny

Keď už hovoríme o využití kvantových generátorov pri liečbe ľudí, nemožno nespomenúť Leona Goldmana. Je známy ako „otec“ laserovej medicíny.

Do roka od vynájdenia zdroja koherentného žiarenia sa Goldman stal prvým výskumníkom, ktorý ho použil na liečbu kožného ochorenia. Technika, ktorú vedec aplikoval, otvorila cestu k následnému rozvoju laserovej dermatológie.

Jeho výskum v polovici šesťdesiatych rokov viedol k použitiu rubínového kvantového generátora v sietnicovej chirurgii a k ​​objavom, ako je schopnosť koherentného žiarenia súčasne prerezávať kožu a utesňovať krvné cievy, čím sa obmedzuje krvácanie.

Goldman, ktorý väčšinu svojej kariéry pracoval ako dermatológ na University of Cincinnati, založil Americkú spoločnosť pre lasery v medicíne a chirurgii a pomohol položiť základy bezpečnosti laserov. Zomrel 1997

Miniaturizácia

Prvé 2-mikrónové kvantové generátory mali veľkosť dvojitého lôžka a boli chladené tekutým dusíkom. Dnes existujú diódy, ktoré sa zmestia do dlane a dokonca aj menšie.Zmeny tohto druhu dláždia cestu novým aplikáciám a vývoju. Medicína budúcnosti bude mať maličké lasery na operácie mozgu.

Technologický pokrok neustále znižuje náklady. Rovnako ako sa lasery stali samozrejmosťou v domáce prístroje, začali hrať kľúčovú úlohu vo vybavení nemocníc.

Tam, kde boli lasery v medicíne veľmi veľké a zložité, dnešná výroba z optických vlákien výrazne znížila náklady a prechod na nanorozmery ešte zníži náklady.

Iné použitia

Pomocou laserov môžu urológovia liečiť striktúru močovej rúry, nezhubné bradavice, močové kamene, kontraktúra močového mechúra a zväčšenie prostaty.

Využitie lasera v medicíne umožnilo neurochirurgom robiť presné rezy a endoskopické vyšetrenia mozgu a miechy.

Veterinári používajú lasery na endoskopické zákroky, koaguláciu nádorov, rezy a fotodynamickú terapiu.

Zubní lekári používajú koherentné žiarenie na vytváranie otvorov, operácie ďasien, antibakteriálne procedúry, dentálnu desenzibilizáciu a orofaciálnu diagnostiku.

Laserová pinzeta

Biomedicínski výskumníci na celom svete používajú optické pinzety, triediče buniek a množstvo ďalších nástrojov. Laserové pinzety sľubujú lepšiu a rýchlejšiu diagnostiku rakoviny a používali sa na zachytávanie vírusov, baktérií, malých kovových častíc a reťazcov DNA.

V optických pinzetách sa lúč koherentného žiarenia používa na držanie a otáčanie mikroskopických predmetov, podobne ako kovové alebo plastové pinzety dokážu zachytiť malé a krehké predmety. S jednotlivými molekulami je možné manipulovať ich pripojením na mikrónové sklíčka alebo polystyrénové guľôčky. Keď lúč zasiahne loptičku, zakriví sa a má mierny dopad, pričom loptičku zatlačí priamo do stredu lúča.

Vznikne tak „optická pasca“, ktorá je schopná zachytiť malú časticu v lúči svetla.

Laser v medicíne: výhody a nevýhody

Energia koherentného žiarenia, ktorej intenzitu je možné modulovať, sa využíva na rezanie, ničenie alebo zmenu bunkovej alebo extracelulárnej štruktúry biologických tkanív. Navyše používanie laserov v medicíne skrátka znižuje riziko infekcie a stimuluje hojenie. Použitie kvantových generátorov v chirurgii zvyšuje presnosť pitvy, sú však nebezpečné pre tehotné ženy a existujú kontraindikácie pre použitie fotosenzibilizačných liekov.

Zložitá štruktúra tkanív neumožňuje jednoznačnú interpretáciu výsledkov klasických biologických analýz. Lasery v medicíne (foto) sú účinným nástrojom na ničenie rakovinových buniek. Silné zdroje koherentného žiarenia však pôsobia bez rozdielu a ničia nielen postihnuté, ale aj okolité tkanivá. Táto vlastnosť je dôležitým nástrojom v technike mikrodisekcie používanej na vykonávanie molekulárnej analýzy v mieste záujmu so schopnosťou selektívne ničiť nadbytočné bunky. Cieľom tejto technológie je prekonať heterogenitu prítomnú vo všetkých biologických tkanivách s cieľom uľahčiť ich štúdium v ​​dobre definovanej populácii. V tomto zmysle laserová mikrodisekcia významne prispela k rozvoju výskumu, k pochopeniu fyziologických mechanizmov, ktoré je teraz možné jasne preukázať na úrovni populácie a dokonca aj jednotlivých buniek.

Funkčnosť tkanivového inžinierstva sa dnes stala hlavným faktorom vo vývoji biológie. Čo sa stane, ak sa aktínové vlákna počas delenia prerežú? Bude embryo Drosophila stabilné, ak sa bunka zničí počas skladania? Aké parametre sú zahrnuté v meristémovej zóne rastliny? Všetky tieto problémy je možné vyriešiť pomocou laserov.

Nanomedicína

Nedávno sa objavilo mnoho nanoštruktúr s vlastnosťami vhodnými pre rôzne biologické aplikácie. Najdôležitejšie z nich sú:

• kvantové bodky – drobné častice vyžarujúce svetlo o veľkosti nanometrov používané pri vysoko citlivom zobrazovaní buniek;
• magnetické nanočastice, ktoré našli uplatnenie v lekárskej praxi;
• polymérne častice pre enkapsulované terapeutické molekuly;
• kovové nanočastice.

Rozvoj nanotechnológie a využitie laserov v medicíne skrátka spôsobili revolúciu v spôsobe podávania liekov. Suspenzie obsahujúce nanočastice lieky, môže zvýšiť terapeutický index mnohých zlúčenín (zvýšiť rozpustnosť a účinnosť, znížiť toxicitu) prostredníctvom selektívneho účinku na postihnuté tkanivá a bunky. Dodávajú účinná látka a tiež regulujú uvoľňovanie aktívnej zložky v reakcii na vonkajšiu stimuláciu. Nanoteranostika je ďalší experimentálny prístup, ktorý umožňuje duálne použitie nanočastíc, liečivých zlúčenín, terapeutík a diagnostických zobrazovacích nástrojov, čím sa pripravuje cesta pre personalizovanú liečbu.

Použitie laserov v medicíne a biológii na mikrodisekciu a fotoabláciu umožnilo pochopiť fyziologické mechanizmy vývoja ochorenia na rôznych úrovniach. Výsledky pomôžu určiť najlepšie metódy diagnostiky a liečby pre každého pacienta. Nevyhnutný bude aj rozvoj nanotechnológie v úzkom spojení s pokrokom v zobrazovaní. Nanomedicína je sľubnou novou formou liečby niektorých druhov rakoviny, infekčných chorôb alebo diagnostiky.